JPH0436743B2 - - Google Patents

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JPH0436743B2
JPH0436743B2 JP58108887A JP10888783A JPH0436743B2 JP H0436743 B2 JPH0436743 B2 JP H0436743B2 JP 58108887 A JP58108887 A JP 58108887A JP 10888783 A JP10888783 A JP 10888783A JP H0436743 B2 JPH0436743 B2 JP H0436743B2
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JP
Japan
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catalyst
vanadium
component
phosphorus
composite oxide
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Application number
JP58108887A
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Japanese (ja)
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JPS59162951A (en
Inventor
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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Application filed by Mitsubishi Chemical Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Chemical Industries Ltd
Publication of JPS59162951A publication Critical patent/JPS59162951A/en
Publication of JPH0436743B2 publication Critical patent/JPH0436743B2/ja
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • 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]

本発明は炭素数4以上の炭化水素、とりわけブ
タンの酸化により無水マレイン酸を製造するのに
適した触媒組成物に関するものである。 炭素数4以上の炭化水素の気相酸化により無水
マレイン酸を製造する工程においてバナジウム−
リン系複合酸化物触媒が有効であることは良く知
られている。しかし従来提案された触媒(例えば
米国特許第3293268号等)は、ブテン類、ブタジ
エン等の不飽和炭化水素の酸化には有効であつて
も、飽和炭化水素であるブタンの酸化に対しては
著しく活性が低く、高い反応温度が必要であり、
また収率も工業的に満足できるものではなかつ
た。 一方、プタンの気相酸化においては特殊な結晶
構造を有するリン酸バナジウム化合物が有効であ
ることも見出されている。特公昭53−39037号に
おいては、後記表−1の(1)にB相として示した特
殊な結晶相が活性種であるとし、その触媒中の含
有量が活性と密接に関係するとしている。同特許
においては、触媒はバナジウムの平均原子価が約
+3.9〜+4.6の範囲であり、酸化物中のバナジウ
ム原子に対するリン原子の比(以下、P/Vと記
す。)が0.9〜1.8の範囲であり、比表面積が7〜
50m2/gの範囲であることを規定し、そのような
組成物の製造においてはバナジウム酸化物または
その前駆体とリン酸化物またはその前駆体との有
機溶媒中で反応させてバナジウム−リン混合酸化
物を得、これを有機溶媒から単離し、そして得ら
れる混合酸化物を加熱処理により活性化する方法
が必須であるとしている。そして活性成分のB相
の含有率は少なくとも25%、特に50%以上で好適
な活性を示すとしている。ところで同特許にある
B相の結晶性組成物はa=b=19.2〓、c=7.8
〓の六方晶系の結晶構造を有すると記載されてい
る。 最近、E.Bordes、P.Courtine等は結晶性のリ
ン酸バナジウムとして(VO)2P2O7が活性種であ
るとし、その結晶構造を報告している(J.
Catal.、57、236(1979))。これは斜方晶系に属
し、a=9.751Å、b=7.738Å、c=16.568Å、
z=4の格子定数を有する。主要なX線回折ピー
クは後記表−2のものと一致し、B相とかなり類
似点が見られるものの、B相には20=15.7°の回
折ピークがない等若干の差も見られる。 一方特開昭53−61588号には、助触媒成分とし
てW、Sb、Nb、Moを含むバナジウム−リン混
合酸化物が記載され、その比表面積が少なくとも
10m2/g、特に20〜50m2/gの範囲にあること、
B相を50%以上の量で含有すること、有機溶媒中
にてバナジウム化合物とリン化合物とを反応させ
て製造すること等が記載されている。 特開昭53−146992号においてはこれ等とは異な
る結晶性リン酸バナジウムとして後記表−1の(2)
に示したX相または同(3)に示したB′相が提案さ
れている。触媒の製造法としてはバナジウム化合
物とリン酸とを反応させて固体のバナジウム−リ
ン混合酸化物を生成させ、この前駆体をリン酸よ
りも強い3規定以上の酸と接触させて不純物相
(相E)を水層に抽出除去し、次いで前駆体を分
離し加熱することから成る方法が記載されてい
る。活性成分とされたX相は、表−1及び表−2
より明らかなようにB相あるいは(VO)2P2O7
は異なる結晶相であり、触媒中の該相の含有量と
しては少なくとも5wt%、好ましくは40wt%とさ
れ、触媒の比表面積は7m2/g以上、好ましくは
10m2/g以上であるべきとされている。さらに同
特許では無定形のバナジウム−リン混合酸化物含
有量の上限を規定し、15wt%未満に抑えるべき
であること、X相以外のバナジウム−リン混合酸
化物を含む時は、該混合酸化物は少なくとも部分
的にB相またはB′相として存在することを規定
している。
The present invention relates to a catalyst composition suitable for producing maleic anhydride by the oxidation of hydrocarbons having 4 or more carbon atoms, especially butane. Vanadium-
It is well known that phosphorus-based composite oxide catalysts are effective. However, although the catalysts proposed in the past (for example, U.S. Pat. No. 3,293,268) are effective in oxidizing unsaturated hydrocarbons such as butenes and butadiene, they are significantly less effective in oxidizing butane, which is a saturated hydrocarbon. It has low activity and requires high reaction temperature,
Furthermore, the yield was not industrially satisfactory. On the other hand, it has also been found that vanadium phosphate compounds having a special crystal structure are effective in the gas phase oxidation of putane. Japanese Patent Publication No. 53-39037 states that the special crystalline phase shown as phase B in Table 1 (1) below is the active species, and that its content in the catalyst is closely related to the activity. In the patent, the average vanadium valence of the catalyst is in the range of approximately +3.9 to +4.6, and the ratio of phosphorus atoms to vanadium atoms in the oxide (hereinafter referred to as P/V) is 0.9 to +4.6. 1.8, and the specific surface area is 7~
50 m 2 /g, and in the production of such compositions, vanadium oxide or its precursor is reacted with phosphorus oxide or its precursor in an organic solvent to form a vanadium-phosphorus mixture. It is said that a method of obtaining an oxide, isolating it from an organic solvent, and activating the resulting mixed oxide by heat treatment is essential. The content of phase B of the active ingredient is said to be at least 25%, particularly 50% or more, to exhibit suitable activity. By the way, the crystalline composition of phase B in the same patent is a=b=19.2〓, c=7.8
It is described as having a hexagonal crystal structure. Recently, E. Bordes, P. Courtine, etc. have reported that (VO) 2 P 2 O 7 is the active species of crystalline vanadium phosphate and its crystal structure (J.
Catal., 57 , 236 (1979)). This belongs to the orthorhombic system, a = 9.751 Å, b = 7.738 Å, c = 16.568 Å,
It has a lattice constant of z=4. The main X-ray diffraction peaks match those in Table 2 below, and although there are considerable similarities with phase B, there are some differences, such as the absence of a diffraction peak at 20=15.7° in phase B. On the other hand, JP-A No. 53-61588 describes a vanadium-phosphorous mixed oxide containing W, Sb, Nb, and Mo as promoter components, and its specific surface area is at least
10 m 2 /g, especially in the range of 20 to 50 m 2 /g,
It is described that it contains phase B in an amount of 50% or more, and that it is produced by reacting a vanadium compound and a phosphorus compound in an organic solvent. In JP-A-53-146992, crystalline vanadium phosphate, which is different from these, is shown in (2) in Table 1 below.
The X phase shown in (3) or the B' phase shown in (3) have been proposed. The catalyst is produced by reacting a vanadium compound with phosphoric acid to produce a solid vanadium-phosphorus mixed oxide, and then contacting this precursor with an acid of 3N or more stronger than phosphoric acid to remove the impurity phase (phase). A process is described which consists in extracting off E) into an aqueous phase, then separating and heating the precursor. The X phase used as the active ingredient is shown in Table 1 and Table 2.
As is clearer, it is a crystalline phase different from phase B or (VO) 2 P 2 O 7 , and the content of this phase in the catalyst is at least 5wt%, preferably 40wt%, and the specific surface area of the catalyst is 7m 2 /g or more, preferably
It is said that it should be 10m 2 /g or more. Furthermore, the patent stipulates the upper limit of the content of the amorphous vanadium-phosphorous mixed oxide, stating that it should be kept to less than 15 wt%, and that when containing a vanadium-phosphorus mixed oxide other than the X phase, the mixed oxide is specified to exist at least partially as phase B or phase B'.

【表】【table】

【表】 本発明者等はこの結晶性のバナジウム−リン系
酸化物触媒の製法について検討してきたが、触媒
活性の最も良好であるのはやはりE.Bordes、P.
Courtine等が主張している(VO)2P2O7であるこ
とを確認した。そしてこの(VO)2P2O7の製造法
についてさらに検討を加えた結果、後記表−3に
示す特性X線回折ピークを与える前駆体を予め合
成し、次いでこれを窒素、空気等の雰囲気で焼成
することにより、後記表−2の(VO)2P2O7のも
のと完全にX線回折パターンが一致し、純度100
%の結晶性酸化物として得られることが判明し
た。他方、特公昭53−39037号に示す方法により
触媒を製造した場合には、通常種々の同定不明な
回折ピークを有する結晶純度の低い酸化物固体が
得られる。 続いて本発明者等は活性相として(VO)2P2O7
を含有する触媒を機械的強度が高く、より活性の
高い形で成型体に変換し工業触媒として使用する
方法について検討した。成型担体に活性成分を塗
布する方法では触媒成分の剥離をもたらすことが
判明した。一方固定床反応用の触媒として活性相
の前駆体を、必要に応じて水を添加し混練した
後、成型(打錠法、押出し成型法等)し、次いで
焼成して活性成分の成型体を得る方法が提案され
ているが、活性、触媒強度の両面でなお不充分と
考えられる。シリカ系担体、特にコロイド状シリ
カ溶液の使用はこの面で極めて有力であり、特に
流動床反応に使用する球状粒子の触媒を製造する
上で必須と考えられるが(特開昭57−122944号)、
触媒性能の低下が著しいことが判明した。 本発明は上記の活性成分の持つ本来の活性を損
わず、機械的な強度の大きい触媒を提供すること
を目的とし、 バナジウム及びリンを含有し、下記表−2のX
線回折ピークを示す結晶性複合酸化物及びシリカ
が均一に分散された組成物であつて、 () 結晶性複合酸化物の含量が15〜80重量%で
あり、 () バナジウム原子に対するリン原子の比が0.8
〜1.5であり、 () 細孔半径37〜2000Åの範囲の細孔容量が
0.01〜0.3ml/gであり、かつ () 細孔半径100〜350Åの範囲の細孔容量が細
孔半径37〜2000Åの範囲の細孔容量の50%以上
である、 ことを特徴とする、炭素数4以上の炭化水素を酸
化して無水マレイン酸を製造するのに適した酸化
触媒組成物、を要旨とするものである。
[Table] The present inventors have studied methods for producing this crystalline vanadium-phosphorus oxide catalyst, and the one with the best catalytic activity is the one by E. Bordes and P.
We confirmed that (VO) 2 P 2 O 7 as claimed by Courtine et al. As a result of further investigation into the manufacturing method of this (VO) 2 P 2 O 7 , we synthesized in advance a precursor that gives the characteristic X-ray diffraction peaks shown in Table 3 below, and then placed it in an atmosphere of nitrogen, air, etc. By firing with
% crystalline oxide. On the other hand, when a catalyst is produced by the method shown in Japanese Patent Publication No. 53-39037, an oxide solid having a variety of unidentified diffraction peaks and a low crystal purity is usually obtained. Subsequently, we used (VO) 2 P 2 O 7 as the active phase.
We investigated a method of converting a catalyst containing 20% into a molded product with high mechanical strength and high activity and using it as an industrial catalyst. It has been found that the method of applying the active ingredient to a shaped support results in stripping of the catalyst component. On the other hand, the precursor of the active phase as a catalyst for the fixed bed reaction is kneaded with water added if necessary, then molded (tablet method, extrusion molding method, etc.), and then calcined to obtain a molded body of the active ingredient. Although methods have been proposed, they are still considered to be insufficient in terms of both activity and catalytic strength. The use of silica-based carriers, especially colloidal silica solutions, is extremely effective in this respect, and is considered essential especially for producing spherical particle catalysts used in fluidized bed reactions (Japanese Patent Application Laid-Open No. 122944/1983). ,
It was found that the catalyst performance deteriorated significantly. The purpose of the present invention is to provide a catalyst with high mechanical strength without impairing the original activity of the above-mentioned active ingredients, and which contains vanadium and phosphorus and contains
A composition in which a crystalline composite oxide exhibiting a line diffraction peak and silica are uniformly dispersed, wherein () the content of the crystalline composite oxide is 15 to 80% by weight, and () the ratio of phosphorus atoms to vanadium atoms is ratio is 0.8
~1.5, and () the pore volume in the range of pore radius from 37 to 2000 Å
0.01 to 0.3 ml/g, and () the pore volume in the pore radius range of 100 to 350 Å is 50% or more of the pore volume in the pore radius range of 37 to 2000 Å, The gist of the present invention is an oxidation catalyst composition suitable for producing maleic anhydride by oxidizing a hydrocarbon having 4 or more carbon atoms.

【表】 以下本発明をさらに詳細に説明する。 本発明では第一成分として特定のX線回折ピー
ク、すなわち上記表−2に示された主要なX線回
折ピークを示す、実質的に四価のバナジウムおよ
び五価のリンを含有する結晶性複合酸化物を使用
する。この化合物は前記のとおり公知であり、通
常まず前記の前駆体を製造し、これを焼成するこ
とにより製造することができる。前駆体の製造法
としては、塩酸溶液等の非酸化性酸性溶液中
で、五酸化バナジウムのような五価のバナジウム
を、シユウ酸等の還元剤の併用で還元して、四価
のバナジウムイオンを含有する溶液を調製し、リ
ン酸と反応させた後、生成した可溶性のバナジウ
ム−リン複合体を、水を加えて沈殿させる方法
(特開昭51−95990号)、五酸化バナジウムのよ
うな五価のバナジウム化合物とリン酸を、ヒドラ
ジン塩酸塩またはヒドロキシルアミン塩酸塩のよ
うな還元剤の存在下に、水性媒体中で反応させ、
濃縮あるいは蒸発乾固して結晶を得る方法(特開
昭56−45815号)、または五酸化バナジウムをエ
タノール、イソプロパノール、グリセロールのよ
うな有機媒体中で還元し、無水リン酸と反応さ
せ、ベンゼン等の溶媒で共沸脱水して結晶を沈殿
させる方法(米国特許第4283288号)、等が知られ
ている。 上記のいずれの方法によつても、第一成分であ
る複合酸化物の前駆体を得ることができる。この
前駆体は下記の表−3に示される主要X線回折ピ
ークを示す。
[Table] The present invention will be explained in more detail below. In the present invention, a crystalline composite containing substantially tetravalent vanadium and pentavalent phosphorus exhibiting a specific X-ray diffraction peak, that is, the main X-ray diffraction peak shown in Table 2 above, is used as a first component. Use oxides. This compound is known as described above, and can usually be produced by first producing the aforementioned precursor and then firing it. The method for producing the precursor is to reduce pentavalent vanadium such as vanadium pentoxide in a non-oxidizing acidic solution such as hydrochloric acid solution in combination with a reducing agent such as oxalic acid to form tetravalent vanadium ions. A method in which a solution containing vanadium pentoxide is prepared, reacted with phosphoric acid, and the resulting soluble vanadium-phosphorus complex is precipitated by adding water (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1983-95990), reacting a pentavalent vanadium compound and phosphoric acid in an aqueous medium in the presence of a reducing agent such as hydrazine hydrochloride or hydroxylamine hydrochloride;
A method of obtaining crystals by concentration or evaporation to dryness (Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-45815), or reducing vanadium pentoxide in an organic medium such as ethanol, isopropanol, or glycerol and reacting it with phosphoric anhydride to produce benzene, etc. A method in which crystals are precipitated by azeotropic dehydration with a solvent (US Pat. No. 4,283,288) is known. A precursor of the composite oxide, which is the first component, can be obtained by any of the above methods. This precursor exhibits the main X-ray diffraction peaks shown in Table 3 below.

【表】 本発明においては第一成分である結晶性のリン
−バナジウム複合酸化物は実質的に100%の純度
であることが必要であり、このためにはやはり実
質的に100%の純度を有する前駆体を製造する必
要がある。このためにはとりわけ以下に示すよう
な方法で製造することが好ましい。 すなわちリン酸および無機還元剤の存在下、水
性媒体中で五酸化バナジウムを溶解して均一溶液
とし、この溶液を110℃〜250℃の温度範囲で水熱
処理することによつて製造する。 上記無機還元剤としては、ヒドラジン(通常抱
水ヒドラジン水溶液として市販されている)また
はそのリン酸塩、ヒドロキシルアミンまたはその
リン酸塩が好ましい。その他の無機酸塩、例えば
塩酸塩等も使用できるが、ハロゲンイオンを残留
させるため、反応器材質の面で不利となり、工業
的には好ましくない。 水性媒体としては、一般に水が使用される。所
望によりアルコール、カルボン酸、エーテル類、
ケトン類等の親水性有機溶媒を併用してもよい
が、バナジウムの還元速度が低下するので、その
使用量は50重量%以下とすべきである。 リン酸の使用量は、目的生成物である前駆体の
バナジウム−リン系結晶性酸化物のP/V原子比
は1であるが、通常0.8〜1.5の範囲で添加するの
が好ましい。水性媒体中のリン酸濃度は5〜50重
量%、好ましくは5〜45重量%である。水性媒体
中の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、液の粘度も著しく高くなつて取扱いが困難に
なる。またこの濃度が低すぎると反応容器が過大
となつて支障の出る場合がある。 無機還元剤の使用量は五価のバナジウムを四価
に還元するの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。 以上のような方法で得られた溶液を、次に水分
の蒸発を防ぐために実質的に密封された容器内
で、110℃〜250℃、好ましくは120℃〜180℃の範
囲の温度で水熱処理を行なう。水熱処理は0.5〜
200時間程度実施するのが好ましい。このように
水熱処理を行なうと灰青色の微細な結晶を含有す
るスラリーが生ずる。この結晶が前駆体のバナジ
ウム−リン系結晶性酸化物であり、スラリーを蒸
発乾固するか、スラリーから直接過することに
より取得できる。この方法により細かな粒径の結
晶性酸化物が得られる。 本発明の第一成分には活性促進成分を添加して
もよい。活性促進成分としては鉄、クロム、アル
ミニウム、チタン、カルシウム、マグネシウム、
マンガン、コバルト、ニツケル等の金属が挙げら
れる。これらの金属を第一成分に導入する方法と
してはそれらの化合物を上記の溶液に添加する方
法があげられる。該化合物としては、上記の溶液
に可溶なものならば特に限定されないが、好まし
くは塩化物、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩等の無機酸
塩、酢酸塩、シユウ酸塩等の有機酸塩が挙げられ
る。チタンの場合には過酸化物の使用も可能であ
る。添加時期は、水熱処理を行なう以前の段階が
好ましい。 添加量はバナジウム元素/モルあたり金属とし
て0.01〜0.4モルの範囲に調節すべきであり、よ
り好ましくは0.02〜0.2モルとする。上記金属成
分は、一種でも、また複数種の混合であつても良
い。 このような活性促進成分を添加すると、得られ
る前駆体および第一成分である結晶性複合酸化物
のX線回折スペクトルの位置が若干シフトするこ
とがあるが、その範囲は±0.2°以内である(特開
昭56−69207号、特開昭57−111218号参照)。 このようにして得られた前駆体を後述する条件
で焼成すれば表−2に示すピークを有する結晶性
複合酸化物となるが、最終的には未焼成のまま、
シリカ等を含む乾燥粉体としてから成形、焼成し
ても良い。 第一成分はそれ自体高活性であるが、本発明触
媒のように固定床のみならず流動床用の触媒とし
ても使用できるようにするには以下に述べるよう
に、さらに一定の条件が必要である。 すなわち最終的な触媒が細孔を有し、この細孔
のうち細孔半径37〜2000Åの範囲にある細孔容量
が0.01〜0.3ml/g、好ましくは0.03〜0.3ml/g
であり、かつその細孔容量の50%以上が細孔半径
100〜350Åの範囲の細孔により占められているこ
とが必要である。細孔容量は一般的に行なわれる
水銀入法で測定される。細孔容量があまりに小さ
いと触媒の性能が損われる。また細孔容量があま
りに大きいと触媒の機械的強度が著しく損われ
る。さらに本発明の触媒の重要な特徴は、半径
100〜350Åの範囲の細孔容量が一定量以上存在す
ることであるが、半径100〜350Åの範囲、いわゆ
るメゾボア範囲の細孔が多いと触媒活性が向上
し、例えば最終触媒組成物中に第一成分である活
性成分がたかだか35%程度含有されている場合で
も、活性成分単独の場合と同等の高活性の触媒が
得られる。このような特殊な物性を有する触媒組
成物は以下に述べるような方法で製造することが
できる。 本発明の触媒組成物においては、第一成分であ
る活性成分が担体であるシリカに担持されている
が、その際活性成分と担体との接着強度を増加
し、活性成分を均一に分散し、また一定の細孔を
付与するために、特定の第二成分が使用される。
この第二成分は最終的には無定形のバナジウム−
リン複合酸化物であるが、触媒製造段階ではバナ
ジウム及びリンを含有する水性溶液が使用され、
これは実質的に四価のバナジウムと五価のリンと
を含有し、その少なくとも一部がリン酸バナジル
として存在するのが好ましい。 次にこの第二成分としての水性溶液の製造法に
つき説明する。 一般的には、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に対するリンのモル
比は、0.5〜10の範囲が好ましい。一般的にリン
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が、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に多いと、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。バナジウム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である。 水性溶液の製造法の具体例としては次のような
方法がある。 第1には、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。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1モルに対し、1.2モル以下のシユウ
酸が存在することになる。 第2には、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、或いは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、乳酸等の有
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には、五酸化バナジウム、リン酸および亜
リン酸を水性媒体中で混合し、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。この方
法で得られるリン酸バナジルを含有する水溶液を
放置すると下記表−4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。
[Table] In the present invention, it is necessary that the crystalline phosphorus-vanadium composite oxide, which is the first component, has substantially 100% purity. It is necessary to produce a precursor having For this purpose, it is particularly preferable to manufacture by the method shown below. That is, it is produced by dissolving vanadium pentoxide in an aqueous medium to form a homogeneous solution in the presence of phosphoric acid and an inorganic reducing agent, and then hydrothermally treating this solution in a temperature range of 110°C to 250°C. The inorganic reducing agent is preferably hydrazine (usually commercially available as an aqueous solution of hydrazine hydrate) or its phosphate, and hydroxylamine or its phosphate. Other inorganic acid salts, such as hydrochloride, can also be used, but they leave halogen ions behind, which is disadvantageous in terms of reactor material, and are not preferred industrially. Water is generally used as the aqueous medium. Alcohol, carboxylic acid, ethers, if desired
Hydrophilic organic solvents such as ketones may be used in combination, but the amount used should be 50% by weight or less since the reduction rate of vanadium is reduced. Although the P/V atomic ratio of the precursor vanadium-phosphorous crystalline oxide, which is the target product, is 1, the amount of phosphoric acid used is preferably in the range of 0.8 to 1.5. The phosphoric acid concentration in the aqueous medium is between 5 and 50% by weight, preferably between 5 and 45% by weight. If the concentration of phosphoric acid in the aqueous medium is too high, vanadium pentoxide may react with the phosphoric acid before being reduced, and the viscosity of the liquid will also become extremely high, making it difficult to handle. Moreover, if this concentration is too low, the reaction vessel may become too large, which may cause problems. The amount of inorganic reducing agent used is the stoichiometric amount required to reduce pentavalent vanadium to tetravalent vanadium, and
Usually used in the range of 95-120%. The solution obtained in the above manner is then hydrothermally treated at a temperature ranging from 110°C to 250°C, preferably from 120°C to 180°C, in a substantially sealed container to prevent evaporation of water. Do this. Hydrothermal treatment is 0.5~
It is preferable to carry out the test for about 200 hours. When the hydrothermal treatment is carried out in this manner, a slurry containing fine gray-blue crystals is produced. This crystal is a vanadium-phosphorus crystalline oxide precursor, and can be obtained by evaporating the slurry to dryness or directly filtering it from the slurry. This method yields crystalline oxides of fine particle size. An activity promoting component may be added to the first component of the present invention. Active ingredients include iron, chromium, aluminum, titanium, calcium, magnesium,
Examples include metals such as manganese, cobalt, and nickel. An example of a method for introducing these metals into the first component is to add these compounds to the above solution. The compound is not particularly limited as long as it is soluble in the above solution, but preferably inorganic acid salts such as chlorides, sulfates, nitrates, and carbonates, and organic acid salts such as acetates and oxalates. Can be mentioned. In the case of titanium, the use of peroxides is also possible. The timing of addition is preferably before hydrothermal treatment. The amount added should be adjusted to a range of 0.01 to 0.4 mol of metal per mol of vanadium element, more preferably 0.02 to 0.2 mol. The above metal components may be one type or a mixture of multiple types. When such an activity-promoting component is added, the position of the X-ray diffraction spectrum of the obtained precursor and the crystalline composite oxide that is the first component may be slightly shifted, but the range is within ±0.2°. (See JP-A-56-69207 and JP-A-57-111218). If the precursor thus obtained is fired under the conditions described below, it will become a crystalline composite oxide having the peaks shown in Table 2, but in the end it will remain unfired.
It may also be formed into a dry powder containing silica or the like, then molded and fired. The first component itself is highly active, but certain conditions are required as described below in order to enable it to be used not only as a fixed bed catalyst but also as a fluidized bed catalyst like the catalyst of the present invention. be. That is, the final catalyst has pores, and the pore volume of these pores with a radius of 37 to 2000 Å is 0.01 to 0.3 ml/g, preferably 0.03 to 0.3 ml/g.
and more than 50% of the pore volume is the pore radius
It is necessary that it be occupied by pores in the range of 100-350 Å. Pore volume is measured by a commonly used mercury injection method. If the pore volume is too small, the performance of the catalyst will be impaired. Furthermore, if the pore volume is too large, the mechanical strength of the catalyst will be significantly impaired. Furthermore, an important feature of the catalyst of the present invention is that the radius
The presence of a certain amount or more of pores with a pore volume in the range of 100 to 350 Å is important, but if there are many pores with a radius in the range of 100 to 350 Å, the so-called mesobore range, the catalytic activity is improved, and for example, the presence of pores in the final catalyst composition Even if the active ingredient is contained in an amount of at most 35%, a catalyst with the same high activity as the active ingredient alone can be obtained. A catalyst composition having such special physical properties can be produced by the method described below. In the catalyst composition of the present invention, the active ingredient, which is the first component, is supported on the silica carrier, and in this case, the adhesive strength between the active ingredient and the carrier is increased, the active ingredient is uniformly dispersed, Certain second components are also used to provide certain porosity.
This second component is ultimately amorphous vanadium-
Although it is a phosphorus composite oxide, an aqueous solution containing vanadium and phosphorus is used in the catalyst production stage.
It contains substantially tetravalent vanadium and pentavalent phosphorus, at least a portion of which is preferably present as vanadyl phosphate. Next, a method for producing the aqueous solution as the second component will be explained. Generally, it is obtained by adding and dissolving a reducing agent and vanadium pentoxide in an aqueous solution containing phosphoric acid. The molar ratio of phosphorus to vanadium in the aqueous solution is preferably in the range of 0.5 to 10. Aqueous solutions containing vanadyl phosphate are generally unstable;
Oxalic acid can be present to stabilize aqueous solutions, although it may be difficult to keep them stable for long periods of time. The amount is in a molar ratio of oxalic acid to vanadium of 1.2 or less, preferably in the range of 0.2 to 1. If the amount of oxalic acid is too high, it will have an unfavorable effect on the mechanical strength, bulk density and active surface of the catalyst. A range in which the molar ratio of oxalic acid to vanadium is 1.2 or less is 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 at a molar ratio of oxalic acid to vanadium of 1.7 or less, and preferably 0.7 or more to form vanadyl phosphate and oxalic acid. An aqueous solution containing 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 completion of the reduction, 1.2 moles or less of oxalic acid will be present per mole of vanadium atoms. Second, in an acidic aqueous solution containing phosphoric acid,
Adding a reducing agent other than oxalic acid, preferably one or a mixture of two or more selected from hydrazine hydrate, inorganic reducing agents such as hydrochloride or phosphate of hydrazine or hydroxylamine, and organic reducing agents such as lactic acid. , then reduced by adding vanadium pentoxide to obtain a homogeneous aqueous solution containing vanadyl phosphate. After this, oxalic acid is preferably added. Thirdly, vanadium pentoxide, phosphoric acid and phosphorous acid are mixed in an aqueous medium to form tetravalent vanadium ions by the reducing action of the phosphorous acid. When the aqueous solution containing vanadyl phosphate obtained by this method is allowed to stand, a crystalline solid that exhibits a characteristic X-ray diffraction spectrum as shown in Table 4 below precipitates.

【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。 以上述べたバナジウムおよびリンを含有する水
性溶液には、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。 上記バナジウム及びリンを含有する水性溶液を
使用することによつて最終的に生成する第二成分
としてのバナジウム−リン系無定形複合酸化物
は、それ自体としては第一成分のバナジウム−リ
ン系結晶性複合酸化物に比べて著しく低活性であ
るが、第一成分を触媒組成物中に分散させる効果
が大きく、とくに選択的酸化触媒にとつて有害な
細孔半径100Å以下のような微細孔をマスキング
する効果を有し、触媒全体の活性を向上させるこ
とができる。 本発明においては第一成分及び第二成分に加え
て担体であるシリカ(以下第三成分と称すること
がある)を使用する。シリカとしてはいかなるも
のも使用し得るが、とりわけ流動床反応に適した
球状の触媒とするためにはシリカゾルを用いるこ
とが好ましい。球状の触媒は、第一成分、第二成
分及び第三成分を混合したスラリーを制御された
条件下で噴霧乾燥することにより製造される。第
一成分、第二成分および第三成分の使用量につい
ては、第一成分が最終触媒組成物中に15〜80重量
%含有されている必要があり、好ましくは20〜60
重量%である。第一成分は活性成分であり、この
量が15重量%を下回ると、触媒活性の点で問題が
あり、また80重量%を越えても、活性が向上する
ことはなく、逆に触媒強度に問題が生ずる。また
第一成分、第二成分および第三成分の比は、触媒
の細孔の分布が一定の範囲内となるように選択す
る必要があるが、通常、乾燥重量比で、第一成
分:第二成分:第三成分が1:0.1〜7:0.05〜
4、好ましくは1:0.5〜4:0.5〜2の範囲であ
る。 また触媒全体としてのP/Vを0.8〜1.5、更に
好ましくは1.1〜1.3の範囲とすることが必要であ
る。第一成分のP/Vは本質的に1であり、その
製造時に活性成分に若干同伴される可能性のある
リン、バナジウムの量も含めて、第二成分中のリ
ンおよびバナジウムで全体のP/Vのバランスを
とる。この原子比が0.8より小さいと触媒の選択
性の面で問題となり、また1.5より大きいと触媒
活性の面で不利である。 触媒組成物の製造に際して第一成分を前駆体の
形で使用する場合にはスラリーとする前に乾燥、
粉砕しておいてもよく、また水熱処理により前駆
体を製造した後、噴霧乾燥したものを第二成分及
び第三成分と混合してもよい。また混合する前に
300〜700℃の温度範囲で、空気(場合によりブタ
ンやブテン類を含んでいてもよい)の存在下、あ
るいはアルゴン、窒素等の不活性ガス雰囲気下で
焼成して用いることもできる。触媒活性上は、第
一成分を焼成後、第二成分及び第三成分と混合し
スラリーとする方が好ましい。 第一成分、第二成分および第三成分は所望の活
性成分量となるように混合し、好ましくは連続湿
式粉砕機等を使用して充分均密なスラリーとした
後、噴霧乾燥し、ついで焼成する。 触媒調整の段階、すなわち第一成分、第二成分
及び第三成分を混合する段階で、鉄、クロム、ア
ルミニウム、チタン、カルシウム、マグネシウ
ム、マンガン、コバルト、ニツケル等の化合物を
添加しても良い。これらの化合物は前述したよう
に第一成分の中に含ませても良いし、触媒調整段
階、あるいはその双方に添加しても良い。触媒調
整段階で添加する金属化合物の量は、バナジウム
原子1モル当り金属として0.0002〜0.2モルの範
囲が好ましい。 噴霧乾燥の条件は、最終触媒の細孔を制御する
上で重要である。噴霧乾燥の条件、例えば機種、
給液量、乾燥ガス量、温度等で触媒の物性が影響
を受けることは当業者に良く知られていることで
あり、特定のスラリーの性状によつてそれぞれ最
適の条件を見出す必要がある。通常、スラリー中
の酸化物濃度は10〜50%程度とし、噴霧乾燥器チ
エンバー内の乾燥濃度を100〜200℃程度の範囲か
ら選ぶのが良く、より好適には15〜45%の酸化物
濃度のスラリーを110〜150℃の乾燥温度で処理す
るのが良い。乾燥温度が高すぎると触媒の強度低
下があり、それは通常、大細孔径の細孔の増加と
関係がある。酸化物濃度が過大であると、スラリ
ーの輸送が困難になるほか、得られる触媒の真球
性が悪く、従つて流動性に問題を生じるのが常で
ある。 焼成の条件は前述の第一成分の焼成条件と特に
変りはない。以上の方法により、平均粒径30〜
100μm、好ましくは40〜70μm、比表面積0.5〜20
m2/gの実質的に球状の粒子からなる触媒組成物
を得ることができる。触媒の比表面積は第二成分
および焼成温度により主として制御できるが、比
表面積が過度に小さいと活性面で不都合であり、
また逆に過大であると無水マレイン酸の選択率の
低下が起きるので、上記範囲の中に制御するのが
好ましい。 以上のようにして得られる触媒組成物は、流動
性、強度、活性にすぐれ、とりわけ流動床反応用
の触媒として好適であるが、噴霧乾燥した粉体を
公知の方法で成型して固定床の触媒としても使用
することができる。本発明の触媒組成物は高価な
第一成分の量を減らした場合にも、第一成分を単
独で用いる場合と同等か、それ以上の活性を有し
ており固定床反応触媒としても極めて有効であ
る。 本発明の触媒は炭素数4以上の炭化水素を酸化
して無水マレイン酸を製造するのに有効に使用で
きる。炭化水素としてはn−ブタン、n−ブテ
ン、イソブテン、ブタジエン等を単独あるいは混
合して用いることができる。 以上のように本発明によれば炭素数4以上の炭
化水素を酸化して無水マレイン酸を製造するに適
した高活性、高強度の触媒組成物が提供される。 以下、実施例により本発明につきより具体的に
説明する。 実施例 1 (高純度の活性成分前駆体の製造) 表−3のX線回折ピークを示す結晶性の活性成
分前駆体を次のようにして製造した。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
水ビトラジン溶液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溶解した。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、熱
媒をジヤケツト内に循環して除熱した。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0.24MPa(ゲージ圧)であつた。90℃まで
冷却後、脱塩水10.3Kgを加えてスラリー中の固体
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、表−3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
化物であることが確認された。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、0.7μmの平均粒子径を示した。こ
の酸化物スラリーを噴霧乾燥機を用いて乾燥し、
酸化物の淡青色粉体29.8Kgを得た。酸化物スラリ
ーの仕込み基準のP/V原子比は1.05であるが、
過、洗條して得られる結晶性前駆体固体は実質
的には(V2O4)(P2O5)(2H2O)の組成式で示
されることを確認した。 実施例 2 (高純度の活性成分の製造) 実施例1で得た活性成分前駆体を焼成し、表−
2に示すX線回折パターンを有する結晶性酸化物
を製造した。即ち500の容量のマツフル炉内に、
10個の2容量の磁製皿に実施例1で得た前駆体
10Kgを分納して並べ、炉内を充分窒素ガスで置換
した後、昇温し、550℃で2時間加熱した。次い
で炉内に徐々に空気を導入して更に1時間加熱し
た後、放冷した。X線回折の結果、焼成後の粉体
は表−2に示す回折ピーク以外のピークは一切示
さず、高純度の活性成分であることを確認した。
また酸化還元滴定法により全バナジウム原子中の
5価のバナジウムの割合を測定したところ、23.4
%であつた。即ち(VO)2P2O7中のバナジウムの
少なくとも一部は結晶構造を保持したまま酸素吸
収をして5価の原子価状態をとり得る。 実施例 3 (燐酸バナジウム溶液の製造) 無定形のリン、バナジウムを主要構成元素とす
る複合酸化物の好適な原料の例としてリン酸バナ
ジウム溶液を製造した。85%のリン酸2.956Kgを
脱塩水3.0Kgに溶解し、更にシユウ酸(H2C2O4
2H2O)2.55Kgを添加し、加温溶解した。80℃に
液を加熱し、五酸化バナジウム1.842Kgを発泡に
注意しながら少量づつ添加、溶解した後、煮沸状
態で更に10分間加熱して還元を完了させた。液を
放冷し、脱塩水を加えて全量を10.00Kgに調節し
た。この溶液のP/V原子比は1.2666、酸化物
(V2O4+P2O5)濃度は35.0%である。 実施例 4 (触媒−1の製造) 実施例1で得た前駆体乾燥粉体393.6g、実施
例3で得た燐酸バナジウム溶液1.143Kg、および
市販の40%濃度のコロイド状シリカ溶液625.1g
を脱塩水2.84Kgで希釈した溶液を混合し、次いで
連続湿式粉砕機で処理して充分均質化した。この
スラリーを噴霧乾燥機を用いて乾燥し、平均粒子
径58μmの真球性の触媒粒子を得た。これを350
℃で1時間空気気流下に、次いで500℃で2時間
窒素気流下に焼成して触媒−1とした。 実施例 5 (触媒−2の製造) 実施例2で得た焼成粉体353.2gを前駆体乾燥
粉体の代わりに使用した以外は実施例4と全く同
様にして触媒−2を製造した。 実施例 6 (触媒−3の製造) 実施例2で得た焼成粉体353.2g、実施例3と
同様にして得たP/V原子比1.160、酸化物濃度
40%のリン酸バナジウム溶液1589.4g、及び市販
の20%濃度のコロイド状シリカ溶液2119.2gを混
合し、次いで連続湿式粉砕機で処理して充分均質
化した。酸化物濃度35%のこのスラリーを噴霧乾
燥機を用いて乾燥温度130℃で乾燥し、平均粒子
径61μmの真球性触媒粒子を得た。これを500℃
で2時間、窒素気流下に焼成して触媒−3とし
た。 実施例 7 (触媒−4の製造) 実施例2と同様にして得た焼成粉体750g、実
施例3と同様にして得たP/V原子比1.697、酸
化物濃度34.5%のリン酸バナジウム溶液1000gお
よび市販の40%濃度のコロイド状シリカ溶液
1012.5g、脱塩水1.523Kgを混合し、次いで連続
湿式粉砕機で処理して充分均質化した。このスラ
リーに更に水3.21Kgを混合して酸化物濃度を20%
に希釈した後、噴霧乾燥機を用いて乾燥温度130
℃で乾燥し、平均粒子径54μmの真空性触媒粒子
を得た。この粉体を200℃の乾燥機中で一夜乾燥
した後、500℃で2時間窒素気流下に焼成して触
媒−4を得た。 比較例 1 (比較触媒−1の製造) 実施例2で得た焼成粉体を使用せず、実施例3
で得たリン酸バナジウム溶液1.43Kg、40%濃度の
コロイド状シリカ溶液1.25Kg、脱塩水1.32Kgを混
合し、噴霧乾燥法により平均粒子径56μmの真球
性の触媒粒子を得、実施例4と同様に焼成して比
較触媒−1を得た。 比較例 2〜5 (比較触媒−2〜5の製造) 実施例2で得た焼成粉体、実施例3で得たリン
酸バナジウム溶液、及びコロイド状シリカ溶液を
表−5に示した種々の割合で混合し、噴霧乾燥し
て真空性の触媒粒子を得、実施例4と同様に焼成
して比較触媒−2〜5を得た。 触媒の製造法、組成及び物性測定結果を表−5
及び表−6に示した。
[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 aqueous solution containing vanadium and phosphorus described above may contain an organic solvent such as alcohol, ketone, or ether, if necessary. The vanadium-phosphorus-based amorphous composite oxide as the second component that is finally produced by using the aqueous solution containing vanadium and phosphorus is itself a vanadium-phosphorus-based crystal of the first component. Although the activity is significantly lower than that of composite oxides, it has a large effect of dispersing the first component into the catalyst composition, and is particularly effective in dispersing micropores with a radius of 100 Å or less, which are harmful to selective oxidation catalysts. It has a masking effect and can improve the overall activity of the catalyst. In the present invention, in addition to the first component and the second component, silica as a carrier (hereinafter sometimes referred to as the third component) is used. Although any silica can be used, it is preferable to use silica sol in order to obtain a spherical catalyst suitable for fluidized bed reactions. The spherical catalyst is produced by spray drying a slurry of the first, second and third components under controlled conditions. Regarding the usage amounts of the first component, the second component and the third component, the first component should be contained in the final catalyst composition in an amount of 15 to 80% by weight, preferably 20 to 60% by weight.
Weight%. The first component is an active component, and if the amount is less than 15% by weight, there will be a problem in terms of catalytic activity, and if it exceeds 80% by weight, the activity will not improve and on the contrary, the catalytic strength will be affected. A problem arises. The ratio of the first component, second component, and third component must be selected so that the pore distribution of the catalyst is within a certain range. Two components: Third component is 1:0.1~7:0.05~
4, preferably in the range of 1:0.5 to 4:0.5 to 2. Further, it is necessary that the P/V of the catalyst as a whole is in the range of 0.8 to 1.5, more preferably 1.1 to 1.3. The P/V of the first component is essentially 1, and the total P / Balance the V. If this atomic ratio is smaller than 0.8, there will be a problem in terms of catalyst selectivity, and if it is larger than 1.5, it will be disadvantageous in terms of catalytic activity. When the first component is used in the form of a precursor in the production of the catalyst composition, it must be dried and dried before being made into a slurry.
The precursor may be pulverized, or the precursor may be prepared by hydrothermal treatment and then spray-dried and mixed with the second and third components. before mixing again
It can also be used by firing in the temperature range of 300 to 700°C in the presence of air (which may contain butane or butenes as the case may be) or in an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen. In terms of catalytic activity, it is preferable to mix the first component with the second component and the third component to form a slurry after firing. The first component, second component, and third component are mixed to a desired amount of active ingredients, preferably made into a sufficiently homogeneous slurry using a continuous wet grinder, etc., and then spray-dried and then calcined. do. Compounds such as iron, chromium, aluminum, titanium, calcium, magnesium, manganese, cobalt, and nickel may be added at the stage of catalyst preparation, that is, at the stage of mixing the first, second, and third components. These compounds may be included in the first component as described above, or may be added to the catalyst preparation step, or both. The amount of the metal compound added in the catalyst preparation step is preferably in the range of 0.0002 to 0.2 moles of metal per mole of vanadium atoms. Spray drying conditions are important in controlling the pores of the final catalyst. Spray drying conditions, e.g. model,
It is well known to those skilled in the art that the physical properties of the catalyst are affected by the amount of liquid supplied, the amount of drying gas, temperature, etc., and it is necessary to find the optimal conditions for each depending on the properties of the specific slurry. Usually, the oxide concentration in the slurry is about 10 to 50%, and the dry concentration in the spray dryer chamber is preferably selected from a range of about 100 to 200℃, and more preferably an oxide concentration of 15 to 45%. It is better to process the slurry at a drying temperature of 110-150℃. If the drying temperature is too high, there is a decrease in the strength of the catalyst, which is usually associated with an increase in large pore size pores. If the oxide concentration is excessive, it becomes difficult to transport the slurry, and the resulting catalyst has poor sphericity, which usually causes problems in fluidity. The firing conditions are not particularly different from those for the first component described above. By the above method, the average particle size is 30~
100μm, preferably 40-70μm, specific surface area 0.5-20
A catalyst composition consisting of substantially spherical particles of m 2 /g can be obtained. The specific surface area of the catalyst can be controlled mainly by the second component and the calcination temperature, but if the specific surface area is too small, it is disadvantageous in terms of activity.
On the other hand, if it is too large, the selectivity of maleic anhydride will decrease, so it is preferable to control it within the above range. The catalyst composition obtained as described above has excellent fluidity, strength, and activity, and is particularly suitable as a catalyst for fluidized bed reactions. It can also be used as a catalyst. Even when the amount of the expensive first component is reduced, the catalyst composition of the present invention has the same or higher activity than when the first component is used alone, and is extremely effective as a fixed bed reaction catalyst. It is. The catalyst of the present invention can be effectively used for producing maleic anhydride by oxidizing hydrocarbons having 4 or more carbon atoms. As the hydrocarbon, n-butane, n-butene, isobutene, butadiene, etc. can be used alone or in combination. As described above, according to the present invention, a highly active and high strength catalyst composition suitable for producing maleic anhydride by oxidizing a hydrocarbon having 4 or more carbon atoms is provided. Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples. Example 1 (Production of highly pure active ingredient precursor) A crystalline active ingredient precursor exhibiting the X-ray diffraction peaks shown in Table 3 was produced as follows. Pour 38.0 kg of demineralized water, 21.83 kg of 85% phosphoric acid, and 2.85 kg of 80% vitrazine hydrate solution into a pressure-resistant container with a jacket lined with No. 100 glass, and then add 16.40 kg of vanadium pentoxide powder while stirring, being careful not to foam. The mixture was added and dissolved little by little. During this time, in order to suppress the temperature rise due to heat generation and maintain the liquid temperature at 60 to 80°C, a 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℃ in 2 hours,
Hydrothermal treatment was then carried out for 10 hours. During this time, the pressure was approximately 0.24 MPa (gauge pressure). After cooling to 90°C, 10.3 kg of demineralized water was added to adjust the solid concentration in the slurry to approximately 35%, and the slurry was extracted. This solid X
When line diffraction measurements were performed, it was found that the main diffraction peaks shown in Table 3 were exhibited, and it was confirmed that it was a pure crystalline oxide. Also, Coulter
When the particle size distribution of the solid in the slurry was examined using a counter method, it was found to have an average particle size of 0.7 μm. Dry this oxide slurry using a spray dryer,
29.8 kg of light blue oxide powder was obtained. The standard P/V atomic ratio of the oxide slurry is 1.05,
It was confirmed that the crystalline precursor solid obtained by filtering and washing had a compositional formula of (V 2 O 4 )(P 2 O 5 )(2H 2 O). Example 2 (Production of high-purity active ingredient) The active ingredient precursor obtained in Example 1 was calcined, and the results shown in Table-
A crystalline oxide having the X-ray diffraction pattern shown in 2 was produced. In other words, in a Matsufuru furnace with a capacity of 500
The precursor obtained in Example 1 was placed in 10 2-volume porcelain dishes.
10 kg were divided and arranged, and after the inside of the furnace was sufficiently replaced with nitrogen gas, the temperature was raised and heated at 550°C for 2 hours. Next, air was gradually introduced into the furnace and the mixture was heated for an additional hour, and then allowed to cool. As a result of X-ray diffraction, the powder after firing did not show any peaks other than the diffraction peaks shown in Table 2, confirming that it was a highly pure active ingredient.
In addition, when the proportion of pentavalent vanadium in all vanadium atoms was measured by redox titration method, it was found to be 23.4.
It was %. That is, at least a portion of the vanadium in (VO) 2 P 2 O 7 can absorb oxygen while maintaining its crystal structure and assume a pentavalent state. Example 3 (Production of vanadium phosphate solution) A vanadium phosphate solution was produced as an example of a suitable raw material for a composite oxide containing amorphous phosphorus and vanadium as main constituent elements. Dissolve 2.956 kg of 85% phosphoric acid in 3.0 kg of demineralized water, and add oxalic acid (H 2 C 2 O 4
2.55 kg of 2H 2 O) was added and dissolved by heating. The liquid was heated to 80°C, and 1.842 kg of vanadium pentoxide was added little by little while being careful not to foam. After dissolving, the mixture was heated for an additional 10 minutes at boiling to complete the reduction. The liquid was allowed to cool, and demineralized water was added to adjust the total amount to 10.00 kg. The P/V atomic ratio of this solution was 1.2666, and the oxide (V 2 O 4 +P 2 O 5 ) concentration was 35.0%. Example 4 (Production of Catalyst-1) 393.6 g of the dry precursor powder obtained in Example 1, 1.143 Kg of the vanadium phosphate solution obtained in Example 3, and 625.1 g of a commercially available 40% concentration colloidal silica solution.
A solution prepared by diluting the above with 2.84 kg of demineralized water was mixed and then treated with a continuous wet grinder to thoroughly homogenize it. This slurry was dried using a spray dryer to obtain spherical catalyst particles with an average particle diameter of 58 μm. This is 350
The catalyst was calcined at 500° C. for 1 hour under an air stream and then at 500° C. for 2 hours under a nitrogen stream to obtain Catalyst-1. Example 5 (Production of Catalyst-2) Catalyst-2 was produced in exactly the same manner as in Example 4, except that 353.2 g of the calcined powder obtained in Example 2 was used instead of the dried precursor powder. Example 6 (Manufacture of catalyst-3) 353.2 g of calcined powder obtained in Example 2, P/V atomic ratio 1.160 obtained in the same manner as Example 3, oxide concentration
1589.4 g of a 40% vanadium phosphate solution and 2119.2 g of a commercially available 20% strength colloidal silica solution were mixed and then processed in a continuous wet grinder to achieve thorough homogenization. This slurry with an oxide concentration of 35% was dried using a spray dryer at a drying temperature of 130°C to obtain true spherical catalyst particles with an average particle diameter of 61 μm. This is heated to 500℃
The catalyst was calcined under a nitrogen stream for 2 hours to obtain catalyst-3. Example 7 (Manufacture of catalyst-4) 750 g of calcined powder obtained in the same manner as in Example 2, a vanadium phosphate solution with a P/V atomic ratio of 1.697 and an oxide concentration of 34.5% obtained in the same manner as in Example 3. 1000g and commercially available 40% strength colloidal silica solution
1012.5 g and 1.523 kg of demineralized water were mixed, and then treated with a continuous wet mill to fully homogenize. Add 3.21 kg of water to this slurry to increase the oxide concentration to 20%.
After diluting to 130℃, dry using a spray dryer.
It was dried at ℃ to obtain vacuum catalyst particles having an average particle diameter of 54 μm. This powder was dried in a dryer at 200°C overnight, and then calcined at 500°C for 2 hours under a nitrogen stream to obtain catalyst-4. Comparative Example 1 (Manufacture of Comparative Catalyst-1) Example 3 was prepared without using the calcined powder obtained in Example 2.
Example 4: 1.43 kg of the vanadium phosphate solution obtained in Example 4, 1.25 kg of 40% colloidal silica solution, and 1.32 kg of demineralized water were mixed and spray-dried to obtain spherical catalyst particles with an average particle diameter of 56 μm. Comparative catalyst-1 was obtained by calcining in the same manner as above. Comparative Examples 2 to 5 (Manufacture of Comparative Catalysts 2 to 5) The calcined powder obtained in Example 2, the vanadium phosphate solution obtained in Example 3, and the colloidal silica solution were mixed into various types shown in Table 5. They were mixed in the same proportions, spray dried to obtain vacuum catalyst particles, and fired in the same manner as in Example 4 to obtain Comparative Catalysts 2 to 5. Table 5 shows the catalyst manufacturing method, composition, and physical property measurement results.
and shown in Table-6.

【表】【table】

【表】 定する。小さいほど強度が大。
反応例 1 n−ブタン3%−空気混合ガスを用い、硬質ガ
ラス製の小型流動床反応器、表−7に示す触媒20
ml、GHSV500で活性テストを行なつた。反応生
成物は水に捕集し、捕集液の電位差滴定、および
廃ガスのガスクロマトグラフイーにより定量分析
を行なつた。結果を表−7に示した。
[Table] Set. The smaller the size, the greater the strength.
Reaction Example 1 Using a 3% n-butane-air mixed gas, a small fluidized bed reactor made of hard glass, and the catalyst 20 shown in Table 7.
ml, GHSV500 was used for activity testing. The reaction products were collected in water and quantitatively analyzed by potentiometric titration of the collected liquid and gas chromatography of the waste gas. The results are shown in Table-7.

【表】【table】

【表】 反応例 2 触媒−2、触媒−4および比較触媒−2、更に
実施例2の焼成粉末を各々乳ばちで粉砕し、打錠
成型器で7mmφ×3mmHに成型した後、破砕して
14〜24メツシユ粒子を篩別した。この1mlを6mm
φの硬質ガラス製マイクロリアクターに充填し、
n−ブタン1.5%/空気の混合ガス、GHSV2000
で反応させた。生成物はガスクロマトグラフによ
り分析した。触媒性能を比較した結果を表−8に
示した。触媒−2、4は、実施例2の焼成粉末と
同等の成績を示している。
[Table] Reaction Example 2 Catalyst-2, Catalyst-4, Comparative Catalyst-2, and the calcined powder of Example 2 were each ground with a mortar, formed into 7 mmφ x 3 mmH with a tablet machine, and then crushed. hand
14-24 mesh particles were sieved. 6mm of this 1ml
Fill a φ hard glass microreactor,
Mixed gas of n-butane 1.5%/air, GHSV2000
I reacted with The products were analyzed by gas chromatography. Table 8 shows the results of comparing catalyst performance. Catalysts 2 and 4 showed similar results to the calcined powder of Example 2.

【表】 反応例 3 触媒−2を用いて反応例1と同様にして流動床
反応により1−ブテン、イソブチレン、1,3−
ブタジエン及び1−ブテン−n−ブタン混合ガス
の反応を行なつた。炭化水素濃度は各々3%、
GHSV500とした。反応成績を表−9に示した。
[Table] Reaction Example 3 1-Butene, isobutylene, 1,3-
A reaction between butadiene and 1-butene-n-butane mixed gas was carried out. Hydrocarbon concentration is 3% each.
It was set as GHSV500. The reaction results are shown in Table-9.

【表】 反応例 4 20mlの触媒−2を反応例1で使用した小型流動
床反応器に充填し、n−ブタン3%、1−ブテン
0.8%及び空気の混合ガスを導入して反応させた。
GHSV500、反応温度440℃ではn−ブタン変換
率81.3%、1−ブテン変換率100%であり、合計
の炭化水素に対する無水マレイン酸収率は45.6%
であつた。
[Table] Reaction example 4 20ml of catalyst-2 was charged into the small fluidized bed reactor used in reaction example 1, and 3% n-butane and 1-butene were added.
A mixed gas of 0.8% and air was introduced and reacted.
At GHSV500 and reaction temperature of 440°C, n-butane conversion rate is 81.3%, 1-butene conversion rate is 100%, and maleic anhydride yield based on total hydrocarbons is 45.6%.
It was hot.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 バナジウム及びリンを含有し、下表のX線回
折ピークを示す結晶性複合酸化物及びシリカが均
一に分散された組成物であつて、 () 結晶性複合酸化物の含量が15〜80重量%で
あり、 () バナジウム原子に対するリン原子の比が0.8
〜1.5であり、 () 細孔半径37〜2000Åの範囲の細孔容量が
0.01〜0.3ml/gであり、かつ () 細孔半径100〜350Åの範囲の細孔容量が細
孔半径37〜2000Åの範囲の細孔容量の50%以上
である。 ことを特徴とする、炭素数4以上の炭化水素を酸
化して無水マレイン酸を製造するのに適した酸化
触媒組成物。 X線回折ピーク (対陰性 Cu−Kα)2θ(±0.2°) 14.2° 15.7° 18.5° 23.0° 28.4° 30.0° 33.7° 36.8° 2 特許請求の範囲第1項に記載の酸化触媒組成
物において、細孔半径37〜2000Åの範囲の細孔容
量が0.03〜0.3ml/gであることを特徴とするも
の。 3 特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の酸
化触媒組成物において、均一に分散された、 (a) 該結晶性複合酸化物、 (b) バナジウム及びリンを含有する無定形複合酸
化物、及び (c) シリカ、 からなることを特徴とするもの。 4 特許請求の範囲第3項に記載の酸化触媒組成
物において、該結晶性複合酸化物(a)、該無定形複
合酸化物(b)及びシリカ(c)の重量比が、 a:b:c=1:0.1〜7:0.05〜4 であることを特徴とするもの。
[Scope of Claims] 1. A composition in which a crystalline composite oxide and silica containing vanadium and phosphorus and exhibiting the X-ray diffraction peaks shown in the table below are uniformly dispersed, comprising: The content is 15-80% by weight, and the ratio of phosphorus atoms to vanadium atoms () is 0.8
~1.5, and () the pore volume in the range of pore radius from 37 to 2000 Å
0.01 to 0.3 ml/g, and () the pore volume in the pore radius range of 100 to 350 Å is 50% or more of the pore volume in the pore radius range of 37 to 2000 Å. An oxidation catalyst composition suitable for producing maleic anhydride by oxidizing a hydrocarbon having 4 or more carbon atoms. X-ray diffraction peak (opposite negative Cu-Kα) 2θ (±0.2°) 14.2° 15.7° 18.5° 23.0° 28.4° 30.0° 33.7° 36.8° 2 In the oxidation catalyst composition according to claim 1, A pore volume having a pore radius of 37 to 2000 Å and a pore volume of 0.03 to 0.3 ml/g. 3. In the oxidation catalyst composition according to claim 1 or 2, (a) the crystalline composite oxide, (b) the amorphous composite oxide containing vanadium and phosphorus are uniformly dispersed. and (c) silica. 4. In the oxidation catalyst composition according to claim 3, the weight ratio of the crystalline composite oxide (a), the amorphous composite oxide (b), and silica (c) is a:b: c=1:0.1~7:0.05~4.
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