JPH0451226B2 - - Google Patents

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JPH0451226B2
JPH0451226B2 JP62219588A JP21958887A JPH0451226B2 JP H0451226 B2 JPH0451226 B2 JP H0451226B2 JP 62219588 A JP62219588 A JP 62219588A JP 21958887 A JP21958887 A JP 21958887A JP H0451226 B2 JPH0451226 B2 JP H0451226B2
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Japan
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catalyst
silica
surface area
gel
specific surface
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JP62219588A
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Japanese (ja)
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Noboru Hirooka
Tatsuya Nobusawa
Jusaku Arima
Susumu Fujii
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Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH0451226B2 publication Critical patent/JPH0451226B2/ja
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
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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)
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Description

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

〔産業上の利用分野〕 本発明は、ナフタリンを気相接触酸化して無水
フタル酸を製造する触媒の製造方法に関し、さら
に詳しくは、高活性、耐熱劣化性、耐摩耗性に優
れた、酸化バナジウム、硫酸カリウム、硫酸がシ
リカに担持されているナフタリンの気相接触酸化
用流動触媒の製造方法に関する。 〔従来技術〕 従来、ナフタリンの気相接触酸化用流動触媒と
しては、バナジウム成分、カリウム成分、硫酸を
シリカに担持させてなる触媒が使用されており、
かかる触媒の製造方法が種々提案されている。 特公昭40−15096号公報、英国特許第885651号
公報、米国特許第2973371号公報には、ケイ酸カ
リウム溶液にバナジウム酸アンモニウム溶液を加
えて、シリカヒドロゲルとカリウム成分、バナジ
ウム成分の混合スラリーを調製し、次いでこの混
合スラリーに硫酸を混合して中和した後、噴霧乾
燥、焼成して流動触媒を調製する方法(所謂、後
沈着法)が開示されている。 また、英国特許第1053474号公報には、希ケイ
酸ソーダを硫酸で中和し、ゲル化した後、洗浄し
て得られるシリカヒドロゲルを噴霧乾燥して担体
を調製し、これに水酸化カリウム、五酸化バナジ
ウム、硫酸の混合液を担持させて触媒を調製する
方法(所謂、含浸法)が開示されている。 〔本発明が解決しようとする問題点〕 しかし、前記の、特公昭40−15096号公報や、
英国特許第885651号公報、米国特許第2973371号
公報に記載のような後沈着法では、触媒を高活性
化するためにシリカ担体の比表面積を大きくして
も焼成過程で低融点組成物を形成しやすい活性成
分の影響を大きく受けるので、得られる触媒の比
表面積や細孔容積を大きくすることはできない。
実際、シリカ担体の比表面積が200〜850m2/gの
ものを用いても触媒の比表面積は75m2/g以下の
ものしか得られず、また、比表面積が大きいシリ
カ担体を用いるほど得られる触媒の細孔容積は小
さくなるということが記載されている。 即ち、これらの方法では所望の高い比表面積、
細孔容積を有する触媒を製造することはできな
い。しかし、ナフタリンの気相接触酸化法におい
て、最高反応温度を低くし、また無水フタル酸の
収率を向上させるためには触媒の比表面積を高く
することが必要とされるので、これらの方法はナ
フタリンの気相接触酸化用の触媒の製造方法とし
て十分なものではなかつた。 さらに従来のケイ酸カリウムとバナジウム酸ア
ンモニウムからシリカヒドロゲルを調製する後沈
着方法では、ゲル化する組成に制約があるため、
得られる触媒の組成に制約が生じるので高活性な
触媒を得られないという問題点もあつた。 一方、含浸法では調製される触媒は、触媒粒子
内での活性成分の分布が不均一であり、触媒粒径
により活性成分の含有量も異なつてしまう。従つ
て、触媒使用時に触媒の局部的発熱が生じ、活性
成分であるV2O5のシンタリングやSO3の飛散を
生じさせるので、耐熱性に劣り、触媒の性能劣化
が大きいという問題点があつた。特に、一般に市
販されている破砕シリカ粒子に活性成分を含浸さ
せた触媒では、耐摩耗性に劣るという性質と共
に、調製法に起因する活性成分の分布状態の不均
一性による問題が著しかつた。 これに対し、含浸法で、活性成分が均一に担持
された触媒を得るためには、比表面積及び細孔容
積の非常に大きい担体を使用すればよい。 しかし、そのような担体に活性成分を含浸して
得られる触媒は、嵩密度が過小になり、耐摩耗性
が著しく劣る。 一方、米国特許第2941957号公報には、触媒の
耐摩耗性を改良するために、ケイ酸ソーダを非水
溶媒中で球形化したシリカ担体を用いることが述
べられている。しかし、この方法で得られるシリ
カ担体は、非表面積、細孔容積などの性状が制約
されると共に、含浸法で調製されるため、活性成
分の分布状態が不均一になるという問題点が解決
されないままであつた。 上記のように、従来のケイ酸カリウムの如きケ
イ酸アルカリを中和して得られるシリカヒドロゲ
ルをシリカ源に用いる後沈着法では、調製される
触媒組成が制約されまた、高い比表面積の触媒が
得られ難いという問題点を有し、また、予めシリ
カ担体を調製してから使用する含浸法では、調製
される触媒は耐摩耗性が劣り、高い比表面積の触
媒を得難いことに加えて、活性成分が均一に担持
され難いので耐熱性にも劣り、性能劣化が大きい
などの問題点を有していた。 本発明はかかる問題点を解決しようとするもの
であつて、高比表面積で適当な細孔容積、嵩密度
を有し、活性成分が均一に担持され、耐摩耗性、
耐熱劣化性に優れた高活性のナフタリンの気相接
触酸化用流動触媒の製造方法を提供することを目
的とする。 換言すれば、本発明は触媒の比表面積、細孔容
積、嵩密度を任意に調整して製造することが可能
であり、またナフタリンの流動床法による気相接
触酸化における広範囲の反応条件の変動にも対応
できるような優れた耐熱性を有する触媒を製造す
るナフタリンの気相接触酸化用流動触媒の製造方
法を提供することを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは、従来の触媒の製造方法に伴う問
題点を解決すべく鋭意研究を行つた結果、触媒の
担体となるシリカの原料として、一般にシリカゾ
ルと称されることのあるポリケイ酸液(低濃度の
ケイ酸ソーダやケイ酸カリを中和したりあるいは
イオン交換した直後のポリケイ酸を含むゾルであ
つて、非常に不安定なもの)を使用することな
く、平均粒径が4〜50nmのコロイダルシリカを
ゾル状またはゲル状にして使用すればよいことを
見い出し本発明を成すに至つた。 即ち、本発明は、ナフタリンの気相接触酸化用
流動触媒を、シリカ源、バナジウム化合物、カリ
ウム化合物および硫酸化合物を混合した後、噴霧
乾燥、焼成することにより製造する方法におい
て、該シリカ源として平均粒子径が4〜50nmの
コロイダルシリカを使用することを特徴とするナ
フタリンの気相接触酸化用流動触媒の製造方法を
提供する。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明はシリカ源として平均粒径が4〜50n
m、好ましくは4〜25nmのコロイダルシリカを
ゾルまたはゲルとして使用する。 ここで、コロイダルシリカとは粒子状のポリケ
イ酸であつて、それをゾルとした場合、静置ある
いは通常の遠心分離によつては沈降しないものを
いう。またその平均粒子径とは次式により求めら
れるものをいう。 平均粒子径(nm)=6000/比表面積(m2/g)×2.2 式中、比表面積は、G.W.Sears,Analytical
Chemistry VOL28、No.12、Dec、P.1981(1956)
に記載されている苛性ソーダにより滴定法により
求めたものである。 従つて、換言すれば、本発明は比表面積700〜
50m2/gのコロイダルシリカを使用する。平均粒
子径が4nm未満のコロイダルシリカのゾルは、
ケイ酸ソーダを中和あるいはイオン交換した直後
のポリケイ酸液に比べれば比較的安定であるが高
濃度での安定制に劣る。従つて、平均粒子径が
4nm未満のコロイダルシリカを使用しても低濃
度のゾルしか得られず、球状粒子が得られなくな
り、触媒の耐摩耗性や流動性が不良となるので好
ましくない。 しかもこのようなコロイダルシリカは一般に安
定剤として多量のアルカリ金属を含有しているの
で触媒活性の低下の一因となり好ましくない。 さらに、平均粒子径が4nm未満のコロイダル
シリカを使用すると、触媒を調製するにあたり、
噴霧乾燥して球状粒子に成形する際、球状の粒子
が得られ難く、触媒の耐摩耗性や流動性が劣るば
かりか、触媒の使用時に硫酸化合物とカリウム化
合物による低融点物の影響を受けて触媒の比表面
積、細孔容積が小さくなり、結局触媒活性が低く
なるので好ましくない。 一方、平均粒子径が50nmより大きいコロイダ
ルシリカを用いた場合には、触媒の比表面積が小
さくなり、触媒活性が低くなるばかりか、触媒の
耐摩耗性が低下するので好ましくない。 従つて、本発明においては平均粒子径は、4〜
50nm、好ましくは、4〜25nmの範囲のコロイ
ダルシリカを使用する。 この範囲のコロイダルシリカを使用した場合に
は調整される触媒の比表面積は250〜50m2/gの
範囲にあり、コロイダルシリカの比表面積に応じ
て変化する。即ち、比表面積の大きいコロイダル
シリカを使用することにより比表面積の大きい触
媒を得られる。さらに、調整される触媒の細孔容
積と嵩密度をコロイダルシリカの凝集程度を変え
ることにより、触媒の比表面積をかえることなく
自由に制御することが可能となる。例えば、シリ
カゾルの状態で活性成分を混合して噴霧乾燥する
方法では、得られる触媒の細孔容積は0.4〜0.2
c.c./g、嵩密度は、0.7〜1.0g/c.c.程度となり、
シリカゾルを予めゲル化して使用する場合は、細
孔容積が0.7〜0.3c.c./g、嵩密度が0.4〜0.9g/
c.c.程度の触媒が得られる。 このように平均粒径4〜50nmのコロイダルシ
リカを使用することにより所望の高い比表面積、
細孔容積、嵩密度を有する触媒に調製することが
でき、触媒を高活性、高選択性にすることができ
るので好ましい。 また、低融点物質の影響により、触媒の使用時
に比表面積や細孔容積が低下して活性が低化する
ことがないので好ましい。 加えて、平均粒子径4〜50nmのコロイダルシ
リカを使用した場合には調製される触媒粒子の球
形度が高くなり耐摩耗性、流動性に優れた触媒が
得られるので好ましい。 このようなコロイダルシリカは本発明において
ゾルまたはゲルとして使用され、シリカゾルとし
てはアルカリ性条件下で低分子量ケイ酸を重合し
て得られるものが使用できる。かかるシリカゾル
はSiO2として20wt%の高濃度での粘度が50c.P.以
下であり、数ケ月〜数年間安定であることで特徴
付けられる。従つて、一般にシリカゾルと称され
ることのある、低濃度のケイ酸ソーダやケイ酸カ
リを中和あるいはイオン交換した直後のポリケイ
酸液とは異なる。即ち、一般にシリカゾルと称さ
れることのあるポリケイ酸液は、実質的には非常
に低分子量のポリケイ酸のゾルであり、SiO2
して7wt%以下の濃度でなければ、安定なポリケ
イ酸液が得られず、また、これらは、数分〜数日
経過するとゲル状となることで、本発明に用いら
れるシリカゾルとは異なる。 本発明で使用できるシリカゾルとしてはコロイ
ダルシリカの平均粒子径が4〜50nmである限り
市販のものが使用でき、例えば商品名カタロイド
のS−30H、S−30L、S−20H、S−20L、SI
−45P、SI−50、SI−40、SI−30、SI−350、SI
−550、SN、(以上触媒化成工業(株)製品)、商品名
スノーテツクスの−30、−N、−O(以上日産化学
工業(株)製品)、商品名ルドツクスのHS−40、HS
−30、LS、SM−30、TM、AS(以上E.I.Dupon
社製品)などを例示できる。但し、使用にあたつ
ては一般にシリカゾルの安定剤として、Na2O/
SiO2(重量比)として0.005〜0.05含まれているナ
トリウムの含有量を予めNa2O/SiO2として0.015
以下程度になるようにし、調製される触媒中の
Na2O量が1.0wt%以下、好ましくは、0.3wt%以
下になるようにすることが好ましい。触媒中の
Na2O量が1.0wt%を超えるとナフタリンの反応
率が低下するので好ましくないからである。 従つて、市販のシリカゾル中、ナトリウム含有
量の少ないカタロイドのS−20L、SN、スノー
テツクスの−O、−NおよびルドツクスのAS、
LS等はそのまま使用することが好適であるが、
他の比較的多くのナトリウムを含有するものは、
予めナトリウムを低減してから使用するのが好ま
しい。 ナトリウムの除去方法としては、陽イオン交換
樹脂による方法、酸で中和後限外濾過膜などを用
いて塩として除去する方法など、周知の方法を用
いることができる。 本発明でコロイダルシリカは上記のようなシリ
カゾルとして使用することができるが、より軽質
の触媒を得ることを目的とする場合には、ゲル状
態として使用することが好ましい。この場合、ゲ
ル状態としては、ゾル全体がゲル化して流動性を
失つた状態または全体的にはゲル化せずに流動性
を有している状態のいずれでもよい。 コロイダルシリカよりゲルを生成する方法とし
ては、シリカゾルに塩化ナトリウム、硫酸ナトリ
ウムの如き塩を混合する方法、カルシウム、マグ
ネシウム、アルミニウムの如き多価陽イオンある
いはその塩を混合する方法、陽イオンまたは両性
界面活性剤を混合する方法など種々の方法が採用
されるが、シリカゾルにアルカリおよび/または
酸を添加してPHを調整する方法がもつとも適当で
ある。この場合、ゲル生成時のPHが4−11の範囲
で高いほど嵩密度の小さな触媒が得られる。PH調
整に際しては、酸としては硫酸を、また、アルカ
リとしては水酸化カリウムを用いる方法が触媒の
活性成分と共通するので好適である。また、ゲル
生成時のシリカ濃度は3wt%以上で行うことが適
当であり、さらにゲルの生成を加熱下に行うこと
および得られたゲルを加熱熟成することなどは安
定したゲルを得るために好ましい。 軽質の触媒を得るために有効なゲル状態として
は、平均粒子径4〜50nmのコロイダルシリカの
ゾルより得られるゲルであつて、このゲルを
SiO2として2.7wt%となるように水で希釈分散し
た後、遠心分離機により回転数3000rpm、時間30
分の条件下でゲル状物を沈降させた場合の沈殿シ
リカの重量割合(ゲル化度)が全シリカの30%以
上であることが好ましい。30%未満の場合はゲル
状態として用いる効果は顕著でなく、ゾル単独を
用いた場合と大差ない触媒が得られる。 さらに、このようにして得られるゲルは、触媒
のシリカ源として単独で用いる場合に限らず、上
記のコロイダルシリカのゾルと混合して用いても
嵩密度の調整に有効である。 本発明による触媒の製造方法は、上記のような
コロイダルシリカと、バナジウム化合物、カリウ
ム化合物、硫酸化合物を混合スラリーとした後、
噴霧乾燥、焼成することよりなる。 本発明に使用されるバナジウム化合物として
は、水に可溶であり、空気中焼成により酸化バナ
ジウムとなるもの、例えば、メタバナジウム酸ア
ンモニウム、硫酸バナジル(オキシ硫酸バナジウ
ム)、酢酸バナジウム、蓚酸バナジウム、蓚酸バ
ナジウムアンモニウム、オキシハロゲン化バナジ
ウムなどをあげることができる。 また本発明に使用されるカリウム化合物として
は、水酸化カリ、硫酸カリ、塩化カリ、硝酸カ
リ、オキシハロゲン化カリ、チオ硫酸カリ、亜硝
酸カリ、亜硫酸カリ、亜硫酸水素カリ、硫酸水素
カリ、シユウ酸カリ、シユウ酸水素カリなどをあ
げることができるが、このうち焼成後の残存成分
が活性成分となるカリウムの硫酸塩が特に好適で
ある。 硫酸化合物としては硫酸、硫酸アンモニウムな
どが使用可能である。 これらのコロイダルシリカ、バナジウム化合
物、カリウム化合物、硫酸化合物の配合量は触媒
中のシリカの含有量がSiO2として45〜90wt%、
好ましくは、65〜85wt%、活性成分の含有量が
V2O5、K2SO4、およびSO3の和として55〜10wt
%、好ましくは35〜15wt%となるよう各成分を
混合して調製する。 触媒中の活性成分の含有量が10wt%未満の場
合は、触媒の活性が低いので好ましくない。 この場合、活性を高めるため反応温度を高くす
ると選択性の低下、活性の劣化が促進されるので
好ましくない。一方、活性成分の含有量が55wt
%より多い場合は、触媒の嵩密度が大きくなり、
比表面積が低下し、さらに活性成分の結晶化等に
より、活性、流動性が低下するので好ましくな
い。 また、本発明による触媒では、各活性成分の含
有割合は、SO3/K2Oモル比が2.0±0.4、好まし
くは、2.0±0.2、また、K2O/V2O5モル比が4.0
±1.0、好ましくは、4.0±0.4となる範囲に選ばれ
る。 本発明による触媒の製造方法では、混合スラリ
ーを製造するに際して、コロイダルシリカおよび
各活性成分の混合順序は、任意に変えることがで
き、2種以上の成分を一緒に水に溶解してもよ
く、またシリカゾル若しくはシリカゲルの保有成
分で活性成分を溶解してもよい。但し、混合スラ
リー中の水の量は50〜95wt%とするのがよい。 上記のようにして得られた混合スラリーを、常
法により必要に応じて濃縮して適当な濃度に調整
した後、噴霧乾燥して微細球状粒子を得る。 噴霧乾燥方法としては、公知の方法を採用する
ことができ、乾燥時の温度(乾燥機の出口温度)
は特に制限はないが、100〜200℃が好適である。
噴霧については、得られる球状微細粒子の重量平
均粒子径が60±20μm、粒径分布44μm以下が10
〜40wt%となるように噴霧条件を設定するのが
好ましい。得られた球状粒子は空気中で300〜600
℃、好ましくは400〜550℃の温度で、焼成され
る。 以上のような本発明の製造方法により以下のよ
うな性状の触媒が得られる。 粒子形状 中実球状 嵩密度(g/c.c.) 0.7±0.3 比表面積(m2/g) 150±100 細孔容積(c.c./g) 0.2〜0.6 摩耗率(wt%/15hr) 3以下 重量平均粒子径(μm) 60±20 粒径分布44μm以下(%) 10〜40 触媒粒子内の活性成分の分布 均一 触媒粒子間の活性成分の含有量の分布 均一 上記の性状において、触媒の耐摩耗性は、主に
細孔容積と相関々係があるが、本発明によつて得
られる触媒の摩耗率は3wt%/15hr以下であり、
これは同一細孔容積の従来の後沈着法又は含浸法
による触媒よりも耐摩耗性が優れていることを示
している。 また、本発明による触媒は触媒粒子内の活性成
分の分布および触媒粒子間の活性成分の含有量の
分布が均一なので、反応に使用した場合に触媒上
の局所的発熱により低融点成分が融解し、触媒の
比表面積を低下させて活性低下を生じさせること
もない。このように本発明による触媒の耐熱性が
優れていることは、マツフル炉で600℃、2時間
の熱処理後においても比表面積の低下率が小さ
く、また流動床で長期間使用しても活性低下率が
従来触媒に比較して著しく小さいことから実証さ
れる。 〔実施例〕 以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に
説明する。 実施例 1 (脱Naシリカゾルの調製) コロイダルシリカの平均粒子径が5nmである
カタロイドSI−550(触媒化成工業(株)製)50Kgにイ
オン交換水を加えて濃度約10%となるよう希釈し
た。本液を予めカラムに充填した7の陽イオン
交換樹脂(ダイヤイオンSK−1B、三菱化成工
業)層を空塔速度SV=12hr-1で通過させ、脱Na
シリカゾル93Kgを得た。この脱Naシリカゾルの
性状を表1に示す。また、本ゾルは常温で1ケ月
以上ゲル化しなかつた。 (混合スラリーの調合〜焼成) 硫酸カリウムの結晶1.54Kgを加温したイオン交
換水9.4Kgに添加した後よく撹拌溶解し、硫酸カ
リウム溶液を調製した。一方、硫酸アンモニウム
1.11Kgをイオン交換水2.5Kgに溶解し硫酸アンモ
ニウム溶液を得た。 120のスチームジヤケツトを備えたステンレ
ス製容器に上記の脱Naシリカゾル70.9Kgをとり、
撹拌しながら硫酸バナジル溶液(V2O5として
19.9%)2.0Kgと先に溶解した硫酸カリウム溶液、
硫酸アンモニウム溶液を添加しよく混合すると同
時にジヤケツトにスチームを通じ加熱濃縮を行つ
た。得られた混合スラリーは固型分(V2O5
K2SO4、SO3およびSiO2を含む)を17.8%含み、
25℃におけるPHは3.4、粘度は890cPであつた。 混合スラリーを噴霧乾燥機により乾燥温度150
℃で噴霧乾燥して得た粉末を空気中500℃で2時
間焼成して平均粒子径が57μmで、粒子径44μm
以下が30wt%である触媒を調製した。 実施例 2、3、4 コロイダルシリカの平均粒子径が異なるシリカ
ゾルとして、表1に示したカタロイドSI−30、SI
−50、SI−45Pをそれぞれ用いた以外は実施例1
と同様に触媒を調製した。 実施例 5 低アルカリ含有ゾルである、カタロイドS−
20Lを用い、アルカリイオン除去操作を行わずそ
のまゝ調合に用いた以外は実施例1と同様な方法
で触媒を調製した。 実施例 6 実施例1と同様の脱Naシリカゾル70.9Kgに撹
拌しながら15%アンモニア水を添加してPH5.8と
した。ゾルは次第に粘度を増し7分後には粘稠な
ゲルと成つた。このゲルを70℃で1時間加熱した
後ホモジナイザー処理を行つてゲルをよく分散さ
せたものをシリカ源として使用し、実施例1と同
様の方法で触媒を調製した。 なお、上記のゲル化度を調べるため、、ゲルを
イオン交換水でSiO2として2.7wt%になるよう希
釈後ホモジナイザー処理を行つてスラリーとし、
そのスラリーを50c.c.ずつ、4本の沈降管に入れ、
3000rpm、30分の遠心沈降テストを行つた。沈降
ゲルの重量、濃度を測定し、ゲル化度を算出した
ところ平均50%であつた。 実施例 7 カタロイドS−20Lを36.3Kgとり、撹拌下希硝
酸を添加してPHを7.1に調整した。 2分後には粘度が増し、撹拌不能なゲルとなつ
た。さらにこのゲルを90℃で3時間加熱した。そ
の後イオン交換水12Kgで濃度15wt%となるよう
希釈し、ホモジナイザー処理を行つたスラリーを
用いて実施例1と同様な方法で触媒を調製した。 また加熱後のゲルについて実施例6と同一方法
でゲル化度を算出したところ平均62%であつた。 比較例 1 コロイダルシリカの平均粒子の大きなシリカゾ
ルであるカタロイドSI−80Pを使用した以外は実
施例1と同様な方法で触媒を調製した。 比較例 2 ケイ酸ソーダ(洞海化学工業製、3号ケイ酸ソ
ーダ、SiO2濃度24.0%、SiO2/NaO2モル比3.1)
をイオン交換水でSiO2として5.7%となるよう希
釈した後、陽イオン交換樹脂層を通過させてナト
リウムイオンを除去しSiO2濃度5.4%PH2.4のケイ
酸液150Kgを得た。 500のステンレス製容器に126Kgのイオン交換
水と22.3Kgのケイ酸ソーダを入れよく混合して希
ケイ酸ソーダ液を調製し、これを50℃で加熱しな
がら。先に得たケイ酸液全量を1.8時間かけて添
加した。添加終了後さらに1時間加熱してシリカ
ゾルを得た。 このシリカゾルを陽イオン交換樹脂層を通過さ
せて表1に示す脱Na過小粒子シリカゾルを得、
これの165Kgを用いて実施例1と同様の方法で触
媒を調製した。 なお、前記シリカゾルを濃縮した後脱Naシリ
カゾルを得ようとしたが、シリカゾルを減圧濃縮
した際にSiO2濃度約11%で粘度が上昇し、それ
以上の濃縮は出来なかつた。さらに濃縮液を陽イ
オン交換樹脂層に流入したところ瞬時にゲルとな
り脱Naは不可能であつた。 また、触媒の調製に使用したシリカゾルは、放
置すると6日でゲル化した。 比較例 3 イオン交換水でSiO2として4.0%に希釈したケ
イ酸ソーダ液250Kgに撹拌下1N硫酸を10分間で添
加してPHを6.8とした。液は初めはゾル状であつ
たが、数分後には液全体がゲルとなつた。これを
80℃で30分間熟成した後、平板式濾過器で脱水す
ると同時に5000のイオン交換水を掛けて洗浄し
てSiO2濃度5.2%、Na2O/SiO2重量比0.009、ゲ
ルの構成粒子径3.1nmのヒドロゲル154Kgを得た。 本ヒドロゲルを用い実施例1と同様な方法で硫
酸バナジウム、硫酸カリウム、硫酸アンモン液を
混合した後、ホモジナイザーを用いてゲルを分散
させた。 その後、加熱濃縮を行つたが固型分濃度7.2%
で粘稠な液となり、それ以上の濃縮は出来なかつ
た。 このスラリーを噴霧乾燥、焼成して触媒を得
た。 比較例 4 比較例3で得られたヒドロゲルをSiO2として
6.9%まで濃縮し、ホモジナイザー処理を行つた
後、触媒の活性成分と混合することなくシリカヒ
ドロゲルのみで噴霧乾燥を行つて粉末を得、その
粉末を500℃で2時間焼成してシリカ粉末を得た。 この粉末の性状は次のようであつた。 比表面積 720m2/g 細孔容積 1.1c.c./g 嵩密度 0.28g/c.c. 平均粒径 67μm この粉末7.4Kgを減圧含浸設備に入れ、−600mm
Hg(160mmHg)の減圧下、実施例1と同様の
方法で調製した硫酸バナジウム、硫酸カリウム、
硫酸アンモンの混合液を添加して含浸担持させた
後120℃で8時間乾燥し、500℃で2時間焼成して
触媒を得た。 (実施例1〜6、比較例1〜4および市販の触媒
の評価) 実施例1〜6、比較例1〜4および工業的に使
用されている市販触媒(U.S.DAVISON)につい
て物性(形状、比表面積、嵩密度、細孔容積、摩
耗率)、活性、耐熱劣化性を以下のように測定し
た。 () 形状…顕微鏡観察 () 比表面積および細孔容積…B.E.T法 () 嵩比重…メスシリンダー法 () 摩耗率…英国特許第737429号公報(ACC
社)に記載の設備方法 () 活性 次の固定床活性評価および流動床48時間テス
トでの活性低下率により評価した。 固定床活性評価…固定床反応操作(温度355
℃、ナフタリン供給速度1ml/hr、空気供給速
度7.5N/hr、触媒量5g)における、ナフ
タリンからのナフトキノンおよび無水フタル酸
の収率より求めた反応速度定数の和(k1+k2
(但しk1;ナフタリン→ナフトキノン、k2;ナ
フタリン→無水フタル酸)をもつて評価した。 流動床48時間テストでの活性低下率…流動床
反応操作(温度355℃、ナフタリン供給速度105
g/hr、空気供給速度960N/hr、触媒量
3.75Kg)において固定床評価と同様に反応速度
の和(k1+k2)を求め、その48時間後の低下率
をもつて評価した。 () 耐熱劣化性 各触媒をマツフル炉中5mmの厚さに置き、
600℃、2時間熱処理したときの比表面積の低
下率を測定して評価した。 結果を表2に示す。 また、実施例1の触媒と市販触媒について試料
の任意の箇所におけるK、V線分析SEM−XMA
写真(走査型電子顕微鏡−X線マイクロアナライ
ザー同時分析)を第1図a,bおよび第2図a,
bに示し、実施例1、比較例2および市販触媒の
顕微鏡写真を第3図a,b,cに示す。 なお、上記SEM−XMA写真の測定条件は以下
の通りである。 実施例1の触媒のK線SEM−XMA (第1図a) 1000倍、Line Kα、Acc.Volt.25kV、Current
2×10-8A、F.S.2Kcps、T.C.3×0.1sec、 実施例1の触媒のV線SEM−XMA (第1図b) 1000倍、Line Kα、Acc.Volt.25kV、Current
2×10-8A、F.S.200cps、T.C.1×1sec、 市販触媒のK線SEM−XMA (第2図a) 600倍、Line Kα、Acc.Volt.25kV、Current
3×10-8A、F.S.500cps、T.C.3×0.1sec、 市販触媒のV線SEM−XMA (第2図b) 600倍、Line Kα、Acc.Volt.25kV、Current
3×10-8A、F.S.50cps、T.C.3×1sec、 第1図および第2図から本発明の触媒は市販触
媒に比べて活性成分のKおよびVが粒子内まで均
一に分散していることがわかり、また、第3図か
ら本発明の触媒は粒子形状が中実球状であること
がわかる。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a method for producing a catalyst for producing phthalic anhydride by catalytically oxidizing naphthalene in the vapor phase. This invention relates to a method for producing a fluidized catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene in which vanadium, potassium sulfate, and sulfuric acid are supported on silica. [Prior Art] Conventionally, as a fluidized catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene, a catalyst in which a vanadium component, a potassium component, and sulfuric acid are supported on silica has been used.
Various methods for producing such catalysts have been proposed. Japanese Patent Publication No. 40-15096, British Patent No. 885651, and U.S. Patent No. 2973371 disclose that an ammonium vanadate solution is added to a potassium silicate solution to prepare a mixed slurry of silica hydrogel, a potassium component, and a vanadium component. A method (so-called post-deposition method) is disclosed in which the mixed slurry is then mixed with sulfuric acid to neutralize it, followed by spray drying and calcination to prepare a fluidized catalyst. Furthermore, British Patent No. 1053474 discloses that a carrier is prepared by spray drying a silica hydrogel obtained by neutralizing dilute sodium silicate with sulfuric acid, gelling it, and washing it. A method for preparing a catalyst by supporting a mixed solution of vanadium pentoxide and sulfuric acid (so-called impregnation method) is disclosed. [Problems to be solved by the present invention] However, the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 40-15096,
In the post-deposition method described in British Patent No. 885651 and US Patent No. 2973371, even if the specific surface area of the silica support is increased in order to highly activate the catalyst, a low melting point composition is formed during the calcination process. It is not possible to increase the specific surface area or pore volume of the resulting catalyst because it is greatly influenced by active ingredients that are susceptible to oxidation.
In fact, even if a silica carrier with a specific surface area of 200 to 850 m 2 /g is used, the specific surface area of the catalyst is only 75 m 2 /g or less, and the more a silica carrier with a larger specific surface area is used, the more It is stated that the pore volume of the catalyst is reduced. That is, in these methods, the desired high specific surface area,
It is not possible to produce catalysts with pore volumes. However, in the gas phase catalytic oxidation method of naphthalene, it is necessary to lower the maximum reaction temperature and increase the specific surface area of the catalyst in order to improve the yield of phthalic anhydride. This method was not sufficient as a method for producing a catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene. Furthermore, in the conventional post-deposition method of preparing silica hydrogel from potassium silicate and ammonium vanadate, there are restrictions on the composition that can be gelled.
There was also the problem that a highly active catalyst could not be obtained because of restrictions on the composition of the resulting catalyst. On the other hand, in the catalyst prepared by the impregnation method, the distribution of the active component within the catalyst particles is uneven, and the content of the active component varies depending on the catalyst particle size. Therefore, when the catalyst is used, local heat generation occurs in the catalyst, causing sintering of the active component V 2 O 5 and scattering of SO 3 , resulting in poor heat resistance and significant deterioration of catalyst performance. It was hot. In particular, commercially available catalysts in which crushed silica particles are impregnated with active ingredients have poor wear resistance as well as significant problems due to non-uniform distribution of the active ingredients due to the preparation method. . On the other hand, in order to obtain a catalyst in which the active ingredient is uniformly supported by the impregnation method, it is sufficient to use a carrier having a very large specific surface area and pore volume. However, a catalyst obtained by impregnating such a carrier with an active ingredient has an extremely low bulk density and extremely poor wear resistance. On the other hand, US Pat. No. 2,941,957 describes the use of a silica carrier prepared by spheroidizing sodium silicate in a non-aqueous solvent in order to improve the wear resistance of the catalyst. However, the silica carrier obtained by this method has limited properties such as non-surface area and pore volume, and because it is prepared by an impregnation method, it does not solve the problem of uneven distribution of active ingredients. It was still there. As mentioned above, in the conventional post-deposition method using silica hydrogel obtained by neutralizing an alkali silicate such as potassium silicate as a silica source, the catalyst composition to be prepared is limited, and the catalyst with a high specific surface area is In addition, with the impregnation method in which a silica carrier is prepared in advance and then used, the prepared catalyst has poor abrasion resistance and is difficult to obtain a catalyst with a high specific surface area. Since it is difficult to uniformly support the components, there are problems such as poor heat resistance and large performance deterioration. The present invention aims to solve such problems, and has a high specific surface area, appropriate pore volume and bulk density, uniform support of active ingredients, wear resistance,
The object of the present invention is to provide a method for producing a highly active fluidized catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene that has excellent heat deterioration resistance. In other words, in the present invention, the specific surface area, pore volume, and bulk density of the catalyst can be adjusted as desired, and the reaction conditions can be varied over a wide range in the gas phase catalytic oxidation of naphthalene using the fluidized bed method. It is an object of the present invention to provide a method for producing a fluidized catalyst for gas-phase catalytic oxidation of naphthalene, which produces a catalyst having excellent heat resistance that can be used in the gas phase catalytic oxidation of naphthalene. [Means for Solving the Problems] As a result of intensive research to solve the problems associated with conventional catalyst manufacturing methods, the present inventors have found that silica sol is generally used as a raw material for silica, which serves as a catalyst support. Use what is sometimes called a polysilicate solution (a very unstable sol containing polysilicate immediately after neutralizing or ion-exchanging low concentrations of sodium silicate or potassium silicate). The present inventors have discovered that colloidal silica having an average particle size of 4 to 50 nm can be used in the form of a sol or gel instead of the above, and have accomplished the present invention. That is, the present invention provides a method for producing a fluidized catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene by mixing a silica source, a vanadium compound, a potassium compound, and a sulfuric acid compound, followed by spray drying and sintering. Provided is a method for producing a fluidized catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene, characterized in that colloidal silica having a particle size of 4 to 50 nm is used. The present invention will be explained in detail below. The present invention uses a silica source with an average particle size of 4 to 50n.
colloidal silica, preferably 4 to 25 nm, is used as a sol or gel. Here, colloidal silica is particulate polysilicic acid that, when made into a sol, does not settle when left standing or by ordinary centrifugation. Further, the average particle diameter is determined by the following formula. Average particle diameter (nm) = 6000/specific surface area (m 2 /g) x 2.2 In the formula, the specific surface area is GWSears, Analytical
Chemistry VOL28, No.12, Dec, P.1981 (1956)
It was determined by the titration method using caustic soda as described in . Therefore, in other words, the present invention has a specific surface area of 700~
50 m 2 /g of colloidal silica is used. Colloidal silica sol with an average particle size of less than 4 nm is
Although it is relatively stable compared to a polysilicate solution that has just been neutralized or ion-exchanged with sodium silicate, it is less stable at high concentrations. Therefore, the average particle size is
Even if colloidal silica with a diameter of less than 4 nm is used, only a low concentration of sol can be obtained, spherical particles cannot be obtained, and the abrasion resistance and fluidity of the catalyst will be poor, which is not preferable. Moreover, such colloidal silica generally contains a large amount of alkali metal as a stabilizer, which is undesirable as it contributes to a decrease in catalytic activity. Furthermore, when using colloidal silica with an average particle size of less than 4 nm, when preparing the catalyst,
When molding into spherical particles by spray drying, it is difficult to obtain spherical particles, and the abrasion resistance and fluidity of the catalyst are poor, and when the catalyst is used, it is affected by low melting point substances such as sulfuric compounds and potassium compounds. This is not preferable because the specific surface area and pore volume of the catalyst become smaller, resulting in a lower catalytic activity. On the other hand, when colloidal silica having an average particle diameter of more than 50 nm is used, the specific surface area of the catalyst becomes small, which not only lowers the catalytic activity but also reduces the abrasion resistance of the catalyst, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the average particle diameter is 4 to 4.
Colloidal silica in the range of 50 nm, preferably 4 to 25 nm, is used. When colloidal silica in this range is used, the specific surface area of the catalyst to be prepared is in the range of 250 to 50 m 2 /g, and varies depending on the specific surface area of the colloidal silica. That is, by using colloidal silica with a large specific surface area, a catalyst with a large specific surface area can be obtained. Furthermore, by changing the degree of aggregation of colloidal silica, the pore volume and bulk density of the catalyst to be adjusted can be freely controlled without changing the specific surface area of the catalyst. For example, in the method of mixing active ingredients in the state of silica sol and spray drying, the pore volume of the resulting catalyst is 0.4 to 0.2
cc/g, bulk density is about 0.7 to 1.0 g/cc,
When silica sol is used after being gelled in advance, the pore volume is 0.7 to 0.3 cc/g and the bulk density is 0.4 to 0.9 g/g.
cc of catalyst can be obtained. By using colloidal silica with an average particle size of 4 to 50 nm, the desired high specific surface area,
It is preferable because it can be prepared into a catalyst having a high pore volume and bulk density, and the catalyst can be made to have high activity and high selectivity. Further, it is preferable because the specific surface area and pore volume of the catalyst do not decrease due to the influence of the low melting point substance during use of the catalyst, thereby preventing the activity from decreasing. In addition, it is preferable to use colloidal silica having an average particle diameter of 4 to 50 nm because the sphericity of the prepared catalyst particles increases and a catalyst with excellent wear resistance and fluidity can be obtained. Such colloidal silica is used as a sol or gel in the present invention, and as the silica sol, one obtained by polymerizing low molecular weight silicic acid under alkaline conditions can be used. Such silica sol is characterized by having a viscosity of 50 c.P. or less at a high concentration of 20 wt% as SiO 2 and being stable for several months to several years. Therefore, it is different from a polysilicate solution immediately after neutralizing or ion-exchanging low concentration sodium silicate or potassium silicate, which is generally called silica sol. In other words, polysilicate liquid, which is generally referred to as silica sol, is essentially a sol of polysilicate with a very low molecular weight, and unless the concentration of SiO 2 is less than 7wt%, stable polysilicate liquid cannot be obtained. Moreover, they differ from the silica sol used in the present invention in that they become gel-like after several minutes to several days. As the silica sol that can be used in the present invention, commercially available silica sol can be used as long as the average particle size of colloidal silica is 4 to 50 nm, such as S-30H, S-30L, S-20H, S-20L, SI
−45P, SI−50, SI−40, SI−30, SI−350, SI
-550, SN, (Products of Catalysts Kasei Kogyo Co., Ltd.) -30, -N, -O (Products of Nissan Chemical Industries, Ltd.) under the trade name Snotex, HS-40, HS under the trade name Rudotsu
−30, LS, SM−30, TM, AS (more than EIDupon
Examples include company products). However, when using it, Na 2 O/
0.005 to 0.05 as SiO 2 (weight ratio) The content of sodium contained in advance is 0.015 as Na 2 O / SiO 2
In the prepared catalyst,
It is preferable that the amount of Na 2 O is 1.0 wt% or less, preferably 0.3 wt% or less. in catalyst
This is because if the amount of Na 2 O exceeds 1.0 wt%, the reaction rate of naphthalene will decrease, which is not preferable. Therefore, among the commercially available silica sol, Cataloid S-20L, SN, Snotex -O, -N and Rudotux AS, which have low sodium content,
It is preferable to use LS etc. as is, but
Other foods containing relatively large amounts of sodium include
It is preferable to reduce sodium before use. As a method for removing sodium, well-known methods can be used, such as a method using a cation exchange resin, and a method in which sodium is neutralized with an acid and then removed as a salt using an ultrafiltration membrane or the like. In the present invention, colloidal silica can be used as a silica sol as described above, but when the purpose is to obtain a lighter catalyst, it is preferable to use it in a gel state. In this case, the gel state may be either a state in which the entire sol gels and loses fluidity, or a state in which the sol does not gel as a whole and has fluidity. Methods for producing gel from colloidal silica include methods of mixing silica sol with salts such as sodium chloride and sodium sulfate, methods of mixing polyvalent cations such as calcium, magnesium, and aluminum or their salts, and methods of mixing silica sol with polyvalent cations or their salts. Various methods can be employed, such as a method of mixing an activator, but a method of adjusting the pH by adding an alkali and/or acid to the silica sol is also suitable. In this case, the higher the pH during gel formation in the range of 4-11, the lower the bulk density of the catalyst obtained. When adjusting the pH, it is preferable to use sulfuric acid as the acid and potassium hydroxide as the alkali since they are both active components of the catalyst. In addition, it is appropriate to use a silica concentration of 3wt% or more during gel formation, and it is also preferable to perform gel formation under heating and to heat and age the resulting gel in order to obtain a stable gel. . An effective gel state for obtaining a light catalyst is a gel obtained from a colloidal silica sol with an average particle size of 4 to 50 nm.
After diluting and dispersing with water to a concentration of 2.7 wt% as SiO 2 , it was centrifuged at 3000 rpm for 30 hours.
It is preferable that the weight percentage of precipitated silica (degree of gelation) when the gel-like material is precipitated under conditions of 30% or more of the total silica. When the amount is less than 30%, the effect of using it in a gel state is not significant, and a catalyst that is not much different from that obtained when a sol alone is used can be obtained. Furthermore, the gel thus obtained is effective for adjusting the bulk density not only when used alone as a silica source for a catalyst, but also when mixed with the above-mentioned colloidal silica sol. The method for producing a catalyst according to the present invention includes forming a mixed slurry of colloidal silica as described above, a vanadium compound, a potassium compound, and a sulfuric compound, and then
It consists of spray drying and firing. Vanadium compounds used in the present invention include those that are soluble in water and turn into vanadium oxide when fired in air, such as ammonium metavanadate, vanadyl sulfate (vanadium oxysulfate), vanadium acetate, vanadium oxalate, and oxalic acid. Examples include ammonium vanadium and vanadium oxyhalide. Potassium compounds used in the present invention include potassium hydroxide, potassium sulfate, potassium chloride, potassium nitrate, potassium oxyhalide, potassium thiosulfate, potassium nitrite, potassium sulfite, potassium hydrogen sulfite, potassium hydrogen sulfate, and potassium sulfate. Potassium acid, potassium hydrogen oxalate, and the like can be mentioned, but among these, potassium sulfate, whose residual component after firing becomes the active ingredient, is particularly suitable. As the sulfuric acid compound, sulfuric acid, ammonium sulfate, etc. can be used. The blending amounts of these colloidal silica, vanadium compounds, potassium compounds, and sulfuric compounds are such that the silica content in the catalyst is 45 to 90 wt% as SiO 2 ,
Preferably, the content of active ingredients is 65-85wt%
55-10wt as the sum of V2O5 , K2SO4 , and SO3
%, preferably 35 to 15 wt%. If the content of the active component in the catalyst is less than 10 wt%, the activity of the catalyst will be low, which is not preferable. In this case, raising the reaction temperature in order to increase the activity is not preferable because it promotes a decrease in selectivity and deterioration of the activity. On the other hand, the content of active ingredients is 55wt
%, the bulk density of the catalyst increases,
This is undesirable because the specific surface area decreases and the activity and fluidity decrease due to crystallization of the active ingredient. Further, in the catalyst according to the present invention, the content ratio of each active component is such that the SO 3 /K 2 O molar ratio is 2.0 ± 0.4, preferably 2.0 ± 0.2, and the K 2 O / V 2 O 5 molar ratio is 4.0.
The range is selected to be ±1.0, preferably 4.0±0.4. In the method for producing a catalyst according to the present invention, when producing a mixed slurry, the mixing order of colloidal silica and each active component can be arbitrarily changed, and two or more components may be dissolved together in water. Alternatively, the active ingredient may be dissolved in the components contained in silica sol or silica gel. However, the amount of water in the mixed slurry is preferably 50 to 95 wt%. The mixed slurry obtained as described above is concentrated as required by a conventional method to adjust the concentration to an appropriate concentration, and then spray-dried to obtain fine spherical particles. As the spray drying method, a known method can be adopted, and the temperature at the time of drying (the outlet temperature of the dryer)
Although there is no particular restriction on the temperature, a temperature of 100 to 200°C is suitable.
Regarding spraying, the weight average particle diameter of the obtained spherical fine particles is 60 ± 20 μm, and the particle size distribution is 44 μm or less.
It is preferable to set spray conditions so that the amount is ~40 wt%. The obtained spherical particles have a density of 300-600 in air.
℃, preferably at a temperature of 400-550℃. By the production method of the present invention as described above, a catalyst having the following properties can be obtained. Particle shape Solid spherical Bulk density (g/cc) 0.7±0.3 Specific surface area (m 2 /g) 150±100 Pore volume (cc/g) 0.2-0.6 Wear rate (wt%/15hr) Weight average particles of 3 or less Diameter (μm) 60±20 Particle size distribution 44 μm or less (%) 10-40 Distribution of active components within catalyst particles Uniform Distribution of active component content between catalyst particles Uniform In the above properties, the wear resistance of the catalyst is is mainly correlated with pore volume, but the wear rate of the catalyst obtained by the present invention is 3wt%/15hr or less,
This shows that the wear resistance is superior to that of conventional post-deposition or impregnation catalysts with the same pore volume. In addition, since the catalyst according to the present invention has a uniform distribution of active components within catalyst particles and a uniform content distribution of active components between catalyst particles, when used in a reaction, low melting point components will not melt due to local heat generation on the catalyst. Also, the specific surface area of the catalyst is not reduced and the activity is not lowered. As described above, the excellent heat resistance of the catalyst according to the present invention is due to the fact that the rate of decrease in specific surface area is small even after heat treatment at 600℃ for 2 hours in a Matsufuru furnace, and the activity decreases even after long-term use in a fluidized bed. This is demonstrated by the fact that the ratio is significantly lower than that of conventional catalysts. [Example] The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below. Example 1 (Preparation of Na-free silica sol) Ion-exchanged water was added to 50 kg of Cataloid SI-550 (manufactured by Catalysts Kasei Kogyo Co., Ltd.), which has colloidal silica with an average particle size of 5 nm, and was diluted to a concentration of approximately 10%. . This solution was passed through a layer of 7 cation exchange resin (Diaion SK-1B, Mitsubishi Chemical Industries, Ltd.) packed in a column in advance at a superficial velocity SV = 12 hr -1 to remove sodium.
93 kg of silica sol was obtained. Table 1 shows the properties of this Na-free silica sol. Moreover, this sol did not gel for more than one month at room temperature. (Preparation of mixed slurry to firing) 1.54 kg of potassium sulfate crystals were added to 9.4 kg of heated ion-exchanged water, and then thoroughly stirred and dissolved to prepare a potassium sulfate solution. On the other hand, ammonium sulfate
1.11Kg was dissolved in 2.5Kg of ion-exchanged water to obtain an ammonium sulfate solution. Place 70.9 kg of the above Na-free silica sol in a stainless steel container equipped with a steam jacket.
Add vanadyl sulfate solution (V 2 O 5 as
19.9%) 2.0Kg and previously dissolved potassium sulfate solution,
An ammonium sulfate solution was added and mixed well, and at the same time steam was passed through the jacket for heating and concentration. The obtained mixed slurry contains solids (V 2 O 5 ,
Contains 17.8% (including K 2 SO 4 , SO 3 and SiO 2 ),
The pH at 25°C was 3.4 and the viscosity was 890cP. Dry the mixed slurry using a spray dryer at a temperature of 150
The powder obtained by spray drying at °C was calcined in air at 500 °C for 2 hours to obtain an average particle size of 57 μm and a particle size of 44 μm.
A catalyst was prepared with 30 wt% of: Examples 2, 3, 4 Cataloid SI-30 and SI shown in Table 1 were used as silica sols with different average particle diameters of colloidal silica.
Example 1 except that -50 and SI-45P were used, respectively.
A catalyst was prepared in the same manner. Example 5 Cataloid S-, a low alkali content sol
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that 20 L was used in the preparation without performing the alkali ion removal operation. Example 6 15% aqueous ammonia was added to 70.9 kg of the same Na-free silica sol as in Example 1 with stirring to adjust the pH to 5.8. The sol gradually increased in viscosity and became a viscous gel after 7 minutes. This gel was heated at 70° C. for 1 hour and then treated with a homogenizer to disperse the gel well. A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 using the gel as a silica source. In order to investigate the degree of gelation mentioned above, the gel was diluted with ion-exchanged water to a concentration of 2.7 wt% as SiO 2 and then homogenized to form a slurry.
Pour the slurry into four settling tubes, each containing 50 c.c.
A centrifugal sedimentation test was conducted at 3000 rpm for 30 minutes. The weight and concentration of the precipitated gel were measured, and the gelation degree was calculated to be 50% on average. Example 7 36.3 kg of Cataloid S-20L was taken and the pH was adjusted to 7.1 by adding dilute nitric acid while stirring. After 2 minutes, the viscosity increased and it became an unstirable gel. Furthermore, this gel was heated at 90°C for 3 hours. Thereafter, a catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 using a slurry that was diluted with 12 kg of ion-exchanged water to a concentration of 15 wt% and treated with a homogenizer. The degree of gelation of the gel after heating was calculated using the same method as in Example 6, and found to be 62% on average. Comparative Example 1 A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that Cataloid SI-80P, which is a silica sol with a large average colloidal silica particle, was used. Comparative Example 2 Sodium silicate (manufactured by Dokai Chemical Co., Ltd., No. 3 sodium silicate, SiO 2 concentration 24.0%, SiO 2 /NaO 2 molar ratio 3.1)
was diluted with ion-exchanged water to give 5.7% SiO 2 , and then passed through a cation-exchange resin layer to remove sodium ions to obtain 150 kg of silicic acid solution with an SiO 2 concentration of 5.4% and a pH of 2.4. Prepare a dilute sodium silicate solution by pouring 126 kg of ion-exchanged water and 22.3 kg of sodium silicate into a 500 stainless steel container, mixing well, and heating this at 50℃. The entire amount of the previously obtained silicic acid solution was added over 1.8 hours. After the addition was completed, the mixture was further heated for 1 hour to obtain a silica sol. This silica sol was passed through a cation exchange resin layer to obtain the deNa-reduced small particle silica sol shown in Table 1.
A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1 using 165 kg of this. An attempt was made to obtain Na-free silica sol after concentrating the silica sol, but when the silica sol was concentrated under reduced pressure, the viscosity increased at a SiO 2 concentration of about 11%, and further concentration was not possible. Furthermore, when the concentrated solution was poured into the cation exchange resin layer, it instantly became a gel, making it impossible to remove sodium. Moreover, the silica sol used for preparing the catalyst gelled in 6 days when left to stand. Comparative Example 3 1N sulfuric acid was added to 250 kg of a sodium silicate solution diluted with ion-exchanged water to 4.0% SiO 2 with stirring over 10 minutes to adjust the pH to 6.8. The liquid was initially in the form of a sol, but after a few minutes, the entire liquid became a gel. this
After aging at 80℃ for 30 minutes, it was dehydrated using a flat plate filter and at the same time washed with 5000 ion-exchanged water to obtain a SiO 2 concentration of 5.2%, a Na 2 O/SiO 2 weight ratio of 0.009, and a gel constituent particle size of 3.1. 154 kg of nanometer hydrogel was obtained. Using this hydrogel, vanadium sulfate, potassium sulfate, and ammonium sulfate solution were mixed in the same manner as in Example 1, and then the gel was dispersed using a homogenizer. After that, heating and concentration was performed, but the solid content concentration was 7.2%.
It became a viscous liquid and could not be concentrated any further. This slurry was spray dried and fired to obtain a catalyst. Comparative Example 4 The hydrogel obtained in Comparative Example 3 was used as SiO 2
After concentrating to 6.9% and performing homogenizer treatment, spray drying was performed with only silica hydrogel without mixing with the active component of the catalyst to obtain a powder, and the powder was calcined at 500 ° C for 2 hours to obtain silica powder. Ta. The properties of this powder were as follows. Specific surface area 720m 2 /g Pore volume 1.1cc/g Bulk density 0.28g/cc Average particle size 67μm 7.4Kg of this powder was placed in a vacuum impregnation equipment and -600mm
Vanadium sulfate, potassium sulfate, prepared in the same manner as in Example 1 under reduced pressure of Hg (160 mmHg),
After adding a mixed solution of ammonium sulfate to impregnate and support the mixture, it was dried at 120°C for 8 hours and calcined at 500°C for 2 hours to obtain a catalyst. (Evaluation of Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 to 4, and commercially available catalysts) Physical properties (shape, specific surface area, , bulk density, pore volume, wear rate), activity, and heat deterioration resistance were measured as follows. () Shape…Microscopic observation () Specific surface area and pore volume…BET method () Bulk specific gravity…Measured cylinder method () Wear rate…British Patent No. 737429 (ACC
Equipment method (2017) described in the company, Inc. Activity was evaluated by the following fixed bed activity evaluation and activity reduction rate in a 48 hour fluidized bed test. Fixed bed activity evaluation…Fixed bed reaction operation (temperature 355
Sum of reaction rate constants (k 1 + k 2 ) determined from the yields of naphthoquinone and phthalic anhydride from naphthalene at 1 ml/hr of naphthalene supply rate, 7.5 N/hr of air supply rate, and 5 g of catalyst
(However, k 1 ; naphthalene→naphthoquinone; k 2 ; naphthalene→phthalic anhydride). Activity reduction rate in fluidized bed 48 hour test...Fluidized bed reaction operation (temperature 355℃, naphthalene feed rate 105
g/hr, air supply rate 960N/hr, catalyst amount
3.75Kg), the sum of the reaction rates (k 1 + k 2 ) was determined in the same manner as in the fixed bed evaluation, and the rate of decrease after 48 hours was used for evaluation. () Heat deterioration resistance Each catalyst was placed in a Matsufuru furnace with a thickness of 5 mm.
Evaluation was made by measuring the rate of decrease in specific surface area when heat treated at 600°C for 2 hours. The results are shown in Table 2. In addition, for the catalyst of Example 1 and the commercially available catalyst, K and V ray analysis SEM-XMA at any location of the sample was performed.
The photographs (simultaneous analysis of scanning electron microscope and X-ray microanalyzer) are shown in Figure 1 a, b and Figure 2 a,
Fig. 3a, b, and c show micrographs of Example 1, Comparative Example 2, and the commercially available catalyst. Note that the measurement conditions for the above SEM-XMA photograph are as follows. K-ray SEM-XMA of the catalyst of Example 1 (Figure 1a) 1000x, Line Kα, Acc.Volt.25kV, Current
2×10 -8 A, FS2Kcps, TC3×0.1sec, V-ray SEM-XMA of the catalyst of Example 1 (Fig. 1b) 1000 times, Line Kα, Acc.Volt.25kV, Current
2×10 -8 A, FS200cps, TC1×1sec, K-ray SEM-XMA of commercially available catalyst (Figure 2a) 600x, Line Kα, Acc.Volt.25kV, Current
3×10 -8 A, FS500cps, TC3×0.1sec, V-ray SEM-XMA of commercially available catalyst (Fig. 2b) 600x, Line Kα, Acc.Volt.25kV, Current
3×10 -8 A, FS50cps, TC3×1sec, Figures 1 and 2 show that the active components K and V are more uniformly dispersed in the catalyst of the present invention than in commercially available catalysts. Moreover, from FIG. 3, it can be seen that the particle shape of the catalyst of the present invention is solid spherical.

【表】【table】

【表】【table】

〔効果〕〔effect〕

本発明による触媒は流動床を用いるナフタリン
の気相接触酸化により無水フタル酸を生成する反
応に於て従来の触媒が同時に満足し得なかつた高
活性、耐熱劣化性、高い耐摩耗性を同時に満足す
る。 また、本発明によれば比表面積、細孔容積、嵩
密度を任意に制御することが可能であり、広範囲
の反応条件に対応する触媒を製造することができ
る。
The catalyst of the present invention simultaneously satisfies high activity, heat deterioration resistance, and high abrasion resistance that conventional catalysts could not simultaneously satisfy in the reaction of producing phthalic anhydride through vapor phase catalytic oxidation of naphthalene using a fluidized bed. do. Further, according to the present invention, it is possible to arbitrarily control the specific surface area, pore volume, and bulk density, and it is possible to produce a catalyst that is compatible with a wide range of reaction conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図a,bおよび第2図a,bはそれぞれ本
発明と市販触媒の粒子構造を表わす図面代用写真
(SEM−XMA写真)である。第3図a,b,c
はそれぞれ本発明、比較例、市販触媒の粒子構造
を表わす図面代用写真(顕微鏡写真)である。
Figures 1a and 1b and 2a and 2b are photographs (SEM-XMA photographs) representing the particle structures of the present invention and commercially available catalysts, respectively. Figure 3 a, b, c
are drawing-substituting photographs (microscopic photographs) representing the particle structures of the present invention, a comparative example, and a commercially available catalyst, respectively.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ナフタリンの気相接触酸化用流動触媒を、シ
リカ源、バナジウム化合物、カリウム化合物およ
び硫酸化合物を混合した後、噴霧乾燥、焼成する
ことにより製造する方法において、該シリカ源と
して平均粒子径が4〜50nmのコロイダルシリカ
を使用することを特徴とするナフタリンの気相接
触酸化用流動触媒の製造方法。
1. A method for producing a fluidized catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene by mixing a silica source, a vanadium compound, a potassium compound and a sulfuric acid compound, followed by spray drying and sintering, wherein the silica source has an average particle size of 4 to 4. A method for producing a fluidized catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene, characterized by using colloidal silica of 50 nm.
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