JPH0479699B2 - - Google Patents

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JPH0479699B2
JPH0479699B2 JP58170927A JP17092783A JPH0479699B2 JP H0479699 B2 JPH0479699 B2 JP H0479699B2 JP 58170927 A JP58170927 A JP 58170927A JP 17092783 A JP17092783 A JP 17092783A JP H0479699 B2 JPH0479699 B2 JP H0479699B2
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JP
Japan
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catalyst
vanadium
component
slurry
precursor
Prior art date
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Application number
JP58170927A
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Japanese (ja)
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JPS6064632A (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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Publication of JPH0479699B2 publication Critical patent/JPH0479699B2/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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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Furan Compounds (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

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

本発明は流動床反応に適した触媒組成物の製造
方法に関するものである。より詳細には炭素数4
の脂肪族炭化水素から流動床での気相酸化反応に
より無水マレイン酸を製造するのに適した触媒の
製造方法に関する。 この反応の触媒の活性成分として五価のバナジ
ウム化合物を四価の原子価状態に還元できる有機
溶媒中に実質上五価のバナジウム含有化合物、特
に五酸化バナジウムを導入し、加熱して還元し、
これを正リン酸と反応させることにより得られる
結晶性前駆物質またはその焼成物が有効であるこ
とが知られている。この結晶性前駆物質及びその
焼成により得られるバナジウム−リン系複合酸化
物はそれぞれ表−1及び表−2に示す特徴的なX
線回折パターンを示す(米国特許第4283288号、
特開昭50−35088号参照)。
The present invention relates to a method for producing a catalyst composition suitable for fluidized bed reactions. More specifically, carbon number 4
The present invention relates to a method for producing a catalyst suitable for producing maleic anhydride from an aliphatic hydrocarbon by a gas phase oxidation reaction in a fluidized bed. introducing a substantially pentavalent vanadium-containing compound, in particular vanadium pentoxide, into an organic solvent capable of reducing the pentavalent vanadium compound to its tetravalent state as an active component of the catalyst for this reaction and reducing it by heating;
It is known that a crystalline precursor obtained by reacting this with orthophosphoric acid or a fired product thereof is effective. This crystalline precursor and the vanadium-phosphorus composite oxide obtained by sintering it have the characteristic X shown in Table 1 and Table 2, respectively.
Showing a line diffraction pattern (U.S. Pat. No. 4,283,288,
(See Japanese Patent Application Laid-Open No. 50-35088).

【表】【table】

【表】【table】

【表】 他方、水性媒体中での反応によつて同様の結晶
性の触媒前駆物質を得ることも知られている(特
開昭56−45815号等参照)。この前駆物質は例えば
表−3のような特徴的なX線回折パターンを示
す。
[Table] On the other hand, it is also known that a similar crystalline catalyst precursor can be obtained by reaction in an aqueous medium (see JP-A-56-45815, etc.). This precursor exhibits a characteristic X-ray diffraction pattern as shown in Table 3, for example.

【表】 上記表−1と表−3とを対比すると両者は回折
ピークの位置において一致するが、その強度比に
おいて顕著な相違が認められる。即ち、有機溶媒
法で製造した前駆物質は2θ=30.5゜(±0.2゜、以下
同じ)のピーク強度が2θ=15.6゜のピーク強度よ
りも大であるという特徴を有しており、水性媒体
法で得られるものと結晶の発達の仕方が異なるこ
とを示している。 有機溶媒を用いた触媒前駆物質の製造法につい
ては、これまでにいくつかの提案がある。例えば
特開昭50−35088号は五価のバナジウム化合物と
して三塩化バナジル(VOCl3)、五酸化バナジウ
ム、メタバナジン酸アンモニウム等を用い、これ
を正リン酸とテトラヒドロフラン、イソブタノー
ル、1,2−ジメトキシエタン等の有機溶媒中で
反応させる方法を提案している。また特開昭56−
91845号は還元性の有機液体としてアルコール類、
特にイソブタノールを使用して五価のバナジウム
化合物を正リン酸と反応させる方法を提案してい
る。同様に特開昭56−168837号は特にアルコー
ル、ケトン、アルデヒド、エーテル及びその混合
物から選ばれる実質的に無水の還元性有機液体を
媒体とする前駆物質の製造法を提案し、実施例で
はイソブタノールの使用が示されている。また米
国特許第4283288号においてはエタノール−グリ
セロール系を用いて五酸化バナジウムを還元し、
これに100%(結晶性)の正リン酸を反応させて
前駆物質を合成し、過・乾燥により分離してい
る。このもののX線回折では表−1に示したもの
と同一のパターンを示すことが判明している。本
発明者等の知見ではこの結晶性前駆物質の合成工
程において還元により生成する水の除去(通常、
イソブタノール溶媒自体またはベンゼン等の共沸
溶媒を加えて共沸除去する)が不完全であると、
生成する結晶のX線回折パターンにおいて2θ=
15.6゜と2θ=30.4゜のピーク強度比が逆転し、次第
に表−3に示したものに接近する。従つてこの前
駆物質の製造工程は可及的に無水の状態で実施す
るのが望ましい。 特開昭57−122944号は、以上の方法で得られる
前駆物質をそのまままたはシリカゾルを含む水性
媒体中に分散して水性スラリーを形成し、噴霧乾
燥して微小回転楕円体触媒粒子を形成することを
特徴とする、バナジウム及びリンを含有する流動
床酸化触媒の製造方法を提案している。しかし、
本発明者等が追試したところでは、得られた触媒
の機械的強度は著しく低く、工業触媒としての適
性に欠けており、更に粒子同士の粘着性があつて
流動性が不良であり、工業的な流動床反応器での
使用に際してはスラツギング現象を起こし、安定
した流動状態を維持するのが困難であつた。 本発明者等はこれ等の欠点の解消された、真に
工業的な流動床反応に適した触媒の製造方法を鋭
意検討してきたが、結晶性の前駆物質またはその
焼成物に可溶性のバナジウム化合物とリン化合物
を含有する混合溶液、並びにシリカゾルを混合し
た水性スラリーを調合し、適度な混合均密化の後
に噴霧乾燥する方法により機械的強度と粒子の流
動性が格段に改善され、かつ活性の良好な触媒が
得られることを見出して本発明を完成した。 即ち本発明は工業的な流動床反応に適した触媒
組成物の製造方法を提供することを目的とし、第
一成分としての、五価のバナジウムを四価の原子
価状態に還元できる有機溶媒中で五価のバナジウ
ム化合物および五価のリン化合物を反応させて得
られた、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、第二成分としての、四
価のバナジウムおよびリンを含有する水性溶液お
よび第三成分としてのシリカゾルを混合してスラ
リーを調製し、これを噴霧乾燥することを特徴と
する触媒組成物の製造方法、を要旨とするもので
ある。 次に本発明方法を標準的な工程に分けそれぞれ
につき詳細に説明する。 前記表−1に示すX線回折パターンを与える結
晶性の触媒前駆物質は前述の様に可及的に無水に
近い還元性有機溶媒中で五価のバナジウム化合
物、特に五酸化バナジウムを還元し、これを正リ
ン酸と反応させる方法により合成することができ
る。正リン酸は、工業的規模での入手が容易な85
%水溶液も使用できるが、無水のもの、特に通常
無色固体として市販されるものを使用するのが望
ましい。このものは純度として98〜100%の範囲
にあるのが通例である。正リン酸は五酸化バナジ
ウムと有機溶媒中に初めから混合しておいても良
く、また少なくとも五酸化バナジウムの一部を有
機溶媒中で加熱還元した後に添加しても良い。こ
の場合正リン酸は固体のまま添加しても良く、ま
た別途有機溶媒に溶解した溶液として、必要なら
ば水を共沸除去した後に、添加しても良い。使用
し得る有機溶媒としては脂肪族または脂環式のア
ルコール、ケトン、アルデヒド、エーテル及びそ
れ等の混合物があるが、沸点の低い有機溶媒では
沸点での五酸化バナジウムの還元速度が遅くなる
ので、易還元性の他の有機化合物の併用や加圧下
に合成反応を実施する等の工夫が必要となる場合
がある。最も好ましくは水と沸点の近接する有機
溶媒、例えばイソブタノール、n−プロパノール
等のC3〜C5のアルコール類、を用い、還元で生
成する水を共沸除去しながら合成反応を行うのが
良い。また合成溶媒中に予め鉄、チタン、クロ
ム、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、
ニツケル、コバルト等の金属のイオンを添加して
おいても良く、その量はバナジウム1グラム原子
当たり0〜0.4グラム原子の範囲とする。合成反
応が完結すると全体が淡青色の均一なスラリーに
変化するので、これを別し、メタノール、アセ
トン等の低沸点有機溶媒で洗浄し回収する。有機
溶媒のより完全な分離のために加熱、減圧等によ
り乾燥処理を行うことも支障な、以下の工程のた
めには好ましい操作となる。 以上の第一工程で結晶性の、実質的に4価の原
子価のバナジウムを含むリン酸バナジウム前駆物
質を得るが、その粉末のX線回折パターンは表−
1に示したものと一致する。 本発明での第二工程は上記前駆物質の焼成工程
であつて任意的なものである。第一工程で得られ
る結晶性前駆物質を本工程において好ましくは
350−650℃の温度範囲で焼成する。この焼成は窒
素、希ガス、炭酸ガス、空気等のガス雰囲気下に
行う。ブタン、ブテン等を含有する空気を用いて
焼成することも可能である。焼成により前駆物質
は脱水され、結晶形態も表−1のX線回折パター
ンから、表−2に示すものに変化する。表−2に
示すX線回折パターンは既に公知のベータ相のも
のに一致する。ベータ相については米国特許第
3864280号に記載されている。また表−2のX線
回折パターンは、E.Bordes等がJournal of
Catalysis,57,236−252(1979)に(VO)2P2O7
として報告している結晶相にも類似している。 本発明者等が見出した好適な焼成方法の例とし
ては例えば次の方法を挙げることができる。 450−650℃で0.1〜10時間窒素、希ガス等の
酸素を実質的に含まないガスの雰囲気下に焼成
した後、450−600℃で0.1〜10時間空気等の酸
素を含有するガス雰囲気下に追加焼成する方
法。 450−650℃で0.1〜10時間、酸素濃度が1〜
15%の範囲のガス雰囲気下に焼成する方法。 これ等の焼成法により、X線回折パターンは表
−2に示すものと一致するが、バナジウムの原子
価は全バナジウム中の2〜35%程度が5価の状態
に酸化される。このような状態にすると以下の工
程を経て触媒化した場合に活性面で特に高性能を
発揮する。 本発明の第三工程は、実質的に四価の原子価を
有するバナジウム化合物とリン酸イオンとを含有
する混合溶液を製造する工程である。この溶液は
乾燥し焼成してもX線的に無定形の複合酸化物に
変化するだけで、第一工程または第二工程で得ら
れる結晶性酸化物とは明瞭に識別できるものであ
るが、それ自体でも酸化触媒としての活性を具有
するばかりでなく、触媒、特に流動床触媒として
の機械的性質の向上に顕著に有効な成分となるこ
とが判明した。 この溶液の好ましい形態の一つは安定化された
リン酸バナジル水溶液であり、例えば特願昭57−
30049に示す水溶液を使用することができる。即
ち、リン酸酸性水溶液中で五酸化バナジウム等の
五価の原子価を有するバナジウム化合物と抱水ヒ
ドラジン、亜リン酸、シユウ酸、乳酸等の還元剤
とを反応させ、四価の原子価状態に還元し、更に
その安定化のためにシユウ酸を添加または残留さ
せて得ることができる。 本発明の第四工程は噴霧乾燥法による触媒化の
工程である。 第一工程で得た前駆物質または第二工程で得た
焼成物を粉体として用いる。粉体の粒子径は微細
なものほど触媒活性と触媒の機械的性質が良好で
あるので、スラリー調合に際して予め公知の方法
で微粉砕化するか、スラリー調合後に湿式で粉砕
混合するのが良く、特に後者の方が工業的には有
利である。この粉体成分を触媒の第一成分と呼ぶ
ことにする。前駆物質の状態で触媒調合する場合
にも噴霧乾燥後、焼成すると第二工程で得た焼成
物に変換し得るので、実際上は両者は同一物と見
做し得る。 次に第三工程で得られる溶液は噴霧乾燥および
焼成の状態では無定形の複合酸化物固体に変化す
るが、これを触媒の第二成分と呼ぶことにする。
第一成分の粉体、第二成分となるべき第三工程で
得られる4価のバナジウムとリン酸イオンを含有
する溶液及び触媒の担体成分(第三成分)となる
シリカをコロイド状溶液として含有するシリカゾ
ルを混合し、必要があれば公知の湿式粉砕機を用
いて充分均密なスラリーに変換した後噴霧乾燥を
施すことにより、流動床反応に適した触媒を製造
する。第一成分、第二成分、および第三成分は重
量分率として(10〜70):(10〜60):(10〜40)と
するのが良い。湿式粉砕とスラリー均密化の目的
で使用し得る機械としては例えばボールミル、ロ
ツドミル、撹拌ミル、サンドグラインダー、ウル
トラホモミキサー、ウルトラタラツクス、超音波
ミル、高圧ミル等を挙げることができる。 このようにして調製されたスラリーは、次いで
噴霧乾燥して球状の固体粒子とする。噴霧乾燥の
条件は、通常、乾燥ガスの入口温度が160〜350
℃、出口温度が100〜350℃となるようにする。ま
た、給液量とデイスク回転数を調節して、噴霧乾
燥により得られる固体粒子の粒子径の平均値が30
〜100ミクロン程度の範囲になる様にする。平均
粒子径のより好ましい範囲は40〜70ミクロンであ
る。 以上のようにして得られた固体粒子は、さらに
焼成して触媒組成物粒子とする。焼成は通常400
〜700℃、好ましくは450〜600℃で行なわれる。
焼成の雰囲気としては、窒素、希ガス、空気また
はそれらの混合物、更にはブタン、ブテン類等の
有機物を含む空気を用いることができる。 本発明方法により得られる触媒粒子は、流動
性、強度および活性に優れ、炭素数4の炭化水
素、とくにn−ブタンの酸化による無水マレイン
酸の製造用触媒として好適である。また本発明に
おいて得られる触媒粒子は更に打錠成型等の公知
の方法で成型し固定床反応用触媒として使用する
ことも可能である。 以下に実施例により本発明をさらに具体的に説
明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以
下の実施例によつて限定されるものではない。 実施例1 (第一工程における触媒前駆物質の製
造例−1) イソブタノール2リツトルを撹拌機、温度計、
リフラツクスコンデンサーを有する容積3リツト
ルの四ツ口フラスコに仕込み、更に五酸化バナジ
ウム121.3g、98%正リン酸159.7gを仕込み、撹
拌しながら加熱した。1.5時間で還流状態となつ
た(液温105℃)がスラリーは次第に黄緑色から
最終的には淡青色に変化した。この間、随時蒸留
により水−イソブタノール混合物を留去し、その
捕集量は合計約100gであつた。10時間の還流の
後、加熱を停止して放冷し、減圧過した。ケー
キは更にイソブタノールで洗浄し、次いで窒素気
流下150℃で乾燥した。この粉末のX線回折パタ
ーンは表−1に示したものと一致した。 実施例2 (第一工程における触媒前駆物質の製
造例−2) イソブタノール2.5リツトル、五酸化バナジウ
ム227.4g、98%正リン酸299.4gを実施例−1で
使用したものと同じ反応容器に仕込んだ以外は、
全く同様にして淡青色を帯びた触媒前駆物質を得
た。得られた前駆物質の元素分析結果ではP/V
原子比は1.04を示し、ほぼ(V2O4)(P2O5
(2H2O)の組成式で表されることが分かつた。
実施例−2を反復して前駆物質約3Kgを合成し
た。 実施例3 (第二工程における触媒前駆物質の焼
成例−1) 実施例−2で得られた触媒前駆物質を炉内雰囲
気の制御可能なマツフル炉内で、内容積1リツト
ルの素焼き製容器2ケに500gずつ仕込み、焼成
した。炉内に窒素を供給し、完全に置換されたこ
とを確認した後に昇温を開始し、500℃に維持し
て2時間加熱した。次いで徐々に空気を導入して
1時間加熱を継続した後、放冷した。焼成した粉
体のX線回折パターンは表−2に示すものと一致
した。 実施例4 (第三工程における第二成分溶液の製
造例−1) 脱塩水6.5Kgに85%リン酸7.715Kg、シユウ酸
(H2C2O4・2H2O)6.680Kgを添加し、80℃まで加
熱撹拌しながら溶解した。次いで五酸化バナジウ
ム4.817Kgを少量ずつ発泡に注意しながら添加し、
溶解したのち放冷した。水を加えて全量を22.86
Kgとした。この溶液のP/V原子比は1.264でバ
ナジウム1グラム原子当り0.5グラムモルのシユ
ウ酸を含んでいる。また、この溶液は安定であり
常温で1ケ月の保存でも固体析出を起こさなかつ
た。 実施例5 (第四工程における触媒の製造例−
1) 実施例−2で得た触媒前駆物質0.80Kg、実施例
−4で得た溶液2.285Kg、及び20%シリカゾル溶
液2.857Kgを混合し、1mmφのセラミツクスビー
ズを充填したサンドグラインダーで30分間湿式粉
砕混合を実施した。 得られた均密なスラリーを噴霧乾燥器にて噴霧
処理したスラリーの乾燥重量基準固体濃度は38.5
%であり、乾燥ガス入口温度210℃、出口温度130
℃であつた。得られた粒子の平均粒子径は61μm
で真球性は良好であつた。この粉体100gを1イ
ンチ径の石英製焼成管に入れ、流動状態にして
350℃で1時間空気焼成し、次いで500℃で2時間
窒素焼成し、25−88μmの粒子径範囲を篩別して
流動床反応テスト用の触媒−1を得た。 この触媒−1の一部を打錠成型機を用いて7mm
φ×2mm厚みに成型し、更に粗砕して14〜24メツ
シユに篩別して固定床反応テスト用の触媒−2を
得た。 触媒の組成は第一成分/第二成分/第三成分
(担体)=35/40/25(重量比)であり、全体の
P/V原子比は1.16であつた。 実施例6 (第四工程における触媒の製造例−
2) 実施例−3で得た触媒前駆物質の焼成物0.72Kg
を用い、他の条件は実施例−5と全く同様にして
流動床反応テスト用触媒−3、及び固定床反応テ
スト用触媒−4を得た。 比較例 1 本発明に従う触媒の第二成分、即ち実施例−4
で得た四価のバナジウムとリン酸イオンを含有す
る溶液を使用しない触媒を製造した。 実施例−2で得た触媒前駆物質0.75Kg、20%の
シリカゾル水溶液1.50Kg、脱塩水0.40Kgを実施例
−5及び6で用いたのと同じサンドグライダーで
30分間処理した。スラリーの乾燥重量基準の固体
濃度は38.5%であり、得られた均密スラリーを噴
霧乾燥機を用いて実施例−5と同じ条件で噴霧処
理した。同様の焼成処理を経て、流動床反応テス
ト用の比較触媒−5及び固定床反応テスト用の比
較触媒−6を得た。触媒の組成は第一成分/第三
成分(担体)=70/30(重量比)であつた。 比較例 2 実施例−3で得た触媒前駆物質の焼成物0.70Kg
を用いた以外は比較例−1と全く同様にして比較
触媒−7(流動床反応テスト用)及び比較触媒−
8(固定床反応テスト用)を得た。 実施例 7(触媒の機械的強度の測定) 触媒−1、3、5及び7を用い、触媒の強度テ
ストに供した。強度は流動状態で金属板に触媒粒
子を高速衝突させ、2時間以内での破砕損失率を
測定し、機械的強度の指標として表示した。強度
の大きい触媒ほど、この値が小さくなる。結果を
表−4に示す。
[Table] Comparing Table 1 and Table 3 above, the positions of the diffraction peaks in both coincide with each other, but there is a significant difference in the intensity ratio. That is, the precursor produced by the organic solvent method has a characteristic that the peak intensity at 2θ = 30.5° (±0.2°, the same applies hereinafter) is greater than the peak intensity at 2θ = 15.6°, and the precursor produced by the aqueous media method This shows that the way the crystals develop is different from that obtained in . There have been several proposals so far regarding methods for producing catalyst precursors using organic solvents. For example, JP-A-50-35088 uses vanadyl trichloride (VOCl 3 ), vanadium pentoxide, ammonium metavanadate, etc. as pentavalent vanadium compounds, and combines these with orthophosphoric acid, tetrahydrofuran, isobutanol, 1,2-dimethoxy We have proposed a method in which the reaction is carried out in an organic solvent such as ethane. Also, JP-A-56-
No. 91845 uses alcohols as reducing organic liquids,
In particular, a method is proposed in which a pentavalent vanadium compound is reacted with orthophosphoric acid using isobutanol. Similarly, JP-A-56-168837 proposes a method for preparing precursors in the medium of substantially anhydrous reducing organic liquids, inter alia selected from alcohols, ketones, aldehydes, ethers and mixtures thereof; The use of butanol is indicated. Furthermore, in US Pat. No. 4,283,288, vanadium pentoxide is reduced using an ethanol-glycerol system,
This is reacted with 100% (crystalline) orthophosphoric acid to synthesize a precursor, which is then separated by over-drying. It has been found that X-ray diffraction of this product shows the same pattern as shown in Table 1. According to the knowledge of the present inventors, the removal of water produced by reduction in the synthesis process of this crystalline precursor (usually
If the isobutanol solvent itself or azeotropic removal by adding an azeotropic solvent such as benzene) is incomplete,
In the X-ray diffraction pattern of the resulting crystal, 2θ=
The peak intensity ratio of 15.6° and 2θ=30.4° is reversed and gradually approaches that shown in Table 3. Therefore, it is desirable to carry out the manufacturing process of this precursor in an anhydrous state as much as possible. JP-A-57-122944 discloses that the precursor obtained by the above method is directly used or dispersed in an aqueous medium containing silica sol to form an aqueous slurry, and then spray-dried to form microspheroidal catalyst particles. A method for producing a fluidized bed oxidation catalyst containing vanadium and phosphorus is proposed. but,
Further tests by the present inventors revealed that the mechanical strength of the obtained catalyst was extremely low and it lacked suitability as an industrial catalyst.Furthermore, the particles were sticky and had poor fluidity, making it unsuitable for industrial use. When used in a fluidized bed reactor, a slugging phenomenon occurred and it was difficult to maintain a stable fluidized state. The present inventors have been intensively investigating a method for producing a catalyst suitable for truly industrial fluidized bed reactions that eliminates these drawbacks. By preparing an aqueous slurry containing a mixed solution containing a phosphorus compound and a silica sol, and spray-drying the mixture after appropriate mixing and homogenization, the mechanical strength and fluidity of the particles are significantly improved, and the active The present invention was completed after discovering that a good catalyst could be obtained. That is, the present invention aims to provide a method for producing a catalyst composition suitable for industrial fluidized bed reactions, in which pentavalent vanadium as a first component is reduced to a tetravalent state in an organic solvent. A crystalline composite oxide containing tetravalent vanadium and pentavalent phosphorus obtained by reacting a pentavalent vanadium compound and a pentavalent phosphorus compound, tetravalent vanadium and phosphorus as the second component. The gist of the present invention is a method for producing a catalyst composition, which comprises mixing an aqueous solution containing a silica sol and a silica sol as a third component to prepare a slurry, and spray-drying the slurry. Next, the method of the present invention will be divided into standard steps and each will be explained in detail. The crystalline catalyst precursor that gives the X-ray diffraction pattern shown in Table 1 is obtained by reducing a pentavalent vanadium compound, especially vanadium pentoxide, in a reducing organic solvent as close to anhydrous as possible, as described above. It can be synthesized by reacting it with orthophosphoric acid. Orthophosphoric acid is easily available on an industrial scale85
Although % aqueous solutions can be used, it is preferable to use anhydrous solutions, especially those that are usually commercially available as colorless solids. The purity of this product is usually in the range of 98-100%. Orthophosphoric acid may be mixed with vanadium pentoxide and an organic solvent from the beginning, or may be added after at least a portion of vanadium pentoxide is reduced by heating in an organic solvent. In this case, orthophosphoric acid may be added as a solid, or it may be added as a solution separately dissolved in an organic solvent, if necessary, after water is azeotropically removed. Organic solvents that can be used include aliphatic or cycloaliphatic alcohols, ketones, aldehydes, ethers, and mixtures thereof, but organic solvents with low boiling points slow down the reduction rate of vanadium pentoxide at the boiling point. It may be necessary to take measures such as using other easily reducible organic compounds in combination or carrying out the synthesis reaction under pressure. Most preferably, the synthesis reaction is carried out using an organic solvent with a boiling point close to that of water, such as a C3 to C5 alcohol such as isobutanol or n-propanol, while removing water produced by reduction azeotropically. good. In addition, iron, titanium, chromium, aluminum, magnesium, calcium,
Ions of metals such as nickel and cobalt may be added in an amount ranging from 0 to 0.4 gram atom per gram atom of vanadium. When the synthesis reaction is completed, the entire slurry turns into a pale blue uniform slurry, which is separated, washed with a low-boiling organic solvent such as methanol or acetone, and recovered. For more complete separation of the organic solvent, drying treatment by heating, reduced pressure, etc. is also a preferable operation for the following steps, which are problematic. In the above first step, a crystalline vanadium phosphate precursor containing substantially tetravalent vanadium is obtained, and the X-ray diffraction pattern of the powder is as shown in Table 1.
It matches what is shown in 1. The second step in the present invention is an optional step of firing the precursor. Preferably, the crystalline precursor obtained in the first step is used in this step.
Calcinate at a temperature range of 350-650℃. This firing is performed in a gas atmosphere such as nitrogen, rare gas, carbon dioxide, or air. It is also possible to calcinate using air containing butane, butene, etc. The precursor is dehydrated by calcination, and the crystal morphology changes from the X-ray diffraction pattern shown in Table 1 to that shown in Table 2. The X-ray diffraction pattern shown in Table 2 corresponds to that of the already known beta phase. Regarding the beta phase, U.S. Patent No.
Described in No. 3864280. In addition, the X-ray diffraction pattern in Table 2 was published in the Journal of E.Bordes et al.
Catalysis, 57 , 236−252 (1979) (VO) 2 P 2 O 7
It is also similar to the crystalline phase reported as Examples of suitable firing methods discovered by the present inventors include the following method. After firing at 450-650℃ for 0.1-10 hours in an atmosphere of a gas that does not substantially contain oxygen, such as nitrogen or rare gas, and then at 450-600℃ for 0.1-10 hours in an oxygen-containing gas atmosphere such as air. How to add to baking. 450-650℃ for 0.1-10 hours, oxygen concentration 1-1
A method of firing under a gas atmosphere in the range of 15%. By these firing methods, the X-ray diffraction pattern matches that shown in Table 2, but the valence of vanadium is oxidized to a pentavalent state in about 2 to 35% of the total vanadium. In this state, when catalyzed through the following steps, it exhibits particularly high performance in terms of active surface. The third step of the present invention is a step of producing a mixed solution containing a vanadium compound having a substantially tetravalent valence and phosphate ions. Even when this solution is dried and calcined, it only changes to an amorphous composite oxide based on X-rays, and is clearly distinguishable from the crystalline oxide obtained in the first or second step. It has been found that it not only has activity as an oxidation catalyst by itself, but is also a significantly effective component in improving the mechanical properties of a catalyst, especially a fluidized bed catalyst. One of the preferred forms of this solution is a stabilized vanadyl phosphate aqueous solution, for example,
An aqueous solution shown in 30049 can be used. That is, a vanadium compound having a pentavalent valence such as vanadium pentoxide is reacted with a reducing agent such as hydrazine hydrate, phosphorous acid, oxalic acid, or lactic acid in an acidic aqueous solution of phosphoric acid to form a tetravalent valence state. It can be obtained by reducing it to , and further adding or leaving oxalic acid to stabilize it. The fourth step of the present invention is a catalytic step using a spray drying method. The precursor obtained in the first step or the fired product obtained in the second step is used as a powder. The finer the particle size of the powder, the better the catalytic activity and mechanical properties of the catalyst. Therefore, it is better to pulverize the slurry in advance using a known method when preparing the slurry, or to pulverize and mix in a wet method after preparing the slurry. In particular, the latter is industrially more advantageous. This powder component will be referred to as the first component of the catalyst. Even when the catalyst is prepared in the form of a precursor, it can be converted to the fired product obtained in the second step by spray drying and firing, so in practice both can be considered to be the same product. Next, the solution obtained in the third step changes into an amorphous composite oxide solid during spray drying and calcination, which will be referred to as the second component of the catalyst.
Contains the powder of the first component, the solution containing tetravalent vanadium and phosphate ions obtained in the third step which becomes the second component, and the silica which becomes the carrier component of the catalyst (third component) as a colloidal solution. A catalyst suitable for a fluidized bed reaction is produced by mixing silica sol and converting it into a sufficiently homogeneous slurry using a known wet grinder if necessary, followed by spray drying. The weight fraction of the first component, second component, and third component is preferably (10-70):(10-60):(10-40). Machines that can be used for the purpose of wet grinding and slurry homogenization include, for example, ball mills, rod mills, stirring mills, sand grinders, ultra homo mixers, ultra taraxes, ultrasonic mills, high pressure mills and the like. The slurry thus prepared is then spray dried into spherical solid particles. The conditions for spray drying are usually that the inlet temperature of the drying gas is 160 to 350.
℃, and the outlet temperature should be between 100 and 350℃. In addition, by adjusting the liquid supply amount and disk rotation speed, the average particle diameter of solid particles obtained by spray drying was adjusted to 30.
It should be in the range of ~100 microns. A more preferred range of average particle size is 40 to 70 microns. The solid particles obtained as described above are further calcined to form catalyst composition particles. Firing is usually 400
It is carried out at ~700°C, preferably 450-600°C.
As the firing atmosphere, nitrogen, rare gas, air, a mixture thereof, and air containing organic substances such as butane and butenes can be used. The catalyst particles obtained by the method of the present invention have excellent fluidity, strength and activity, and are suitable as a catalyst for producing maleic anhydride by oxidizing a hydrocarbon having 4 carbon atoms, particularly n-butane. Further, the catalyst particles obtained in the present invention can be further molded by a known method such as tablet molding and used as a fixed bed reaction catalyst. EXAMPLES The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below, but the present invention is not limited to the following Examples unless it exceeds the gist thereof. Example 1 (Production example of catalyst precursor in the first step-1) 2 liters of isobutanol was mixed with a stirrer, a thermometer,
The mixture was charged into a 3-liter four-necked flask equipped with a reflux condenser, and 121.3 g of vanadium pentoxide and 159.7 g of 98% orthophosphoric acid were added thereto and heated with stirring. A reflux state was reached in 1.5 hours (liquid temperature 105°C), but the slurry gradually changed from yellow-green to pale blue. During this time, the water-isobutanol mixture was distilled off from time to time, and the total amount collected was about 100 g. After refluxing for 10 hours, heating was stopped, the mixture was allowed to cool, and the mixture was filtered under reduced pressure. The cake was further washed with isobutanol and then dried at 150°C under a stream of nitrogen. The X-ray diffraction pattern of this powder matched that shown in Table-1. Example 2 (Production example of catalyst precursor in the first step-2) 2.5 liters of isobutanol, 227.4 g of vanadium pentoxide, and 299.4 g of 98% orthophosphoric acid were charged into the same reaction vessel as used in Example-1. Other than that,
A pale blue catalyst precursor was obtained in exactly the same manner. According to the elemental analysis results of the obtained precursor, P/V
The atomic ratio shows 1.04, which is approximately (V 2 O 4 ) (P 2 O 5 )
It was found that it is expressed by the composition formula (2H 2 O).
About 3 kg of the precursor was synthesized by repeating Example-2. Example 3 (Example-1 of Calcining the Catalyst Precursor in the Second Step) The catalyst precursor obtained in Example-2 was placed in an unglazed container 2 with an internal volume of 1 liter in a Matsufuru furnace in which the atmosphere inside the furnace could be controlled. 500g each was added to each pot and fired. After nitrogen was supplied into the furnace and it was confirmed that the nitrogen was completely replaced, the temperature was started to increase, and the temperature was maintained at 500°C for 2 hours. Next, air was gradually introduced and heating was continued for 1 hour, and then allowed to cool. The X-ray diffraction pattern of the fired powder matched that shown in Table-2. Example 4 (Production example of the second component solution in the third step - 1) 7.715 Kg of 85% phosphoric acid and 6.680 Kg of oxalic acid (H 2 C 2 O 4 2H 2 O) were added to 6.5 Kg of demineralized water, The mixture was heated to 80°C and dissolved while stirring. Next, add 4.817 kg of vanadium pentoxide little by little while being careful not to foam.
After dissolving, it was allowed to cool. Add water to make total volume 22.86
Kg. This solution has a P/V atomic ratio of 1.264 and contains 0.5 gmol of oxalic acid per gram atom of vanadium. Moreover, this solution was stable and did not cause solid precipitation even after being stored at room temperature for one month. Example 5 (Production example of catalyst in the fourth step)
1) Mix 0.80Kg of the catalyst precursor obtained in Example-2, 2.285Kg of the solution obtained in Example-4, and 2.857Kg of 20% silica sol solution, and wet-grind for 30 minutes using a sand grinder filled with 1mmφ ceramic beads. Grinding and mixing were carried out. The resulting homogeneous slurry was sprayed in a spray dryer, and the dry weight solids concentration of the slurry was 38.5.
%, drying gas inlet temperature 210℃, outlet temperature 130℃
It was warm at ℃. The average particle diameter of the obtained particles is 61 μm
The sphericity was good. Put 100g of this powder into a 1 inch diameter quartz firing tube and make it fluid.
It was air-calcined at 350°C for 1 hour, then nitrogen-calcined at 500°C for 2 hours, and the particle size range of 25-88 μm was sieved to obtain Catalyst-1 for fluidized bed reaction test. A part of this catalyst-1 was made into a 7mm tablet using a tablet-forming machine.
The product was molded to a thickness of φ x 2 mm, further crushed and sieved into 14 to 24 meshes to obtain catalyst 2 for fixed bed reaction test. The composition of the catalyst was first component/second component/third component (carrier) = 35/40/25 (weight ratio), and the overall P/V atomic ratio was 1.16. Example 6 (Production example of catalyst in the fourth step)
2) 0.72Kg of fired product of catalyst precursor obtained in Example-3
A fluidized bed reaction test catalyst-3 and a fixed bed reaction test catalyst-4 were obtained in the same manner as in Example 5 except for the following conditions. Comparative Example 1 Second component of the catalyst according to the invention, namely Example-4
A catalyst containing tetravalent vanadium and phosphate ion obtained without using a solution was manufactured. Using the same sand glider as used in Examples 5 and 6, 0.75 kg of the catalyst precursor obtained in Example 2, 1.50 kg of 20% silica sol aqueous solution, and 0.40 kg of demineralized water were used.
Treated for 30 minutes. The solid concentration of the slurry on a dry weight basis was 38.5%, and the resulting homogeneous slurry was sprayed using a spray dryer under the same conditions as in Example-5. Comparative catalyst-5 for fluidized bed reaction test and comparative catalyst-6 for fixed bed reaction test were obtained through similar calcination treatment. The composition of the catalyst was first component/third component (carrier) = 70/30 (weight ratio). Comparative Example 2 0.70Kg of fired product of catalyst precursor obtained in Example-3
Comparative catalyst-7 (for fluidized bed reaction test) and comparative catalyst-
8 (for fixed bed reaction test) was obtained. Example 7 (Measurement of Mechanical Strength of Catalysts) Catalysts 1, 3, 5 and 7 were subjected to a catalyst strength test. The strength was determined by colliding catalyst particles against a metal plate at high speed in a fluid state, measuring the crushing loss rate within 2 hours, and displaying the result as an index of mechanical strength. The stronger the catalyst, the smaller this value. The results are shown in Table 4.

【表】 実施例8 (流動床反応テストによる触媒活性の
測定) 内径17mmの流動床反応器に表−5に示す触媒各
20ml(粒径44〜116μm)を入れ、n−ブタン3%
を含む空気をGHSV500となるように反応器に導
入して反応させた。生成物は水に吸収させ、この
水溶液の電位差滴定および廃ガスのガスクロマト
グラフによる分析により、反応成績を求めた。結
果を表−5に示す。
[Table] Example 8 (Measurement of catalyst activity by fluidized bed reaction test) Each of the catalysts shown in Table 5 was placed in a fluidized bed reactor with an inner diameter of 17 mm.
Add 20ml (particle size 44-116μm) and add 3% n-butane.
Air containing GHSV of 500 was introduced into the reactor and reacted. The product was absorbed into water, and the reaction results were determined by potentiometric titration of the aqueous solution and gas chromatographic analysis of the waste gas. The results are shown in Table-5.

【表】 実施例9 (固定床反応テストによる触媒活性の
測定) 外径6mmの硬質ガラス管製マイクロリアクター
に触媒2、4、6及び8を各0.5ml充填し、n−
ブタン1.5%を含む空気をGHSV2000となるよう
に反応器に導入して反応させた。生成物は反応器
から全量保温ガスサンプラーに導き、直接ガスク
ロマトグラフイーにより分析、定量した。反応結
果を表−6に示した。
[Table] Example 9 (Measurement of catalytic activity by fixed bed reaction test) A hard glass tube microreactor with an outer diameter of 6 mm was filled with 0.5 ml each of catalysts 2, 4, 6, and 8, and n-
Air containing 1.5% butane was introduced into the reactor at a GHSV of 2000 and reacted. The entire amount of the product was led from the reactor to a heat-retaining gas sampler, and directly analyzed and quantified by gas chromatography. The reaction results are shown in Table-6.

【表】【table】

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 第一成分としての、五価のバナジウムを四価
の原子価状態に還元できる有機溶媒中で五価のバ
ナジウム化合物および五価のリン化合物を反応さ
せて得られた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、第二成分として
の、四価のバナジウムおよびリンを含有する水性
溶液および第三成分としてのシリカゾルを混合し
てスラリーを調製し、これを噴霧乾燥することを
特徴とする炭素数4の炭化水素の酸化による無水
マレイン酸の製造に適した触媒組成物の製造方
法。
1 Tetravalent vanadium and pentavalent vanadium obtained by reacting a pentavalent vanadium compound and a pentavalent phosphorus compound in an organic solvent capable of reducing pentavalent vanadium to a tetravalent state as the first component. A slurry is prepared by mixing a crystalline composite oxide containing phosphorus, an aqueous solution containing tetravalent vanadium and phosphorus as a second component, and silica sol as a third component, and spray-drying the slurry. A method for producing a catalyst composition suitable for producing maleic anhydride by oxidizing a hydrocarbon having 4 carbon atoms, characterized by:
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