JPH0582261B2 - - Google Patents
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- JPH0582261B2 JPH0582261B2 JP60233140A JP23314085A JPH0582261B2 JP H0582261 B2 JPH0582261 B2 JP H0582261B2 JP 60233140 A JP60233140 A JP 60233140A JP 23314085 A JP23314085 A JP 23314085A JP H0582261 B2 JPH0582261 B2 JP H0582261B2
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- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
- C07C51/16—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
- C07C51/21—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
- C07C51/215—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of saturated hydrocarbyl groups
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
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- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/20—Vanadium, niobium or tantalum
- B01J23/22—Vanadium
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- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/14—Phosphorus; Compounds thereof
- B01J27/186—Phosphorus; Compounds thereof with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J27/195—Phosphorus; Compounds thereof with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium with vanadium, niobium or tantalum
- B01J27/198—Vanadium
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- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
-
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- C07C57/13—Dicarboxylic acids
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-
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Description
本発明は、炭化水素を部分酸化して無水マレイ
ン酸にするためのバナジウム/リンの複合酸化物
を含有する触媒、およびその製造方法、ならびに
触媒成績を向上するための還元処理方法に関す
る。 n−ブタンから無水マレイン酸を製造する触媒
として、V−P−O複合酸化物を使用することが
知られている。 たとえば、アメリカ特許第3293268号により、
出発原料としてV2O5,H3PO4およびシユウ酸を
用い、その塩酸水溶液からV−P−O複合酸化物
を製造する方法が知られる。 これは、反応混合物を蒸発乾固してV−P−O
複合酸化物を分離し、これを成形後仮焼するので
あるが、550〜575℃の温度で処理して得られるモ
ル収率は僅かに35〜40%に過ぎない。 アメリカ特許第4100106号は、その改良法を報
告している。 すなわち、V−P−O複合酸化物を濃塩酸水溶
液に水を加えて沈でんさせる方法である。この方
法では、X線回折により特徴づけられる結晶生成
物が得られる。これを適当にコンデイシヨニング
をした後に、ブタンをマレイン酸に酸化する触媒
として使用すると、400〜420℃の温度で約55%の
モル収率が得られる。しかし、この方法は、非常
に腐食性の強い塩酸を用いるという欠点がある。 一方、V2O5を有機化合物で還元することもよ
く知られている〔J.S.LittlerおよびW.A.
Waters;J.Chem.Soc.,P1299−1305(1959)〕。
その一例として、V2O5をHClのアルコール溶液
で還元する方法がある〔Koppelら;Zeit.Anorg.
Chem.,45,346−351,1905〕。 アメリカ特許第3864280号は、ガス状HClの存
在において有機溶媒中でV−P−O複合酸化物を
製造する方法について記載している。V2O5の還
元が終了したときにH3PO4を加え、有機溶媒を
留去してV−P−O複合酸化物を分離する。この
V−P−O複合酸化物は480℃の温度まで非常に
厳密な方法に従つて調製され、活性な触媒を示す
「B相」と称する結晶相に変換する。この触媒の
コンデイシヨニング相は最良の成績を得るうえで
きわめて重要であり、工業的にはその実施が容易
でいない方法(3℃/分の速度で昇温する)によ
り行なわなければならない。さらに、この特許は
触媒が7〜50m2/gの固有の表面積をもち、この
固有表面積が大きくなるほど触媒活性が強くなる
と述べている。 ドイツ特許出願公開第3010710号は、V−P−
O複合酸化物を有機溶媒中で調製する方法を報告
している。H3PO3およびH3PO4の存在下でV2O5
を4価のバナジウムに還元する。これは反応操作
のはじめにすべての試薬を有機溶媒に加えるので
ある。 このようにして得られた触媒は長時間の活性化
を必要とし、最良の成績は10〜20日後にはじめて
得られるから、生産能力が減少する。 以上述べたV−P−O複合酸化物の調製方法は
すべて5価のバナジウム化合物が最初から反応混
合物に存在しているもので、5価のバナジウムを
4価に還元してからリン化合物を加える場合と、
最初から反応混合物中に存在する場合とがある。 本発明の目的は、既知の触媒と比較してそのコ
ンデイシヨニングを容易かつ迅速に行なうことが
でき、とくに高い活性、選択性および生産性を有
する触媒と、それを使用した無水マレイン酸の製
造方法を提供することにある。 本発明の触媒は、バナジウムおよびリンの複合
酸化物を含有し、リン対バナジウムの原子数比が
1〜1.3であつて、炭化水素を酸化して無水マレ
イン酸にする触媒において、この触媒の製造が、
リン含有化合物を有機溶媒に導入し、リン対バナ
ジウムの原子数比が1〜1.3となるようにバナジ
ウム含有化合物を0.5〜4時間、好ましくは0.8〜
2時間にわたつて連続的に添加し、反応中に生成
した水を連続的に反応混合物から直接除去し、つ
いで反応混合物を分離してV−P−O複合酸化物
を固体として単離し、90〜150℃の温度で乾燥し、
200〜300℃の温度で活性化することにより行なわ
れ、かつ半径100〜1000Åを有する細孔の容積が、
半径10000Å以下の全細孔容積の少なくとも30%
であることを特徴とする触媒である。 好ましくは、半径100〜1000Åの細孔の容積が
半径10000Å以下の全細孔容積の少なくとも40%
を占める。 さらに好ましくは、半径100〜1000Åの細孔の
容積が半径10000Å以下全細孔容積の100%に達す
ることである。 V−P−O複合酸化物を調製後,既存の触媒と
交換する前にこのV−P−O複合酸化物は、すぐ
れた細孔分布を有する粉末の形態として存在す
る。 本発明によれば、粉体粒子の90%が約1〜5μ
の直径を有し、その平均粒径は2〜4μである。 細孔容積を決定するうえで、半径10000Å以下
の細孔だけが考慮の対象となる。これは、1μは
10000Åに相当し、大きな細孔は粒子自体の大き
さと同じオーダーで重要性をもたないからであ
る。細孔容積はよく知られた水銀浸透孔度計で測
定した。 本発明の触媒においてみられるように、半径
100〜1000Åをもつ細孔の割合が高ければ、たと
えばn−ブタンの酸化による無水マレイン酸の製
造において、既知の触媒にくらべてはるかにすぐ
れた触媒特性を示すことになる。また、触媒成績
にとつて、大きな固有表面よりも細孔の大きさお
よび細孔分布が重要であることも明らかとなる。 本発明の触媒は、高選択性、高活性および安定
した高い生産性を示す。従つて、触媒を長時間に
わたりその成績を低下させることなく高い比供給
速度で使用することができ、たとえば触媒1Kgあ
たり毎時150gのn−ブタンを供給し、ブタン100
Kgあたり無水マレイン酸100Kgもの高収率が得ら
れる。これは触媒1Kgあたり毎時150gの無水マ
レイン酸を製造することに相当する。 炭化水素(たとえばn−ブタン)の比供給速度
を低くすると、重量収率を110%に上げることも
可能である。 本発明の実施態様として、触媒はバナジウム1
原子あたり1〜1.3個、好ましくは1.05〜1.2個の
リン原子を含有する。また、触媒はLi,Ti,Zr,
Hf,Cr,Mo,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,B,Si,
SnまたはBiからなる系列から選ばれた1種また
は2種以上の助触媒成分を含有してもよい。 触媒は、次に示すX線回折スペクトルによつて
特徴づけられる、明確な結晶構造を有する。
ン酸にするためのバナジウム/リンの複合酸化物
を含有する触媒、およびその製造方法、ならびに
触媒成績を向上するための還元処理方法に関す
る。 n−ブタンから無水マレイン酸を製造する触媒
として、V−P−O複合酸化物を使用することが
知られている。 たとえば、アメリカ特許第3293268号により、
出発原料としてV2O5,H3PO4およびシユウ酸を
用い、その塩酸水溶液からV−P−O複合酸化物
を製造する方法が知られる。 これは、反応混合物を蒸発乾固してV−P−O
複合酸化物を分離し、これを成形後仮焼するので
あるが、550〜575℃の温度で処理して得られるモ
ル収率は僅かに35〜40%に過ぎない。 アメリカ特許第4100106号は、その改良法を報
告している。 すなわち、V−P−O複合酸化物を濃塩酸水溶
液に水を加えて沈でんさせる方法である。この方
法では、X線回折により特徴づけられる結晶生成
物が得られる。これを適当にコンデイシヨニング
をした後に、ブタンをマレイン酸に酸化する触媒
として使用すると、400〜420℃の温度で約55%の
モル収率が得られる。しかし、この方法は、非常
に腐食性の強い塩酸を用いるという欠点がある。 一方、V2O5を有機化合物で還元することもよ
く知られている〔J.S.LittlerおよびW.A.
Waters;J.Chem.Soc.,P1299−1305(1959)〕。
その一例として、V2O5をHClのアルコール溶液
で還元する方法がある〔Koppelら;Zeit.Anorg.
Chem.,45,346−351,1905〕。 アメリカ特許第3864280号は、ガス状HClの存
在において有機溶媒中でV−P−O複合酸化物を
製造する方法について記載している。V2O5の還
元が終了したときにH3PO4を加え、有機溶媒を
留去してV−P−O複合酸化物を分離する。この
V−P−O複合酸化物は480℃の温度まで非常に
厳密な方法に従つて調製され、活性な触媒を示す
「B相」と称する結晶相に変換する。この触媒の
コンデイシヨニング相は最良の成績を得るうえで
きわめて重要であり、工業的にはその実施が容易
でいない方法(3℃/分の速度で昇温する)によ
り行なわなければならない。さらに、この特許は
触媒が7〜50m2/gの固有の表面積をもち、この
固有表面積が大きくなるほど触媒活性が強くなる
と述べている。 ドイツ特許出願公開第3010710号は、V−P−
O複合酸化物を有機溶媒中で調製する方法を報告
している。H3PO3およびH3PO4の存在下でV2O5
を4価のバナジウムに還元する。これは反応操作
のはじめにすべての試薬を有機溶媒に加えるので
ある。 このようにして得られた触媒は長時間の活性化
を必要とし、最良の成績は10〜20日後にはじめて
得られるから、生産能力が減少する。 以上述べたV−P−O複合酸化物の調製方法は
すべて5価のバナジウム化合物が最初から反応混
合物に存在しているもので、5価のバナジウムを
4価に還元してからリン化合物を加える場合と、
最初から反応混合物中に存在する場合とがある。 本発明の目的は、既知の触媒と比較してそのコ
ンデイシヨニングを容易かつ迅速に行なうことが
でき、とくに高い活性、選択性および生産性を有
する触媒と、それを使用した無水マレイン酸の製
造方法を提供することにある。 本発明の触媒は、バナジウムおよびリンの複合
酸化物を含有し、リン対バナジウムの原子数比が
1〜1.3であつて、炭化水素を酸化して無水マレ
イン酸にする触媒において、この触媒の製造が、
リン含有化合物を有機溶媒に導入し、リン対バナ
ジウムの原子数比が1〜1.3となるようにバナジ
ウム含有化合物を0.5〜4時間、好ましくは0.8〜
2時間にわたつて連続的に添加し、反応中に生成
した水を連続的に反応混合物から直接除去し、つ
いで反応混合物を分離してV−P−O複合酸化物
を固体として単離し、90〜150℃の温度で乾燥し、
200〜300℃の温度で活性化することにより行なわ
れ、かつ半径100〜1000Åを有する細孔の容積が、
半径10000Å以下の全細孔容積の少なくとも30%
であることを特徴とする触媒である。 好ましくは、半径100〜1000Åの細孔の容積が
半径10000Å以下の全細孔容積の少なくとも40%
を占める。 さらに好ましくは、半径100〜1000Åの細孔の
容積が半径10000Å以下全細孔容積の100%に達す
ることである。 V−P−O複合酸化物を調製後,既存の触媒と
交換する前にこのV−P−O複合酸化物は、すぐ
れた細孔分布を有する粉末の形態として存在す
る。 本発明によれば、粉体粒子の90%が約1〜5μ
の直径を有し、その平均粒径は2〜4μである。 細孔容積を決定するうえで、半径10000Å以下
の細孔だけが考慮の対象となる。これは、1μは
10000Åに相当し、大きな細孔は粒子自体の大き
さと同じオーダーで重要性をもたないからであ
る。細孔容積はよく知られた水銀浸透孔度計で測
定した。 本発明の触媒においてみられるように、半径
100〜1000Åをもつ細孔の割合が高ければ、たと
えばn−ブタンの酸化による無水マレイン酸の製
造において、既知の触媒にくらべてはるかにすぐ
れた触媒特性を示すことになる。また、触媒成績
にとつて、大きな固有表面よりも細孔の大きさお
よび細孔分布が重要であることも明らかとなる。 本発明の触媒は、高選択性、高活性および安定
した高い生産性を示す。従つて、触媒を長時間に
わたりその成績を低下させることなく高い比供給
速度で使用することができ、たとえば触媒1Kgあ
たり毎時150gのn−ブタンを供給し、ブタン100
Kgあたり無水マレイン酸100Kgもの高収率が得ら
れる。これは触媒1Kgあたり毎時150gの無水マ
レイン酸を製造することに相当する。 炭化水素(たとえばn−ブタン)の比供給速度
を低くすると、重量収率を110%に上げることも
可能である。 本発明の実施態様として、触媒はバナジウム1
原子あたり1〜1.3個、好ましくは1.05〜1.2個の
リン原子を含有する。また、触媒はLi,Ti,Zr,
Hf,Cr,Mo,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,B,Si,
SnまたはBiからなる系列から選ばれた1種また
は2種以上の助触媒成分を含有してもよい。 触媒は、次に示すX線回折スペクトルによつて
特徴づけられる、明確な結晶構造を有する。
【表】
活性化終了後、触媒はそのまま使用できる。し
かし、触媒に還元処理を施すことが好ましい。こ
の還元処理は、触媒を2〜6個の炭素原子をもつ
ガス状炭化水素、たとえばn−ブタン、1,3−
ブタジエン、n−ブテン、1−ブテン、シス−2
−ブテン、トランス−2−ブテンまたはこれらの
混合物、好ましくはn−ブテンからなる成分中
に、分子状酸素の不存在下、300から500℃の温度
に置くことにより行なわれる。 他の態様として、ガス状炭化水素はCO2または
N2のような不活性ガスを含む。 還元処理によつて、新しい触媒では一層高い成
績が得られ、また、転化率および収率が減少した
長期間使用後の触媒でも完全に回復し、最初の成
績が得られるようになる。還元処理は触媒を充填
したばかりの反応器においても、あるいは触媒を
抜き取つた後での分離装置の中でも行なうことが
できる。 有機溶媒としては、C1〜C6のアルコール、好
ましくはメタノール、エタノール、プロパノー
ル、ブタノール、1−プロパノール、2−プロパ
ノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソ
ブタノール、イソ−アミルアルコールまたはこれ
らの混合物、さらに好ましくはイソブタノールが
使用される。 適当なリン含有化合物は、5価のリン、有利な
のはP2O5または85重量%H3PO4、好ましくは100
%のH3PO4である。 バナジウム化合物としては、4価および(また
は)5価の無機および(または)有機化合物、好
ましくはV2O5が使用される。 バナジウム化合物の形態は、触媒の品質にとつ
て重要な因子である。良好な結果は、粒状のバナ
ジウム化合物を用いたときに得られ、その粒径は
1μまたはこれ以下にすべきである。このような
粉末は、たとえばジエツトミルで粉砕することに
よつて得られる。 バナジウムおよびリン成分は、P/V原子比が
1:1と1.3:1の間、好ましくは1.05:1と
1.2:1の間で用いる。 触媒の製造過程で、または触媒を成形する前に
一連の助触媒を添加することができる。助触媒
は、Li,Ti,Zr,Hf,Cr,Mo,Mn,Fe,Co,
Ni,Cu,Zn,B,Si,SnまたはBiから選択さ
れ、単独または組み合わせて用いることができ
る。助触媒を用いるときは、その対バナジウム比
は0.01:1から0.3:1、好ましくは0.05:1から
0.15:1とする。上記の助触媒成分または助触媒
は、その酸化物または塩として用いられ、塩の場
合に有利なのは炭酸塩、硝酸塩、塩化物、臭化
物、硫酸塩または酢酸塩である。 触媒の調製は、たとえば溶媒とリン化合物を撹
拌装置、コンデンサ付の蒸留塔および水分離器を
備えた反応器に導入して行なうことができる。リ
ンに対する溶媒の量は、リン1Kgあたり5〜50
Kg、好ましくは10〜20Kgである。 この混合物を沸点まで加熱し、バナジウム化合
物を固体として、または原則として上記溶媒に相
当する懸濁媒体を使用した懸濁液として、ゆつく
り0.5〜4時間、好ましくは0.8〜2時間かけて撹
拌しながら反応器に添加する。この過程でバナジ
ウムの原子価は5より小さくなり、反応中に生成
した水は水分離器により除去される。バナジウム
の添加が終了してから、反応混合物はさらに1〜
2時間還流を続け、生成した水を連続的に除去す
る。バナジウムの最終原子価は3.9〜4.2である。 ついで、V−P−O複合酸化物を含有する懸濁
液を冷却する。 生成したV−P−O複合酸化物を濾別し、続い
て乾燥する。あるいはまた、混合物を蒸発乾固し
て固体とする。いずれの場合も、乾燥してV−P
−O複合酸化物が得られる。さらに適当な方法
は、たとえば懸濁液を蒸発または蒸留して溶媒を
除くことによつて懸濁液の固体濃度を40〜50%と
し、このスラリー状の反応混合物を、必要ならば
適当な結合剤を用いてスプレー乾燥することであ
る。 V−P−O複合化合物の乾燥温度は、いずれの
場合も、90〜150℃、好ましくは130〜140℃であ
る。 最後に述べた反応混合物からのV−P−O複合
酸化物の分離法は、固体を成形する場合、たとえ
ばタブレツトとして固定床式反応器に使用する場
合には、とくに有効である。すなわち、スプレー
乾燥によるときわめて流動性のよい粉末が得られ
るから、非常に均一な性質を有するタブレツトを
容易に成形できる。他の成形方法としては、たと
えば押出成形または造粒トレ−、あるいは造粒ド
ラムによるタブレツト成形がある。 触媒は活性化の前または後のいずれでも成形す
ることができ、活性化に続いて成形することはそ
れ自体重要ではない。活性化は200°から300℃の
温度に加熱することにより達成され、原則として
2〜24時間かかる。 上記のように、本発明による触媒は成形して固
定床反応器に使用することができ、あるいは適当
な処理、たとえばスプレー乾燥して流動床反応器
に使用することができる。 本発明による触媒は、1,3−ブタジエン、n
−ブタン、n−ブテン、1−ブテン、シス−2−
ブテン、トランス−2−ブテンおよびこれらの混
合物を酸化して無水マレイン酸にするのに使用す
る。 好ましくは、本発明の触媒はn−ブタンを部分
酸化して無水マレイン酸とするのに使用する。 図面は、140℃で乾燥したV−P−O複合酸化
物についての、半径10000Å以下の細孔の細孔容
積分布を示す。 図中、○印は本発明により製造したもの(実施
例1)、★印はアメリカ特許第4100106号明細書記
載の方法により製造したもの(比較例1)、△印
はイソブタノール中で製造したものであつて、
V2O5を反応のはじめに全部加えたもの(比較例
2)を、それぞれ示す。
かし、触媒に還元処理を施すことが好ましい。こ
の還元処理は、触媒を2〜6個の炭素原子をもつ
ガス状炭化水素、たとえばn−ブタン、1,3−
ブタジエン、n−ブテン、1−ブテン、シス−2
−ブテン、トランス−2−ブテンまたはこれらの
混合物、好ましくはn−ブテンからなる成分中
に、分子状酸素の不存在下、300から500℃の温度
に置くことにより行なわれる。 他の態様として、ガス状炭化水素はCO2または
N2のような不活性ガスを含む。 還元処理によつて、新しい触媒では一層高い成
績が得られ、また、転化率および収率が減少した
長期間使用後の触媒でも完全に回復し、最初の成
績が得られるようになる。還元処理は触媒を充填
したばかりの反応器においても、あるいは触媒を
抜き取つた後での分離装置の中でも行なうことが
できる。 有機溶媒としては、C1〜C6のアルコール、好
ましくはメタノール、エタノール、プロパノー
ル、ブタノール、1−プロパノール、2−プロパ
ノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソ
ブタノール、イソ−アミルアルコールまたはこれ
らの混合物、さらに好ましくはイソブタノールが
使用される。 適当なリン含有化合物は、5価のリン、有利な
のはP2O5または85重量%H3PO4、好ましくは100
%のH3PO4である。 バナジウム化合物としては、4価および(また
は)5価の無機および(または)有機化合物、好
ましくはV2O5が使用される。 バナジウム化合物の形態は、触媒の品質にとつ
て重要な因子である。良好な結果は、粒状のバナ
ジウム化合物を用いたときに得られ、その粒径は
1μまたはこれ以下にすべきである。このような
粉末は、たとえばジエツトミルで粉砕することに
よつて得られる。 バナジウムおよびリン成分は、P/V原子比が
1:1と1.3:1の間、好ましくは1.05:1と
1.2:1の間で用いる。 触媒の製造過程で、または触媒を成形する前に
一連の助触媒を添加することができる。助触媒
は、Li,Ti,Zr,Hf,Cr,Mo,Mn,Fe,Co,
Ni,Cu,Zn,B,Si,SnまたはBiから選択さ
れ、単独または組み合わせて用いることができ
る。助触媒を用いるときは、その対バナジウム比
は0.01:1から0.3:1、好ましくは0.05:1から
0.15:1とする。上記の助触媒成分または助触媒
は、その酸化物または塩として用いられ、塩の場
合に有利なのは炭酸塩、硝酸塩、塩化物、臭化
物、硫酸塩または酢酸塩である。 触媒の調製は、たとえば溶媒とリン化合物を撹
拌装置、コンデンサ付の蒸留塔および水分離器を
備えた反応器に導入して行なうことができる。リ
ンに対する溶媒の量は、リン1Kgあたり5〜50
Kg、好ましくは10〜20Kgである。 この混合物を沸点まで加熱し、バナジウム化合
物を固体として、または原則として上記溶媒に相
当する懸濁媒体を使用した懸濁液として、ゆつく
り0.5〜4時間、好ましくは0.8〜2時間かけて撹
拌しながら反応器に添加する。この過程でバナジ
ウムの原子価は5より小さくなり、反応中に生成
した水は水分離器により除去される。バナジウム
の添加が終了してから、反応混合物はさらに1〜
2時間還流を続け、生成した水を連続的に除去す
る。バナジウムの最終原子価は3.9〜4.2である。 ついで、V−P−O複合酸化物を含有する懸濁
液を冷却する。 生成したV−P−O複合酸化物を濾別し、続い
て乾燥する。あるいはまた、混合物を蒸発乾固し
て固体とする。いずれの場合も、乾燥してV−P
−O複合酸化物が得られる。さらに適当な方法
は、たとえば懸濁液を蒸発または蒸留して溶媒を
除くことによつて懸濁液の固体濃度を40〜50%と
し、このスラリー状の反応混合物を、必要ならば
適当な結合剤を用いてスプレー乾燥することであ
る。 V−P−O複合化合物の乾燥温度は、いずれの
場合も、90〜150℃、好ましくは130〜140℃であ
る。 最後に述べた反応混合物からのV−P−O複合
酸化物の分離法は、固体を成形する場合、たとえ
ばタブレツトとして固定床式反応器に使用する場
合には、とくに有効である。すなわち、スプレー
乾燥によるときわめて流動性のよい粉末が得られ
るから、非常に均一な性質を有するタブレツトを
容易に成形できる。他の成形方法としては、たと
えば押出成形または造粒トレ−、あるいは造粒ド
ラムによるタブレツト成形がある。 触媒は活性化の前または後のいずれでも成形す
ることができ、活性化に続いて成形することはそ
れ自体重要ではない。活性化は200°から300℃の
温度に加熱することにより達成され、原則として
2〜24時間かかる。 上記のように、本発明による触媒は成形して固
定床反応器に使用することができ、あるいは適当
な処理、たとえばスプレー乾燥して流動床反応器
に使用することができる。 本発明による触媒は、1,3−ブタジエン、n
−ブタン、n−ブテン、1−ブテン、シス−2−
ブテン、トランス−2−ブテンおよびこれらの混
合物を酸化して無水マレイン酸にするのに使用す
る。 好ましくは、本発明の触媒はn−ブタンを部分
酸化して無水マレイン酸とするのに使用する。 図面は、140℃で乾燥したV−P−O複合酸化
物についての、半径10000Å以下の細孔の細孔容
積分布を示す。 図中、○印は本発明により製造したもの(実施
例1)、★印はアメリカ特許第4100106号明細書記
載の方法により製造したもの(比較例1)、△印
はイソブタノール中で製造したものであつて、
V2O5を反応のはじめに全部加えたもの(比較例
2)を、それぞれ示す。
【実施例】
使用した反応器
触媒の成績を調べるために、三種の反応器を使
用した。 反応器A: 反応管径 φi=25mm 触媒充填層長 900mm 反応管はヒーターをそなえたアルミニウムブロ
ツクに挿入した。 反応器B: 反応管径 φi=21mm 触媒充填層長 900mm 反応管はヒーターつきの溶融塩浴に浸漬した。 反応器C: 反応管径 φi=25mm 触媒充填層長 3000mm 反応管はヒーターつきの溶融塩浴に浸漬した。
各反応管には、反応温度を記録するため、内部に
軸方向にサーモウエルを設け。 以下、触媒の成績は次のパラメーターによつて
評価される。 炭化水素転化率%=生成物に転化した炭化水素のモル
数/炭化水素の供給モル数×100 収率wt%=無水マレイン生成量g/炭化水素供給量g
×100 選択率wt%=無水マレイン酸生成量g/生成物に転化
した炭化水素量g×100 実施例 1 温度計、撹拌機、還流コンデンサつきのガラス
製充填式蒸留塔およびデイーン・スターク水分離
器をそなえた容量5の三口フラスコに、イソブ
タノール2と100%H3PO4404gとをいれた。 この混合物を還流し、次にV2O5326g/イソブ
タノール1000c.c.の懸濁液をゆつくり(約1時間)
加えた。V2O5の添加中、その添加と等しい量の
イソブタノールが留去され、反応混合物からV2
O5の反応中に生成した水が除去された。V2O5を
添加し終つてからさらに2時間還流を続け、反応
水を分離した。 スラリーを冷却し、青色の固体を濾別し、140
℃で乾燥した。 こうして得られたV−P−O複合酸化物は、触
媒の前駆体である。 得られた粉末の細孔分布は、半径100ないし
1000Åの細孔の容積が、10000Å以下の細孔の全
容積の36%を示す。これは図面に示されており、
公知技術(比較例1および2参照)による他の触
媒前駆体の細孔容積分布と比較してある。この乾
燥粉末を添加剤としてシテアリン酸を用いて、φ
=3mm、h=3mmのシリンダーでタブレツトに成
形した。得られた円柱形の成形触媒を、300℃で
6時間仮焼した。 この触媒300gを実験室規模の反応器Aに300℃
で充填した。 触媒を空気気流中(500Nl/h)、20℃/hの
昇温速度で350℃に加熱し、n−ブタンを13g/
hの割合で供給した。2時間で温度を380℃に上
げ、この条件で16時間保つた。 この時点で、触媒は最適かつ一定の成績を示
す。第2表は、実験期間中の触媒成績を示す。
用した。 反応器A: 反応管径 φi=25mm 触媒充填層長 900mm 反応管はヒーターをそなえたアルミニウムブロ
ツクに挿入した。 反応器B: 反応管径 φi=21mm 触媒充填層長 900mm 反応管はヒーターつきの溶融塩浴に浸漬した。 反応器C: 反応管径 φi=25mm 触媒充填層長 3000mm 反応管はヒーターつきの溶融塩浴に浸漬した。
各反応管には、反応温度を記録するため、内部に
軸方向にサーモウエルを設け。 以下、触媒の成績は次のパラメーターによつて
評価される。 炭化水素転化率%=生成物に転化した炭化水素のモル
数/炭化水素の供給モル数×100 収率wt%=無水マレイン生成量g/炭化水素供給量g
×100 選択率wt%=無水マレイン酸生成量g/生成物に転化
した炭化水素量g×100 実施例 1 温度計、撹拌機、還流コンデンサつきのガラス
製充填式蒸留塔およびデイーン・スターク水分離
器をそなえた容量5の三口フラスコに、イソブ
タノール2と100%H3PO4404gとをいれた。 この混合物を還流し、次にV2O5326g/イソブ
タノール1000c.c.の懸濁液をゆつくり(約1時間)
加えた。V2O5の添加中、その添加と等しい量の
イソブタノールが留去され、反応混合物からV2
O5の反応中に生成した水が除去された。V2O5を
添加し終つてからさらに2時間還流を続け、反応
水を分離した。 スラリーを冷却し、青色の固体を濾別し、140
℃で乾燥した。 こうして得られたV−P−O複合酸化物は、触
媒の前駆体である。 得られた粉末の細孔分布は、半径100ないし
1000Åの細孔の容積が、10000Å以下の細孔の全
容積の36%を示す。これは図面に示されており、
公知技術(比較例1および2参照)による他の触
媒前駆体の細孔容積分布と比較してある。この乾
燥粉末を添加剤としてシテアリン酸を用いて、φ
=3mm、h=3mmのシリンダーでタブレツトに成
形した。得られた円柱形の成形触媒を、300℃で
6時間仮焼した。 この触媒300gを実験室規模の反応器Aに300℃
で充填した。 触媒を空気気流中(500Nl/h)、20℃/hの
昇温速度で350℃に加熱し、n−ブタンを13g/
hの割合で供給した。2時間で温度を380℃に上
げ、この条件で16時間保つた。 この時点で、触媒は最適かつ一定の成績を示
す。第2表は、実験期間中の触媒成績を示す。
【表】
実施例 2
方法は実施例1で記載したものと同じである。
撹拌機、充填式蒸留塔および水分離器を備えた
AISIステンレス・スチール製の反応器(容量400
)に、イソブタノール250と100%リン酸38.7
Kgを投入した。 V2O531.3Kg/イソブタノール100の懸濁液を
約1時間で加えた。懸濁液の添加中、等量のイソ
ブタノールを留出させ、反応混合物からV2O5の
還元中に生成した水を除去した。 この操作終了後、還流をさらに2.5時間続けて
行ない、反応水を除いた。 イソブタノールを蒸留してV−P−O複合酸化
物含有のスラリーを濃縮した。懸濁液の固形含量
が35wt%に達したときに冷却し、溶媒回収に適
した装置を使用してスプレー乾燥した。 得られた微少球形生成物を、280℃で12時間、
空気中で加熱予備処理した。 この固体にステアリン酸を加えて、タブレツト
に成形した(円柱形4×4mm)。この円柱形触媒
を反応器Bに充填し、温度を300℃にした。 空気を通しながら温度を徐々に上げ、370℃と
した。370℃でn−ブタンを供給し、徐々にラン
ニング条件に移行した(空間速度3200h-1n−ブ
タン濃度1.8モル%)。 8000時間後に、アメリカ特許第4181628号明細
書に記載のようにして、触媒の活性化を行なつ
た。n−ブタンと窒素の混合物(n−ブタン
50vol%)を、430℃で12時間反応器に供給した。 活性化後、触媒の成績は、溶融塩温度400℃で、
転化率83%、重量収率97%、選択率117wt%であ
つた。 活性化処理前の触媒成績は第3表のとおりであ
る。
撹拌機、充填式蒸留塔および水分離器を備えた
AISIステンレス・スチール製の反応器(容量400
)に、イソブタノール250と100%リン酸38.7
Kgを投入した。 V2O531.3Kg/イソブタノール100の懸濁液を
約1時間で加えた。懸濁液の添加中、等量のイソ
ブタノールを留出させ、反応混合物からV2O5の
還元中に生成した水を除去した。 この操作終了後、還流をさらに2.5時間続けて
行ない、反応水を除いた。 イソブタノールを蒸留してV−P−O複合酸化
物含有のスラリーを濃縮した。懸濁液の固形含量
が35wt%に達したときに冷却し、溶媒回収に適
した装置を使用してスプレー乾燥した。 得られた微少球形生成物を、280℃で12時間、
空気中で加熱予備処理した。 この固体にステアリン酸を加えて、タブレツト
に成形した(円柱形4×4mm)。この円柱形触媒
を反応器Bに充填し、温度を300℃にした。 空気を通しながら温度を徐々に上げ、370℃と
した。370℃でn−ブタンを供給し、徐々にラン
ニング条件に移行した(空間速度3200h-1n−ブ
タン濃度1.8モル%)。 8000時間後に、アメリカ特許第4181628号明細
書に記載のようにして、触媒の活性化を行なつ
た。n−ブタンと窒素の混合物(n−ブタン
50vol%)を、430℃で12時間反応器に供給した。 活性化後、触媒の成績は、溶融塩温度400℃で、
転化率83%、重量収率97%、選択率117wt%であ
つた。 活性化処理前の触媒成績は第3表のとおりであ
る。
【表】
実施例 3
方法は実施例2に記載したものと同じである。
すなわち、反応終了後、V−P−O複合酸化物を
加圧濾過器で濾別した。濾過ケーキを80℃で真空
乾燥し、ステアリン酸を加えて粒状化した。得ら
れた粒体を粉砕し、粒径50〜300μの画分を5×
4×1.5mm(外径×内径×厚さ)のリング状に成
形した。このタブレツトを空気中320℃で7時間
予備処理した後、反応器Cに300℃で充填した。
ついで、徐々にランニング条件に移行した。空間
速度2300h-1,n−ブタン1.8モル%。 その反応成績を第4表に示した。
すなわち、反応終了後、V−P−O複合酸化物を
加圧濾過器で濾別した。濾過ケーキを80℃で真空
乾燥し、ステアリン酸を加えて粒状化した。得ら
れた粒体を粉砕し、粒径50〜300μの画分を5×
4×1.5mm(外径×内径×厚さ)のリング状に成
形した。このタブレツトを空気中320℃で7時間
予備処理した後、反応器Cに300℃で充填した。
ついで、徐々にランニング条件に移行した。空間
速度2300h-1,n−ブタン1.8モル%。 その反応成績を第4表に示した。
【表】
実施例 4
実施例1に記載のようにしてV−P−O複合酸
化物を調製し、成形および仮焼後、1300gの円柱
状触媒(φ=3mm、h=3mm)を実験室規模の反
応器Aに300℃で充填し、徐々に反応条件に移行
した。 空気量 500Nl/h C4−供給量 15g/h 反応温度 365℃ C4−炭化水素の組成は次のとおりである。 n−ブタン 18% イソブタン 5% 1−ブテン 55% シス−2−ブテン 7% トランス−2−ブテン 15% 15時間後に触媒成績は安定化し、C4転化率91
%、C4炭化水素全体に対する重量収率は90%で
あつた。 実施例 5 実施例2に記載のようにして触媒を調製し、ス
プレー乾燥により微小球形(平均粒度100μ)に
成形した。これを空気中250℃で8時間予備処理
した。 この触媒500gをガラス製流動床反応器(φi=
40mm)に充填した。空気を通しながら徐々に370
℃まで昇温した。370℃でn−ブタンを供給し、
徐々に反応条件までもつていつた。空気量
150Nl/h,n−ブタン濃度5モル%である。 10時間後、反応成績が定常的になつた。反応器
の温度380℃、n−ブタン転化率75%、収率92wt
%であつた。 比較例 1 V−P−O複合酸化物を、アメリカ特許第
4100106号明細書に記載の実施例1に従つて調製
した。 V2O51000mgを36%塩酸(水溶液)8000mgに懸
濁させた。この懸濁液を撹拌しながら注意深く加
熱して100℃に昇温し、還流下に2時間沸騰させ
た。ついで、無水シユウ酸70mgを水700mlに溶か
した液をゆつくり加え、最後に84%H3PO41370
mgを加えた。この混合液を約2000mlに濃縮し、得
られた粘稠液に水2000mlを加え、青色の結晶沈で
ん物を得た。 この固体を濾別し、乾燥した。この粉末の細孔
分布を第1図に示した。半径100〜1000Åの細孔
は、半径10000Å以下の全細孔容積の4%に過ぎ
ない。 比較例 2 バナジウム化合物を最初に全部添加して、V−
P−O複合酸化物を調製した。イソブタノール2
、100%H3PO4404gおよびV2O5326gの混合物
を10時間還流して、反応混合物からV2O5の還元
およびV−P−O複合酸化物の生成の間に生じた
水を除去した。 スラリーを冷却し、固体を濾別して130℃で乾
燥した。その細孔分布を第1図に示した。半径
100〜1000Åの細孔は、半径10000Å以下の全細孔
容積の18%に過ぎない。乾燥粉末を円柱状(φ=
3mm、h=3mm)に成形し、300℃で6時間仮焼
した。 触媒300gを反応器Aに充填し、実施例1と同
様に活性化を行なつた。この触媒は僅か360時間
後に最良の成績に達した(転化率88%、収率
98wt%、反応器温度380℃)。
化物を調製し、成形および仮焼後、1300gの円柱
状触媒(φ=3mm、h=3mm)を実験室規模の反
応器Aに300℃で充填し、徐々に反応条件に移行
した。 空気量 500Nl/h C4−供給量 15g/h 反応温度 365℃ C4−炭化水素の組成は次のとおりである。 n−ブタン 18% イソブタン 5% 1−ブテン 55% シス−2−ブテン 7% トランス−2−ブテン 15% 15時間後に触媒成績は安定化し、C4転化率91
%、C4炭化水素全体に対する重量収率は90%で
あつた。 実施例 5 実施例2に記載のようにして触媒を調製し、ス
プレー乾燥により微小球形(平均粒度100μ)に
成形した。これを空気中250℃で8時間予備処理
した。 この触媒500gをガラス製流動床反応器(φi=
40mm)に充填した。空気を通しながら徐々に370
℃まで昇温した。370℃でn−ブタンを供給し、
徐々に反応条件までもつていつた。空気量
150Nl/h,n−ブタン濃度5モル%である。 10時間後、反応成績が定常的になつた。反応器
の温度380℃、n−ブタン転化率75%、収率92wt
%であつた。 比較例 1 V−P−O複合酸化物を、アメリカ特許第
4100106号明細書に記載の実施例1に従つて調製
した。 V2O51000mgを36%塩酸(水溶液)8000mgに懸
濁させた。この懸濁液を撹拌しながら注意深く加
熱して100℃に昇温し、還流下に2時間沸騰させ
た。ついで、無水シユウ酸70mgを水700mlに溶か
した液をゆつくり加え、最後に84%H3PO41370
mgを加えた。この混合液を約2000mlに濃縮し、得
られた粘稠液に水2000mlを加え、青色の結晶沈で
ん物を得た。 この固体を濾別し、乾燥した。この粉末の細孔
分布を第1図に示した。半径100〜1000Åの細孔
は、半径10000Å以下の全細孔容積の4%に過ぎ
ない。 比較例 2 バナジウム化合物を最初に全部添加して、V−
P−O複合酸化物を調製した。イソブタノール2
、100%H3PO4404gおよびV2O5326gの混合物
を10時間還流して、反応混合物からV2O5の還元
およびV−P−O複合酸化物の生成の間に生じた
水を除去した。 スラリーを冷却し、固体を濾別して130℃で乾
燥した。その細孔分布を第1図に示した。半径
100〜1000Åの細孔は、半径10000Å以下の全細孔
容積の18%に過ぎない。乾燥粉末を円柱状(φ=
3mm、h=3mm)に成形し、300℃で6時間仮焼
した。 触媒300gを反応器Aに充填し、実施例1と同
様に活性化を行なつた。この触媒は僅か360時間
後に最良の成績に達した(転化率88%、収率
98wt%、反応器温度380℃)。
図面は、本発明の一実施例を示す触媒と、従来
の触媒の細孔容積分布を示すグラフである。図に
おいて○印は本発明の実施例、★印および△印は
比較例のプロツトである。
の触媒の細孔容積分布を示すグラフである。図に
おいて○印は本発明の実施例、★印および△印は
比較例のプロツトである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 バナジウムおよびリンの複合酸化物を含有
し、リン対バナジウムの原子数比が1〜1.3であ
つて、炭化水素を酸化して無水マレイン酸にする
触媒において、この触媒の製造が、リン含有化合
物を有機溶媒に導入し、リン対バナジウムの原子
数比が1〜1.3となるようにバナジウム含有化合
物を0.5〜4時間、好ましくは0.8〜2時間にわた
つて連続的に添加し、反応中に生成した水を連続
的に反応混合物から直接除去し、ついで反応混合
物を分離してV−P−O複合酸化物を固体として
単離し、90〜150℃の温度で乾燥し、200〜300℃
の温度で活性化することにより行なわれ、かつ半
径100〜1000Åを有する細孔の容積が、半径10000
Å以下の全細孔容積の少なくとも30%であること
を特徴とする触媒。 2 半径100〜1000Åを有する細孔の容積が、半
径10000Å以下の全細孔容積の少なくとも40%で
あることを特徴とする特許請求の範囲第1項の触
媒。 3 触媒の粒子の90%が1〜5μの粒径をもつこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項または第2
項の触媒。 4 バナジウム1原子あたり1.05〜1.2個のリン
原子を含有することを特徴とする特許請求の範囲
第1項ないし第3項のいずれかの触媒。 5 Li,Ti,Zr,Hf,Cr,Mo,Mn,Fe,Co,
Ni,Cu,Zn,B,Si,SnおよびBiとその混合物
からなる系列から選ばれた助触媒成分を含有し、
かつ助触媒成分対バナジウムの原子数比が0.01〜
0.3、好ましくは0.05〜0.15であることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれか
の触媒。 6 触媒の活性化後または再活性化のために、複
合酸化物に、分子状酸素の不存在下、300〜500℃
の温度で2〜6個の炭素原子をもつガス状炭化水
素成分、好ましくはn−ブタン、1,3−ブタジ
エン、n−ブテン、1−ブテン、シス−2−ブテ
ン、トランス−2−ブテンまたはこれらの混合物
を流通させて還元したことを特徴とする特許請求
の範囲第1項ないし第5項のいずれかの触媒。 7 触媒を不活性ガス、好ましくはCO2または
N2を含有する上記ガス状炭化水素で還元したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第6
項のいずれかの触媒。 8 バナジウムおよびリンの複合酸化物を含有し
てなり、炭化水素を酸化して無水マレイン酸にす
る触媒を製造する方法において、リン含有化合物
を有機触媒に導入し、リン対バナジウムの原子数
比が1〜1.3となるようにバナジウム含有化合物
を、0.5〜4時間、好ましくは0.8〜2時間にわた
つて連続的に添加し、反応混合物から反応中に生
成した水を連続的に直接除去し、ついで反応混合
物を分離してV−P−O複合酸化物を固体として
単離し、90〜150℃の温度で乾燥し、200〜300℃
の温度で活性化することを特徴とする触媒の製造
方法。 9 有機溶媒として、C13〜C6のアルコール、
好ましくはメタノール、エタノール、プロパノー
ル、ブタノール、1−プロパノール、2−プロパ
ノール、1−ブタノール、2−ブタノール、イソ
ブタノール、イソ−アミルアルコールまたはこれ
らの混合物を、さらに好ましくはイソブタノール
を使用することを特徴とする特許請求の範囲第8
項の触媒の製造方法。 10 リン含有化合物として5価のリンを含有す
る化合物、有利にはP2O5または85%H3PO4、好
ましくは100%H3PO4を使用することを特徴とす
る特許請求の範囲第8項または第9項の触媒の製
造方法。 11 バナジウム含有化合物として5価または4
価の無機バナジウム化合物、好ましくはV2O5を
使用することを特徴とする特許請求の範囲第8項
ないし第10項のいずれかの触媒の製造方法。 12 粒径が2μ以下、好ましくは1μ以下のバナ
ジウム含有化合物を使用することを特徴とする特
許請求の範囲第8項ないし第11項のいずれかの
触媒の製造方法。 13 バナジウム1原子あたり1.05〜1.2個のリ
ン原子を用いることを特徴とする特許請求の範囲
第8項ないし第12項のいずれかの触媒の製造方
法。 14 Li,Ti,Zr,Hf,Cr,Mo,Fe,Co,
Ni,Cu,Zn,B,Si,SnもしくはBiまたはその
混合物からなる系列から選ばれた助触媒成分を、
触媒の製造過程において、その助触媒成分とバナ
ジウムの比が0.01:1〜1.3:1、好ましくは
0.05:1〜0.15:1となるように添加することを
特徴とする特許請求の範囲第8項ないし第13項
のいずれかの触媒の製造方法。 15 助触媒成分を酸化物または塩の形態で、好
ましくは炭酸塩、硝酸塩、塩化物、臭化物、硫酸
塩または酢酸塩として添加することを特徴とする
特許請求の範囲第8項ないし第14項のいずれか
の触媒の製造方法。 16 単離した固体を90〜150℃の温度で,好ま
しくは130〜140℃の温度で乾燥することを特徴と
する特許請求の範囲第8項ないし第15項のいず
れかの触媒の製造方法。 17 触媒の活性化後または再活性化のために、
複合酸化物に、分子状酸素の不存在下、300〜500
℃の温度で2〜6個の炭素原子をもつガス状炭化
水素成分、好ましくはn−ブタン、1,3−ブタ
ジエン、n−ブテン、1−ブテン、シス−2−ブ
テン、トランス−2−ブテンまたはこれらの混合
物を流通させて還元することを特徴とする特許請
求の範囲第8項ないし第16項のいずれかの触媒
の製造方法。 18 不活性ガス、好ましくはCO2またはN2を
含有する上記ガス状炭化水素成分を流通させて触
媒を還元することを特徴とする特許請求の範囲第
8項ないし第17項のいずれかの触媒の製造方
法。 19 1,3−ブタジエン、n−ブタン、n−ブ
テン、1−ブテン、シス−1−ブテン、トランス
−2−ブテンまたはこれらの混合物を触媒の存在
下に部分酸化して無水マレイン酸を製造する方法
において、触媒として、バナジウムおよびリンの
複合酸化物を含有し、リン対バナジウムの原子数
比が1〜1.3であり、リン含有化合物を有機溶媒
に導入し、リン対バナジウム原子数比が1〜1.3
となるようにバナジウム含有化合物を0.5〜4時
間、好ましくは0.8〜2時間にわたつて連続的に
添加し、反応中に生成した水を連続的に反応混合
物から直接除去し、ついで反応混合物を分離して
V−P−O複合酸化物を固体として単離し、90〜
150℃の温度で乾燥し、200〜300℃の温度で活性
化することにより製造され、かつ半径100〜1000
Åを有する細孔の容積が、半径10000Å以下の全
細孔容積の少なくとも30%であるものを使用する
ことを特徴とする製造方法。
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