JPH06211725A - メタクリル酸およびメタクロレインの製造法 - Google Patents
メタクリル酸およびメタクロレインの製造法Info
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Abstract
よって、イソブタンをメタクリル酸に酸化し、製造する
方法。 【構成】 式:CuaHbPcModVeOfで示されるモリ
ブデン−ヘテロポリ酸触媒を用いて、250〜450℃
の温度でガス相中で分子状酸素で、イソブタンをメタク
リル酸に酸化する。 【効果】 改善された、高い選択率を有するP−Mo−
V含有ヘテロポリ酸触媒が用いられ、結果として、メタ
クリル酸およびメタクロレインが高い空時収量で得られ
た。
Description
リ酸触媒を用いてイソブタンをガス相酸化させることに
よって、メタクリル酸およびメタクロレインを製造する
方法に関する。
ばイソブチレン、メタクロレイン、イソ酪酸およびイソ
ブタンをガス相酸化させることによって製造することが
できる。分子状酸素との酸化反応は、固体触媒で、分子
状炭素の配置を保持しながら選択的に進む。ほとんど例
外なく全てのこれらの固体触媒は主な成分として、触媒
の活性および選択性に影響する他の成分とともに、酸化
物としての結合でモリブデンを含有している。特に、中
心元素としてリンを有するモリブデンのヘテロポリ酸を
基礎として製造されているか、もしくは形成されている
触媒が重要である。
722375号明細書の記載によれば、例えばH5PM
o10V2O40−ヘテロポリ酸含有触媒、特に銅をも含有
する触媒は、メタクロレインからメタクリル酸への酸
化、ならびにイソ酪酸またはそのエステルからメタクリ
ル酸またはそのエステルへのオキシ脱水にも使用される
ことができる。欧州特許第0005769号明細書によ
れば、ヘテロポリ酸構造を有する、式:MoaVbPcXd
Oeの触媒は、イソブチレンおよび/またはt−ブタノ
ールからメタクロレインおよびメタクリル酸への酸化に
使用される。同様の種類の触媒でメタクロレインからメ
タクリル酸へ酸化する方法は、ドイツ連邦共和国特許出
願公開第3010434号明細書に記載されている。
ポリ酸、およびPMo10VO35で示されるその無水物
は、欧州特許第0194541号明細書の記載によれ
ば、酸化反応、例えばオレフィンであるプロピレンおよ
びイソブチレンの相応する不飽和アルデヒドであるアク
ロレインおよびメタクロレインへの酸化、ならびにアク
リル酸およびメタクリル酸への後酸化の際の温度安定性
のヘテロポリ酸触媒として、およびイソ酪酸またはその
エステルからメタクリル酸またはそのエステルへのオキ
シ脱水反応の際のヘテロポリ酸触媒として適当である。
欧州特許第0113084号明細書の記載によれば、こ
のヘテロポリ酸無水物の銅誘導体、例えばCu0.2PM
o10VO35.2、ならびに他のヘテロポリ酸、例えばH5
PMo10V2O40−ヘテロポリ酸の銅誘導体は、イソ酪
酸からメタクリル酸へとオキシ脱水する場合の著しく選
択的な触媒である。
には、前記した種類のモリブデン−ヘテロポリ酸−酸化
触媒の製造が記載されており、この場合、水溶性で、事
実上非揮発性の有機化合物、殊にポリマーが併用され、
更にこのポリマーは150〜400℃で酸素の存在下に
か焼される。このようにして製造された触媒は、イソ酪
酸からメタクリル酸へのオキシ脱水化の際に改善された
長時間の挙動を示す。
号明細書には、式:Mo12PaVbCscAsdCueXfY
gOxで示される酸化物触媒でメタクロレインを酸化する
ことによってメタクリル酸を製造する方法が提案されて
おり、この触媒の形成の際に、滑剤としての公知の炭素
含有化合物以外に更に形成助剤および補強剤、例えば無
機材料、例えばガラスまたはアスベストからなるミクロ
繊維が添加されることができ、かつこの触媒は180〜
480℃の温度で、場合によっては空気雰囲気中でか焼
されている。
表面積を有し、即ち、触媒粒子は比較的少ない細孔を備
えているか、あるいは触媒は坦持材料の内部で広大な孔
を有する多孔性担体を用いて製造され、次にこの孔中に
触媒材料が埋設される。このような担体は、触媒活性材
料へ物質およびエネルギーを搬送する拡散流にとって良
好に透過性である。モリブデン、バナジウム、リンおよ
び酸素を含有する物質と10〜80%の多孔率および1
m2/g未満の内表面積を有する担体との組合せ物は、
イソ酪酸からメタクリル酸へのオキシ脱水のための触媒
としてドイツ連邦共和国特許出願公開第3145091
号明細書に記載されている。
4113423号明細書には、モリブデン、リンおよび
バナジウムを本質的成分として酸化物の形で有し、かつ
ヘテロポリ酸を基礎とする酸化触媒が記載されており、
この触媒は、有機繊維を焼出することによって形成され
る通路を有する。この酸化触媒はプロピレンまたはイソ
ブチレンをアクロレインもしくはメタクロレインへと酸
化するため、更に相応する不飽和酸((メト)アクリル
酸)に後酸化するため、およびイソ酪酸またはその低級
エステルをメタクリル酸またはそのエステルへとオキシ
脱水するために使用される。
する酸化物の固体触媒を用いてのイソブタンからメタク
リル酸およびメタクロレインへの酸化は、欧州特許出願
公開第0010902号明細書の記載から公知であり、
この記載によれば、約10%のイソブタン変換率の場
合、メタクリル酸は約50%の選択率、およびメタクロ
レインは約20%の選択率で包含される。特開平03−
20237号公報によれば、リン、バナジウム、モリブ
デン、アンチモンおよび銅を有する酸化物触媒で、イソ
ブタンは9.5%の変換率の場合、51.4%の選択率
でメタクロレインに変換される。
の塩誘導体から製造されている固体触媒も、選択的イソ
ブタン酸化に適当である。欧州特許出願公開第0418
657号明細書の記載によれば、これは、ルビジウム、
セシウムおよびタリウムの少なくとも1つの成分を強制
的に含有し、選択的にはバナジウムまたは砒素および場
合によっては例えば銅または他の金属を含有するリンモ
リブデン−ヘテロポリ酸塩である。欧州特許出願公開第
0425666号明細書には、イソブタンを酸化するこ
とによってメタクリル酸およびメタクロレインを製造す
る方法が記載されており、この方法は、アルカリ金属、
アルカリ土類金属およびタリウムの群から強制的に少な
くとも1つの成分、さらにバナジウムおよび/または銅
を含有し、選択的には他の金属成分を含有する、中心元
素としてリンおよび/または砒素を有するモリブデンヘ
テロポリ酸から製造される触媒を用いて実施される。
有し、かつモリブデンを代替する配位周辺原子としての
バナジウムを有しないモリブデンのヘテロポリ酸から製
造されているイソブタン酸化のための触媒は、日本の特
許出願明細書、特開平02−42033号公報に記載さ
れており、但し、これによれば更に銅が不可避的に含有
され、特開平02−42034号および特開昭62−1
32832号、ならびに特開昭63−145249号公
報にも記載されており、但しこの場合には、最後に記載
した2つの特許出願明細書は処理変法を詳説する。
発生成物の変換率または達成可能な空時収量は、所定の
反応の場合には触媒の重要な品質標記ではあるが、選択
性、即ち、収量と変換率とからなる商は、触媒の最も重
要な品質標記であり、それというのも、この選択性は、
反応した出発物質のどの程度の部が実際に所望の最終生
成物に移行されるかを表わすからである。
らメタクリル酸およびメタクロレインへの酸化の場合の
選択性を、良好な触媒を使用することによって高めると
いう課題が課された。
してリンを有する、モリブデンおよびバナジウムのヘテ
ロポリ酸を基礎とする触媒を使用することによって解決
されるが、本発明によれば、この触媒が他のカチオン性
化合物の存在なしに、殊にアルカリ金属化合物およびア
ルカリ土類金属化合物の存在なしに、なお銅を含有する
か、またはこの触媒が銅不含のH8 PMo10VO39−ヘ
テロポリ酸または前記化合物の無水物PMo10VO35で
あることによって解決される。
て、およびモリブデンを配位元素として含有するヘテロ
ポリ酸から製造された固体触媒を用いて、250〜45
0℃の温度でガス相中で分子状酸素でイソブタンを酸化
することによって、メタクリル酸およびメタクロレイン
を製造する方法に関し、この方法は、触媒が、式: CuaHbPcModVeOf (I) [式中、aは0.1〜1であり、bは0〜7.8であ
り、cは0.8〜1.2、特に1であり、dは9〜1
2、特に10〜11であり、eは0.5〜3、特に1ま
たは2であり、fはa〜eのモル数に依存する]で示さ
れるか、および/または式: H8PMo10VO39 (II) で示されるヘテロポリ酸もしくはその脱水された誘導
体、もしくは式: PMo10VO35 (III) で示されるこれらの無水物から形成されていることによ
って特徴づけられる。
Iから形成された固体触媒を用いた場合には、メタクリ
ル酸およびメタクロレインの総和について、欧州特許出
願公開第0425666号明細書(例2)に記載したよ
うな75%の最大値しとて比較して明らかに80%を上
回り、かつ約90%に至る最高値の選択性を達成するこ
とができる。
れている触媒を用いて、本発明によりイソブタンの酸化
は350℃を上回る温度で実施されることができ、それ
というのもこの触媒は、他の公知触媒、ならびに欧州特
許出願公開第0425666号および同第041865
7号明細書中で使用された触媒と異なって、より熱安定
性であるからである。
クロレインの選択性は、触媒が可燃性で、孔形成性の繊
維状添加剤の存在下にヘテロポリ酸成分Iおよび/また
はIIもしくはIIIを用いて既製されている方法の場
合には、更に強力に影響を受けることができる。
酸素のモル比に依存する。この変換率、ひいてはメタク
リル酸およびメタクロレインの空時収量も、イソブタン
の出発濃度の増大、または変換すべきガス混合物中の酸
素含量の増大によって、有利に酸素含量の増加した空気
の使用によって、高められることができる。
して、モリブデン、リン、バナジウムおよび部分的に銅
を、化学的組成:CuaHbPcModVeOf(但し、a、
b、c、d、eおよびfは前記の意味を表わす)で示さ
れる化合物(I)またはH8PMo10VO39(II)ま
たはPMo10VO35(III)から形成される酸化物の
複合体として有する物質を含有する。この触媒物質はリ
ン−モリブデン−ヘテロポリ酸のバナジウム誘導体であ
り、これは化学式:H3+xPMo12-xVxO40(但し、x
は1、2、3である)によって表わされることができ、
かつ強制的に銅を含有するか、またはH8PMo10VO
39−ヘテロポリ酸またはその無水物PMo10VO35、な
らびにこれらのヘテロポリ酸の銅誘導体である。
を製造するため、ヘテロポリ酸化合物は、個々の成分の
酸化物、例えばMoO3、V2O5、H3PO4、CuOか
ら得ることができるか、または高い温度で分解する塩、
例えば(NH4)2MoO4、NH4VO3、Cu(NO3)
2から公知方法により得ることができる。このような製
造法は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第272
2375号明細書および欧州特許第0046840号明
細書に記載されている。
使用するという目的は、特に、本発明により使用される
ヘテロポリ酸Iがモリブデン、バナジウム、リンおよび
銅の酸化物状の化合物を、例えば殊に欧州特許第011
3084号明細書に記載されているように熱水反応させ
ることによって製造されておりかつヘテロポリ酸IIも
しくはその無水物IIIが欧州特許第0194541号
明細書により熱水作用により製造されていることによっ
て達成される。
特許出願公開第2722375号明細書中で、水性相中
で60℃以上で、大抵数時間の反応時間に亙ってMo、
VおよびPの酸化物からMo−V−リン−ヘテロポリ酸
を形成するために使用されている。酸化物の代わりに、
モリブデン酸アンモニウムまたはバナジウム酸アンモニ
ウムもヘテロポリ酸の形成のために使用されることがで
きる。しかし、アンモニウム化合物は、触媒の性質に
は、アルカリ化合物と同じように不利であることが判明
し、その結果アンモニウム化合物は有利に、使用されな
い。ヘテロポリ酸の生成は、特に有利に沸騰加熱時に常
圧下で進行し、かつ水溶液が徐々に深紅を呈することに
よって確認されることができる。
の化学量論的な比率に制限されるものではない。純粋な
ヘテロポリ酸の場合、特にMo:P−比率は11:1ま
たは10:1である。しかし若干大きいか、または小さ
いMo:P−比率も良好な触媒をもたらすことが確認さ
れた。おそらく水性相中でPが不足量である場合、本来
のヘテロポリ酸とともにMo−イソポリ酸も存在する。
Cu存在下に製造された全ての酸混合物は、この場合ヘ
テロポリ酸と呼称される。
PMo11VO40、Cu0.4H4.2PMo10V2O40、Cu
0.2H7.6PMo10VO39、CuH6PMo10VO39であ
る。
H8PMo10VO39溶液それ自体は、固体の不在下に乾
燥され、かつ残滓はか焼され、および触媒として使用さ
れることができる。このようにして得られた触媒を、不
活性材料、例えば微粒状SiO2、Al2O3、ZrO2、
炭化珪素等との、例えば1対0.1〜10の重量比で剪
断し、かつ押出し、プレスし、タブレット化または顆粒
化することによって行なわれることができる粒状触媒材
料に後加工することは、しばしば有利である。混合物は
この目的のため、水または水溶液と一緒にして混和する
ことができる。また、タブレット化の場合には、有利に
粗製の表面を有する硬質で、多少とも非孔性の不活性坦
持体から出発することができ、かつ触媒は糖衣技術によ
り薄い外殻として塗布されてよい。そのために、坦持
体、例えばセラミック小球上には、傾斜位置で回転する
ドラム内で粉末状触媒、および場合によっては結合剤を
含有する液体が塗布され、かつ生じたタブレットが引続
き乾燥される。必要な場合には全作業工程は数回繰り返
される。
材料の存在下にも乾燥されてよい。これには既に前記し
た微粒状の不活性材料が適当である。坦持物質は10容
量%未満の孔隙率、および/または有利に0.1〜10
m3/gの内表面積を有してよい。この担体の含分は、
触媒の全重量に対して5〜95重量%であってよい。坦
持材料は、例えばヘテロポリ酸溶液を用いて泥状物にな
るまで混合され、かつ沸点まで加熱することによって、
場合によっては例えば約50〜110℃の温度で減圧し
て、蒸発乾固されるか、または多孔性の、例えば2〜1
0mmの縁部長さまたは直径を有する大きい担体粒子は
ヘテロポリ酸溶液で含浸され、従って、約50重量%ま
での触媒活性材料を有する触媒は粒子で得られる。
造するには、欧州特許出願公開第0510566号明細
書の記載のように、天然繊維ならびに合成有機繊維(紡
織繊維)および、その側で天然繊維および合成有機の、
即ち、炭素化合物からなる繊維を炭素化しかつ黒鉛化す
ることによって生じる炭素繊維が使用可能である。これ
らの繊維は、100〜380℃の温度範囲でか焼される
場合、殊に酸素の存在下に破壊され、最後に、実際先に
存在する繊維の寸法に相応する空隙の残存下に分解され
る。天然繊維としては、例えば木綿、毛およびセルロー
ス誘導体を使用してもよく、有機繊維としては、ポリア
ミド(ナイロン)、ポリエステル、ポリオレフィンまた
はアクリルニトリルからのものを使用してよい。
殊に5〜70μmの直径、特に15〜50μmの直径お
よび、最終的な触媒粒子の直径の数倍であってもよい長
さ、例えば1〜30mm、有利に1〜10mm、殊に2
〜8mm、とりわけ3〜6mmを有し、かつ触媒中に存
在する触媒活性材料に対して0.5〜5重量%、殊に1
〜4重量%および特に1.5〜3.5重量%の量で添加
される。
を有する触媒で250〜450℃、有利に320〜40
0℃の温度範囲内で実施される。出発ガスは、窒素、場
合によっては他の不活性ガス、例えば殊にCOおよびC
O2 、特に循環路中に導入される反応ガス、および更に
なおイソブタン1モル当たり0〜10モルの量で存在し
てよい水蒸気以外に、イソブタン1モル当たり酸素を、
例えば空気の形、または酸素含量を増した空気の形で
0.2〜10モル、殊に0.5〜5モル含有する。
で、即ち約0.1〜10atm、特に0.5〜5at
m、殊に0.8〜3atmで実施されることができる。
の固体床反応器が使用される。しかし、酸化は可動の触
媒床を有する反応器内、および流動層触媒導管を有する
反応器内でも実施されることができる。
方法、例えば縮合、抽出および蒸留により反応ガスから
取得され、かつ浄化される。反応されなかったイソブタ
ンは再び、有利に他のガス状の、特に不活性化合物、例
えばCO、CO2、窒素および水蒸気を有する酸化工程
中に返送される(循環ガス流)。
ル酸を製造するためには、さらにまた形成されたメタク
ロレインを再びイソブタンと一緒に触媒上に給送するこ
とは、有利であり、それというのも本発明により使用さ
れるヘテロポリ酸触媒は、公知技術水準に記載されてい
るように、メタクロレインをメタクリル酸に酸化する公
知で効果的な触媒だからである。従って、イソブタンか
らメタクリル酸を製造することは、1つの反応器系内で
工業的に実施されることができる。
定単位である時間(h)を用いた商W/Fによって表わ
され、この場合、W(Weight)は触媒活性材料の重量を
表わし、かつF(Feed)は、場合によっては同じ重量単
位でメタクロレインと1時間当たりに反応すべき高価値
の高い物質、例えばイソブタンの重量を表わす。
た、特により選択的なP−Mo−V含有ヘテロポリ酸触
媒を用いた方法が記載されている。結果として、測定し
たメタクリル酸(MAA)およびメタクロレインの選択
性(Sel.)およびこの酸化生成物の空時収量をまと
めた。
u0.2H3.6PMo11VO4043%で被覆し、かつ300
℃で4時間、空気中でか焼した。引続き、イソブタンを
酸化する際にガス相中で触媒を使用した。この触媒上に
導入した、イソブタン、酸素、窒素と水蒸気とからなる
ガス状の混合物の成分を一定のモル比で使用した。この
比率を、調節した滞留時間(Weight/Feed = W/F(h))と
一緒に第1表にまとめた。
活性成分としてH8PMo10VO39 45%とからなる
触媒を、イソブタンの酸化の際に使用した。ガス状反応
成分の第3表に記載したモル比の場合、第4表に表わし
た結果を達成した。
Claims (5)
- 【請求項1】 リンを中心元素として、およびモリブデ
ンを配位元素として含有するヘテロポリ酸から製造され
た固体触媒を用いて、250〜450℃の温度でガス相
中で分子状酸素でイソブタンを酸化することによって、
メタクリル酸およびメタクロレインを製造する方法にお
いて、触媒が、式: CuaHbPcModVeOf (I) [式中、aは0.1〜1であり、bは0〜7.8であ
り、cは0.8〜1.2であり、dは9〜12であり、
eは0.5〜3であり、fはa〜eのモル数に依存す
る]で示されるか、および/または式: H8PMo10VO39 (II) で示されるヘテロポリ酸もしくはこの脱水された誘導
体、もしくは式: PMo10VO35 (III) で示されるこれらの無水物から形成されていることを特
徴とする、メタクリル酸およびメタクロレインの製造
法。 - 【請求項2】 触媒が、ヘテロポリ酸もしくは該酸の
式: CuaHbPcModVeOf (I) [式中、aは0.1〜1であり、bは0〜7.8であ
り、cは0.8〜1.2、特に1であり、dは9〜1
2、特に10または11であり、eは0.5〜3、特に
1または2であり、fはa〜eのモル数に依存する]で
示される脱水された誘導体から形成されている、請求項
1記載の方法。 - 【請求項3】 触媒が、式: H8PMo10VO39 (II) で示されるヘテロポリ酸もしくは該酸の式: PMo10VO35 (III) で示される無水物から形成されている、請求項1記載の
方法。 - 【請求項4】 不活性ガス、例えば殊に窒素、二酸化炭
素および/または水蒸気の存在下にイソブタンの酸化を
実施する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方
法。 - 【請求項5】 メタクロレインをイソブタンと一緒に反
応器内で触媒へと導入する、請求項1から4までのいず
れか1項記載の方法。
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