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JPH07116071B2 - Method for producing methacrylic acid and / or methacrolein - Google Patents

Method for producing methacrylic acid and / or methacrolein

Info

Publication number
JPH07116071B2
JPH07116071B2 JP1088157A JP8815789A JPH07116071B2 JP H07116071 B2 JPH07116071 B2 JP H07116071B2 JP 1088157 A JP1088157 A JP 1088157A JP 8815789 A JP8815789 A JP 8815789A JP H07116071 B2 JPH07116071 B2 JP H07116071B2
Authority
JP
Japan
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catalyst
isobutane
methacrylic acid
reaction
gas
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP1088157A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0242034A (en
Inventor
節男 山松
辰男 山口
Original Assignee
旭化成工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 旭化成工業株式会社 filed Critical 旭化成工業株式会社
Publication of JPH0242034A publication Critical patent/JPH0242034A/en
Publication of JPH07116071B2 publication Critical patent/JPH07116071B2/en
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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)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [従来技術] 従来、イソブタンのような飽和炭化水素は不活性ガスと
考えられていた。たとえば、特開昭55−2619号公報には
オレフインやアルデヒドの酸化に際し、反応ガスの希釈
剤として用いられることが記載されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Prior Art Saturated hydrocarbons such as isobutane were conventionally considered to be inert gases. For example, JP-A-55-2619 describes that it is used as a diluent for a reaction gas in the oxidation of olefin or aldehyde.

このようにイソブタンは反応性に乏しいため、脱水素触
媒または酸化脱水素触媒を用いてイソブチレンに変換し
たのち、これを酸化しメタクロレインあるいはメタクリ
ル酸とする方法が一般的である(たとえば、特開昭58−
189130号公報)。
As described above, since isobutane is poor in reactivity, it is common to convert it to isobutylene using a dehydrogenation catalyst or an oxidative dehydrogenation catalyst, and then oxidize this to methacrolein or methacrylic acid (for example, JP 58-
No. 189130).

一方、イソブタンを酸化して直接メタクロレインあるい
はメタクリル酸に変換する試みとして、英国特許第1340
891号明細書には、アンチモンおよびモリブデンの酸化
物にイソブタンと酸素の混合ガスを気相接触させ、極め
て低い収率ではあるが、メタクロレインがイソブタンの
一段酸化で、得られることが示されている。しかしなが
ら、この方法では、メタクリル酸は得られていない。イ
ソブタンからメタクリル酸が一段で製造できることを初
めて示したのは特開昭55−62041号公報である。触媒は
アンチモン、モリブデンおよびリンからなる酸化物触媒
を使用しており、酸化物の、この組み合わせがメタクリ
ル酸の高い選択率の実現には欠かせないものとみられ
る。この方法では、イソブタン濃度を高くするとメタク
リル酸の選択率が低下するという傾向があり、イソブタ
ン濃度を高くして、反応器あたりの生産性を高めるとい
う試みは必ずしも成功していない。
On the other hand, as an attempt to oxidize isobutane and directly convert it to methacrolein or methacrylic acid, British Patent 1340
No. 891 shows that methacrolein can be obtained by a single-step oxidation of isobutane, although the mixed gas of isobutane and oxygen is vapor-contacted with an oxide of antimony and molybdenum in a gas phase. There is. However, methacrylic acid has not been obtained by this method. JP-A-55-62041 was the first to show that methacrylic acid can be produced from isobutane in a single step. The catalyst uses an oxide catalyst consisting of antimony, molybdenum and phosphorus, and this combination of oxides seems to be essential for achieving a high selectivity of methacrylic acid. In this method, the selectivity of methacrylic acid tends to decrease as the isobutane concentration increases, and attempts to increase the isobutane concentration to increase productivity per reactor have not always been successful.

これら酸化物触媒に対し、特開昭62−132832号公報で
は、ヘテロポリ酸を触媒とする方法が提案された。即
ち、従来、アンチモン、モリブデンおよびリンからなる
酸化物触媒のみがイソブタンを直接、一段反応でメタク
リル酸に変換できたのに対し、リンを中心元素としモリ
ブデンを含むヘテロポリ酸を触媒とし、しかも、イソブ
タンと酸素を交互に触媒に接触させるというきわめて特
徴のある反応方法を創出することによりメタクリル酸へ
の高選択的変換を可能にした。上記した酸化物触媒がア
ンチモンも必須元素としたのに対し、ヘテロポリ酸を触
媒とする新しい方法ではアンチモンは不要となってい
る。イソブタンと酸素を交互に触媒に接触させることが
メタクリル酸選択率を向上させるうえで、きわめて重要
な発見となっているが、イソブタンと酸素を交互に触媒
に接触させるためには特殊な反応装置を必要とするた
め、工業的実施にあたっては、イソブタンと酸素の混合
ガスを触媒と接触させる方法に比べて、この点では経済
的に不利になる場合もある。
In contrast to these oxide catalysts, JP-A-62-132832 proposes a method using a heteropolyacid as a catalyst. That is, conventionally, only an oxide catalyst composed of antimony, molybdenum and phosphorus was able to directly convert isobutane to methacrylic acid in a one-step reaction, whereas a heteropolyacid containing phosphorus as a central element and molybdenum was used as a catalyst, and We have made possible a highly selective conversion to methacrylic acid by creating a reaction method characterized by alternately contacting oxygen and oxygen with the catalyst. While the above-mentioned oxide catalyst uses antimony as an essential element, antimony is not required in the new method using a heteropolyacid as a catalyst. Alternately contacting isobutane and oxygen with the catalyst has been a very important discovery for improving the methacrylic acid selectivity, but a special reactor is required to alternately contact isobutane and oxygen with the catalyst. Therefore, in industrial practice, this may be economically disadvantageous in comparison with the method of contacting a mixed gas of isobutane and oxygen with the catalyst.

以上の方法はそれぞれ特徴を有するものであるが、工業
的製法としては未だ満足できる方法には至っていない。
Although each of the above methods has its own characteristics, it has not yet reached a satisfactory level as an industrial manufacturing method.

[発明が解決しようとしている問題点] 従って本発明が目的とするところは、新規な触媒を用い
ることにより、高い選択率および高い生産性でメタクリ
ル酸が得られ、しかもイソブタンと酸素を含む混合ガス
を触媒と接触させ、反応装置として特殊なものを必要と
しないイソブタンの一段酸化方法を提供することであ
る。
[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, the object of the present invention is to obtain a methacrylic acid with a high selectivity and a high productivity by using a novel catalyst, and to provide a mixed gas containing isobutane and oxygen. To provide a one-step oxidation method of isobutane that does not require a special reactor as a catalyst.

[問題を解決するための手段] 本発明者らはイソブタンと酸素を含む混合ガスを接触さ
せ一段でメタクリル酸に変換できる触媒について、鋭意
研究を重ねた結果、活性、選択性ともに実用性の高い触
媒を見いだし本発明を完成した。
[Means for Solving the Problem] The inventors of the present invention have conducted intensive studies on a catalyst that can convert isobutane and a mixed gas containing oxygen into methacrylic acid in a single step, and as a result, have high activity and selectivity. A catalyst was found and the present invention was completed.

即ち、本発明はリンおよび/またはヒ素を中心元素とし
モリブデンを含むヘテロポリ酸および/またはその塩
で、Ag、Zn、Cd、Ti、Zr、Nb、Ta、Cr、W、Mn、Fe、C
o、Ni、Rh、Sn、BiおよびTeからなる群から選ばれた少
なくとも一種を触媒構成元素として含有する触媒に、イ
ソブタンと分子状酸素を含む混合ガスを気相で接触させ
ることを特徴とするメタクリル酸および/またはメタク
ロレインの製造法である。
That is, the present invention relates to a heteropolyacid containing phosphorus and / or arsenic as a central element and molybdenum and / or a salt thereof, which comprises Ag, Zn, Cd, Ti, Zr, Nb, Ta, Cr, W, Mn, Fe and C.
characterized in that a mixed gas containing isobutane and molecular oxygen is contacted in a gas phase with a catalyst containing at least one selected from the group consisting of o, Ni, Rh, Sn, Bi and Te as a catalyst constituent element. It is a method for producing methacrylic acid and / or methacrolein.

本発明の方法によると(1)イソブタンと酸素を含む混
合ガスを触媒と接触させ、(2)高い生産性で、しかも
(3)メタクリル酸を良好な選択率で得ることができ
る。
According to the method of the present invention, (1) a mixed gas containing isobutane and oxygen is brought into contact with a catalyst, and (2) high productivity can be obtained, and (3) methacrylic acid can be obtained with a good selectivity.

このような優れた効果が得られる理由については不明な
点が多く、上記した一連の触媒構成元素がどのような作
用機作で反応成績の改善に寄与しているのか詳細は明ら
かではないが、これらの元素はヘテロポリ酸と安定な塩
を形成したり、ヘテロポリ酸の配位元素の一部を置換す
ることで、第一に、メタクリル酸およびメタクロレイン
の過剰酸化の原因となるような酸素種を触媒上に形成し
にくくしている。第二に、通常、不活性と考えられてい
るイソブタンを比較的、吸着・活性化しやすくするなど
のためであると考えられる。
There are many unclear points about the reason why such an excellent effect is obtained, and it is not clear in detail what kind of action mechanism the series of catalyst constituent elements described above contribute to the improvement of the reaction results, but These elements form stable salts with heteropolyacids, or replace some of the coordination elements of heteropolyacids, and firstly, oxygen species that cause excessive oxidation of methacrylic acid and methacrolein. Are difficult to form on the catalyst. Second, it is considered that isobutane, which is usually considered to be inactive, is relatively easily adsorbed and activated.

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。本発明に
おいて用いる触媒は、リンおよび/またはヒ素を中心元
素としモリブデンを含むヘテロポリ酸および/またはそ
の塩で、しかもAg、Zn、Cd、Ti、Zr、Nb、Ta、Cr、W、
Mn、Fe、Co、Ni、Rh、Sn、BiおよびTeからなる群から選
ばれた少なくとも一種を触媒構成元素として含むことが
重要である。これら構成元素の比率はモリブデン12グラ
ム原子に対して中心元素が0.5乃至3グラム原子、Ag、Z
n、Cd、Ti、Zr、Nb、Ta、Cr、W、Mn、Fe、Co、Ni、R
h、Sn、BiあるいはTeが0.01乃至3グラム原子の範囲に
あるのが好ましい。より好ましくは0.05乃至1グラム原
子である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The catalyst used in the present invention is a heteropoly acid containing phosphorus and / or arsenic as a central element and molybdenum and / or a salt thereof, and Ag, Zn, Cd, Ti, Zr, Nb, Ta, Cr, W,
It is important to include at least one selected from the group consisting of Mn, Fe, Co, Ni, Rh, Sn, Bi and Te as a catalyst constituent element. The ratio of these constituent elements is such that the central element is 0.5 to 3 gram atom to 12 gram atom of molybdenum, Ag, Z.
n, Cd, Ti, Zr, Nb, Ta, Cr, W, Mn, Fe, Co, Ni, R
It is preferred that h, Sn, Bi or Te be in the range of 0.01 to 3 gram atoms. More preferably, it is 0.05 to 1 gram atom.

これら元素の化学的な存在状態はきわめて複雑であっ
て、厳密には明らかではない。ヘテロポリ酸の金属塩と
して存在している。あるいはヘテロポリ酸の配位元素を
一部、置換している可能性が高いが、酸化物あるいは酸
素酸などのようにヘテロポリ酸以外の状態で存在してい
てもよい。また、本発明において用いる触媒は上記の元
素以外にT1あるいはアルカリ金属、アルカリ土類金属、
希土類金属を含むものも触媒として有効である。
The chemical state of existence of these elements is extremely complicated and is not exactly clear. It exists as a metal salt of heteropolyacid. Alternatively, it is highly possible that a part of the coordination element of the heteropolyacid is replaced, but it may be present in a state other than the heteropolyacid such as an oxide or an oxygen acid. Further, the catalyst used in the present invention, in addition to the above elements, T1 or alkali metal, alkaline earth metal,
Those containing rare earth metals are also effective as catalysts.

これらのヘテロポリ酸またはその塩の基本構造は、リン
モリブデン酸、ヒ素モリブデン酸あるいはこれらを混合
したものである。これらは種々の構造をとることが知ら
れており(化学の領域、第29巻12号853頁、佐佐木、松
本)、中心元素と配位元素の比が1/12、1/11、1/10、1/
9、2/17、2/18などの各種の構造をとっていてもよい。
中でもケギン構造と呼ばれる1/12の構造をとるものが特
に好適である。また、中心元素であるリンまたはヒ素は
その過剰量が酸化物あるいは酸素酸として触媒に存在し
ていてもよい。
The basic structure of these heteropoly acids or salts thereof is phosphomolybdic acid, arsenic molybdic acid, or a mixture thereof. These are known to have various structures (Chemistry, Vol. 29, No. 12, page 853, Sasaki, Matsumoto), and the ratio of the central element to the coordination element is 1/12, 1/11, 1 / 10, 1 /
It may have various structures such as 9, 2/17 and 2/18.
Among them, those having a 1/12 structure called Keggin structure are particularly preferable. Further, phosphorus or arsenic, which is the central element, may be present in the catalyst in an excessive amount as an oxide or an oxygen acid.

これらのヘテロポリ酸は広い範囲の還元状態をとること
が知られている。本発明において用いる触媒が、反応条
件下で、どの程度の還元状態で働いているのか不明であ
るが、酸化反応に用いたものは、黄緑色に近い色を呈し
ていることが多く、ヘテロポリブルーとして知られる黒
青色を呈していないことから、還元の程度はかなり浅い
ものと考えられ、一電子以下の浅い還元状態にあるもの
と推察される。しかしながら、触媒組成、反応ガス組
成、反応温度などによって還元状態が大きく変化するた
め、この範囲の還元度に限定されるものではない。
It is known that these heteropolyacids have a wide range of reduction states. The catalyst used in the present invention, under the reaction conditions, it is unclear how much reduction state works, but the one used for the oxidation reaction often exhibits a color close to yellow green, and heteropoly blue. It is considered that the degree of reduction is rather shallow, and it is inferred to be in a shallow reduced state of one electron or less. However, the reduction state greatly changes depending on the catalyst composition, the reaction gas composition, the reaction temperature, and the like, and thus the reduction degree is not limited to this range.

本発明の触媒を調製するには、ヘテロポリ酸またはその
塩が溶液状態、スラリー状態にあるところにこれらの添
加元素を含んだ化合物を混合し乾燥、焼成するのが容易
である。乾燥あるいは焼成後に含浸あるいは混練などの
方法で加えてもよい。これらの元素は、金属の酸化物、
水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、塩化物、酸素酸、リン酸
塩、しゅう酸塩、酢酸塩または有機錯化合物などのかた
ちで加えることができる。また、金属でもさしつかえな
い。
To prepare the catalyst of the present invention, it is easy to mix a compound containing these additional elements with the heteropoly acid or its salt in a solution state or a slurry state, and to dry and calcine. It may be added by a method such as impregnation or kneading after drying or firing. These elements are metal oxides,
It can be added in the form of hydroxides, carbonates, nitrates, chlorides, oxyacids, phosphates, oxalates, acetates or organic complex compounds. Also, metal can be used.

触媒として、これらのヘテロポリ酸の各種の含窒素化合
物の塩を用いることができる。有効な塩としては、アン
モニウム塩あるいはピリジン、キノリン、ピペラジンな
どの有機アミンとの塩がある。これは含窒素化合物など
と部分的に塩を形成しているものでもよく、また、塩か
ら焼成により含窒素化合物を一部または全部を除去した
ものでもよい。アンモニウム塩あるいは有機アミン塩な
どはヘテロポリ酸より合成することができる。アンモニ
ウム塩の場合、アンモニア水、塩化アンモニウム、硝酸
アンモニウムなどの水溶性のアンモニウム塩などをアン
モニウムイオン源として使用できる。これらのアンモニ
ウム塩あるいはアミン塩などは、300乃至600℃で焼成し
てから使用する。不活性ガス中で焼成すると、より好ま
しい。不活性ガス中で焼成した後、酸素含有ガスで焼成
することもできる。
As the catalyst, salts of various nitrogen-containing compounds of these heteropoly acids can be used. Effective salts include ammonium salts or salts with organic amines such as pyridine, quinoline, piperazine. This may be one which partially forms a salt with a nitrogen-containing compound or the like, or one in which the nitrogen-containing compound is partially or wholly removed by firing. An ammonium salt or an organic amine salt can be synthesized from a heteropoly acid. In the case of ammonium salt, aqueous ammonium salt, water-soluble ammonium salt such as ammonium chloride, ammonium nitrate and the like can be used as the ammonium ion source. These ammonium salts or amine salts are used after calcining at 300 to 600 ° C. Baking in an inert gas is more preferable. After firing in an inert gas, firing with an oxygen-containing gas is also possible.

これらの触媒は、担体に担持または希釈混合した形で用
いることができる。担体として、シリカ、α−アルミ
ナ、シリコンカーバイド、チタニア、ジルコニア、ケイ
ソウ土などを挙げることができる。マクロポアを多くも
つ高気孔率の不活性担体が好ましい。これらの担体の上
に水存在下あるいは非存在下で、普通は50重量%程度ま
での量を付着させる。あるいは微粒状担体と混合して、
例えば円筒形などに成形することができる。こうした触
媒形状は打錠機、押しだし成型機、マルメライザー(不
二パウダル社商品名)、転動式造粒機などを用い、ある
いは用いずして成形できる。
These catalysts can be used in the form of being carried on a carrier or diluted and mixed. Examples of the carrier include silica, α-alumina, silicon carbide, titania, zirconia, diatomaceous earth and the like. A high porosity inert carrier with many macropores is preferred. On these carriers, in the presence or absence of water, an amount of up to about 50% by weight is usually deposited. Alternatively, by mixing with a finely divided carrier,
For example, it can be formed into a cylindrical shape. Such a catalyst shape can be molded with or without a tableting machine, an extrusion molding machine, a Marumerizer (trade name of Fuji Paudal Co., Ltd.), a rolling granulator, or the like.

反応に供給する原料ガスは、イソブタンおよび酸素の混
合ガスが用いられる。
As a raw material gas supplied to the reaction, a mixed gas of isobutane and oxygen is used.

イソブタンの濃度は1乃至80モル%が適切である、さら
に好ましくは10乃至70モル%の範囲である。イソブタン
の濃度が10モル%より低いと反応器あたりに生成するメ
タクリル酸の生産量が極めて小さくなり、工業的に実施
できるほどの経済性が得られない。反応に影響しない程
度であれば、他の炭化水素が混入してもかまわない。
A suitable concentration of isobutane is 1 to 80 mol%, more preferably 10 to 70 mol%. When the concentration of isobutane is lower than 10 mol%, the amount of methacrylic acid produced per reactor becomes extremely small, and the economical efficiency that can be industrially implemented cannot be obtained. Other hydrocarbons may be mixed in as long as they do not affect the reaction.

供給原料ガス中の酸素モル比はイソブタンに対して0.05
乃至2のモル比、好ましくは0.1乃至1の間がよい。酸
素モル比が高いと完全酸化が進行し過ぎ二酸化炭素の生
成が多くなる。逆に、酸素モル比が小さいとイソブタン
酸化に十分な量の酸素が供給されないため、メタクリル
酸の生産性が低下する。さらに酸素モル比が小さいと、
反応の進行にともない触媒が還元されすぎ、好ましくな
い。一方、酸素濃度、イソブタン濃度の選定にあたって
は混合ガス組成が爆発範囲に入らぬように考慮するのが
好ましい。酸素源としては純粋な酸素ガスを使用しても
よいし、空気を用いることもできる。
The oxygen molar ratio in the feed gas is 0.05 with respect to isobutane.
The molar ratio is from 1 to 2, preferably between 0.1 and 1. If the oxygen molar ratio is high, complete oxidation will proceed too much and carbon dioxide will be generated in large amounts. On the contrary, when the oxygen molar ratio is small, a sufficient amount of oxygen is not supplied for isobutane oxidation, so that the productivity of methacrylic acid decreases. Furthermore, if the oxygen molar ratio is small,
As the reaction proceeds, the catalyst is excessively reduced, which is not preferable. On the other hand, when selecting the oxygen concentration and the isobutane concentration, it is preferable to consider so that the mixed gas composition does not fall within the explosion range. As the oxygen source, pure oxygen gas may be used or air may be used.

また、反応生成物であるメタクリル酸が触媒上でさらに
酸化されて二酸化炭素などになるのを防ぐために、水蒸
気をイソブタンに対して5/1乃至1/5の範囲で添加するの
が有効であり、メタクリル酸の選択率が高くなる。好ま
しくは3/1乃至1/3の範囲である。
Further, in order to prevent the reaction product methacrylic acid from being further oxidized on the catalyst to become carbon dioxide, it is effective to add water vapor in the range of 5/1 to 1/5 with respect to isobutane. , The selectivity of methacrylic acid becomes high. It is preferably in the range of 3/1 to 1/3.

また、希釈ガスを用いて原料ガスを希釈することもでき
る。希釈ガスとして窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化
炭素を用いることができる。未反応イソブタンは回収し
て再度使用できる。その際に反応に影響しない程度であ
れば一酸化炭素、二酸化炭素、その他の反応生成物が混
入してもかまわない。さらに、同時に生成したメタクロ
レインを回収して原料ガスに加えることができる。
Further, the raw material gas can be diluted using a diluent gas. Nitrogen, helium, argon, carbon dioxide can be used as the diluent gas. Unreacted isobutane can be recovered and reused. At that time, carbon monoxide, carbon dioxide, and other reaction products may be mixed as long as they do not affect the reaction. Further, the methacrolein produced at the same time can be recovered and added to the raw material gas.

反応温度は200乃至400℃の範囲から選ばれる。好ましく
は240乃至370℃である。反応温度が高いと触媒の分解お
よび反応生成物の完全酸化が起こりやすい。
The reaction temperature is selected from the range of 200 to 400 ° C. It is preferably 240 to 370 ° C. When the reaction temperature is high, decomposition of the catalyst and complete oxidation of the reaction product are likely to occur.

反応圧力は減圧から加圧まで幅広く設定できるが、常圧
から2気圧が工業的には有利である。
The reaction pressure can be widely set from reduced pressure to increased pressure, but atmospheric pressure to 2 atm is industrially advantageous.

反応ガスと触媒の接触時間は、イソブタン濃度あるいは
反応温度などによって変わるが、0.1乃至10秒、好まし
くは0.5乃至5秒が適当である。
The contact time between the reaction gas and the catalyst varies depending on the isobutane concentration, the reaction temperature, etc., but is 0.1 to 10 seconds, preferably 0.5 to 5 seconds.

本発明を実施するにあたり、用いられる反応器の型式は
固定床、流動床、移動床その他の型式の反応器を適宜選
択できる。
In carrying out the present invention, the type of reactor used may be a fixed bed, a fluidized bed, a moving bed or any other type of reactor.

生成したメタクリル酸とメタクロレインは冷却、吸収、
蒸溜など公知の適当な方法で分離、精製し、それぞれの
製品とすることができる。未反応のイソブタンは回収し
て再び原料に用いることができる。また、反応ガスから
メタクリル酸を冷却凝縮、吸収、吸着などの公知の方法
で回収したのち、メタクロレインを含んだ回収ガスの一
部または全部を再び原料ガスとして反応器に供給するこ
とができる。
The generated methacrylic acid and methacrolein are cooled, absorbed,
Each product can be obtained by separating and purifying by a known appropriate method such as distillation. Unreacted isobutane can be recovered and used again as a raw material. Moreover, after recovering methacrylic acid from the reaction gas by a known method such as cooling condensation, absorption, and adsorption, part or all of the recovered gas containing methacrolein can be supplied to the reactor as a raw material gas again.

[実施例] 実施例1 12−モリブドリン酸(H3PMo12O40・30H2O:日本無機化
学)の結晶23.6gおよび塩化第二鉄1.4gを200mlの水に溶
解し、この溶液に、6.4重量%の硝酸アンモニウム水溶
液100gを加え、よくかきまぜ、得られたスラリー溶液を
濃縮し、ついで120℃で12時間乾燥したのち、粉砕し、1
0から20メッシュの粒子を選別した。これを窒素気流中4
50℃で3時間、さらに空気中350℃で2時間、焼成し
た。
[Examples] Example 1 23.6 g of crystals of 12-molybdophosphoric acid (H 3 PMo 12 O 40 · 30H 2 O: Nippon Inorganic Chemistry) and 1.4 g of ferric chloride were dissolved in 200 ml of water, and to this solution, Add 100 g of 6.4 wt% ammonium nitrate aqueous solution, stir well, concentrate the resulting slurry solution, then dry at 120 ° C for 12 hours, then crush and
Particles from 0 to 20 mesh were selected. This in a nitrogen stream 4
It was calcined at 50 ° C. for 3 hours and further in air at 350 ° C. for 2 hours.

PMo12Fe0.5の組成をもつ触媒が得られた。A catalyst having a composition of PMo 12 Fe 0.5 was obtained.

この触媒5gを内径6mmのパイレックス製U字管に充填し
て恒温槽にセットした。恒温槽の温度を370℃に設定
し、イソブタン60モル%、酸素20モル%、水蒸気20モル
%の混合ガスを接触時間1.5秒で供給した。6時間後に
反応ガスをガスクロマトグラフィーで分析したところ、
イソブタンの7.8%が転化し、メタクリル酸の選択率は4
1.8%、メタクロレインの選択率は15.3%であった。イ
ソブチレンは検出されなかった。
This catalyst (5 g) was filled in a Pyrex U-shaped tube having an inner diameter of 6 mm and set in a constant temperature bath. The temperature of the constant temperature bath was set at 370 ° C., and a mixed gas of 60 mol% isobutane, 20 mol% oxygen and 20 mol% steam was supplied at a contact time of 1.5 seconds. When the reaction gas was analyzed by gas chromatography after 6 hours,
7.8% of isobutane is converted and the selectivity of methacrylic acid is 4
The selectivity was 1.8% and methacrolein was 15.3%. No isobutylene was detected.

比較例1 12−モリブドリン酸(H3PMo12O40・30H2O:日本無機化
学)23.2gを200mlの水に溶解し、塩化第二鉄を加えない
ほかは実施例1と同じようにして触媒を調製した。この
触媒を実施例1と同じ条件で反応を行なった。6時間後
に反応ガスをガスクロマトグラフィーで分析したとこ
ろ、イソブタンの10.3%が転化し、メタクリル酸の選択
率は15.3%、メタクロレインの選択率は18.5%であっ
た。
Comparative Example 1 23.2 g of 12-molybdophosphoric acid (H 3 PMo 12 O 40 · 30H 2 O: Nippon Inorganic Chemistry) was dissolved in 200 ml of water, and the same procedure as in Example 1 was performed except that ferric chloride was not added. A catalyst was prepared. This catalyst was reacted under the same conditions as in Example 1. When the reaction gas was analyzed by gas chromatography after 6 hours, 10.3% of isobutane was converted, the selectivity of methacrylic acid was 15.3%, and the selectivity of methacrolein was 18.5%.

実施例2 塩化第二鉄のかわりに12タングステン酸アンモニウム・
10水和物3.0gを使用したほかは、実施例1とおなじよう
にしてPMo12W1-1の組成をもつ触媒を調製した。
Example 2 Ammonium tungstate 12 in place of ferric chloride
A catalyst having a composition of PMo 12 W 1-1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that 3.0 g of decahydrate was used.

この触媒を用いて、実施例1と同じ条件で反応を行なっ
た。6時間後に反応ガスをガスクロマトグラフィーで分
析したところ、イソブタンの8.7%が転化し、メタクリ
ル酸の選択率は35.8%、メタクロレインの選択率は26.3
%であった。
Using this catalyst, the reaction was carried out under the same conditions as in Example 1. After 6 hours, the reaction gas was analyzed by gas chromatography. As a result, 8.7% of isobutane was converted, the selectivity of methacrylic acid was 35.8%, and the selectivity of methacrolein was 26.3.
%Met.

実施例3 12−モリブドリン酸(H3PMo12O40・30H2O:日本無機化
学)の結晶23.6g、塩化ロジウム0.28gおよび酢酸タリウ
ム5.26gを200mlの水に溶解した後、この溶液に、ピリジ
ン8.0gおよび水100mlを加え、よくかきまぜた。得られ
たスラリー溶液を濃縮し、ついで120℃で12時間乾燥し
たのち、粉砕し、10から20メッシュの粒子を選別した。
これを窒素気流中450℃で3時間、さらに空気中350℃で
2時間、焼成した。PMo12Rh0.1Tl2の組成をもつ触媒が
得られた。
Example 3 23.6 g of crystals of 12-molybdophosphoric acid (H 3 PMo 12 O 40 · 30H 2 O: Nippon Inorganic Chemicals), 0.28 g of rhodium chloride and 5.26 g of thallium acetate were dissolved in 200 ml of water, and then dissolved in this solution. 8.0 g of pyridine and 100 ml of water were added, and the mixture was stirred well. The resulting slurry solution was concentrated, then dried at 120 ° C. for 12 hours and then pulverized to select particles of 10 to 20 mesh.
This was calcined in a nitrogen stream at 450 ° C. for 3 hours and further in air at 350 ° C. for 2 hours. A catalyst with a composition of PMo 12 Rh 0.1 Tl 2 was obtained.

反応温度を350℃、接触時間を3.6秒にしたほかは実施例
1と同じようにして反応を行なった。6時間後に反応ガ
スをガスクロマトグラフィーで分析したところ、イソブ
タンの5.9%が転化し、メタクリル酸の選択率は38.7
%、メタクロレインの選択率は21.6%であった。
The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was 350 ° C. and the contact time was 3.6 seconds. When the reaction gas was analyzed by gas chromatography after 6 hours, 5.9% of isobutane was converted and the selectivity of methacrylic acid was 38.7.
%, The selectivity of methacrolein was 21.6%.

実施例4 スラリー組成がP1.5Mo12Nb0.5Bi0.5Cs2となるように、1
2−モリブドリン酸(日本無機化学)、リン酸(85重量
%)、硝酸ビスマス、およびシュウ酸ニオブを加え、さ
らに、この溶液にキノリン13gと水100mlを加えてかきま
ぜ、得られたスラリーを濃縮した。ついで120℃で12時
間乾燥したのち、粉砕し、10から20メッシュの粒子を選
別した。これを窒素気流中450℃で3時間、さらに空気
中350℃で2時間、焼成した。
Example 4 1 so that the slurry composition was P 1.5 Mo 12 Nb 0.5 Bi 0.5 Cs 2.
2-molybdophosphoric acid (Nippon Inorganic Chemistry), phosphoric acid (85 wt%), bismuth nitrate, and niobium oxalate were added, and further 13 g of quinoline and 100 ml of water were added to this solution and stirred, and the resulting slurry was concentrated. . Then, it was dried at 120 ° C. for 12 hours and then pulverized to select particles of 10 to 20 mesh. This was calcined in a nitrogen stream at 450 ° C. for 3 hours and further in air at 350 ° C. for 2 hours.

この触媒を実施例3と同様にして反応を行なった。6時
間後に反応ガスをガスクロマトグラフィーで分析したと
ころ、イソブタンの5.3%が転化し、メタクリル酸の選
択率は39.3%、メタクロレインの選択率は19.5%であっ
た。
This catalyst was reacted in the same manner as in Example 3. When the reaction gas was analyzed by gas chromatography after 6 hours, 5.3% of isobutane was converted, the selectivity of methacrylic acid was 39.3%, and the selectivity of methacrolein was 19.5%.

実施例5 モリブデン酸ナトリウム(Na2MoO4・2H2O)121gを200ml
の水に溶解させ、これに30%ヒ酸水溶液を20g加えた。
この溶液に濃硫酸80mlを加えた後、エチルエーテル300m
lを加えると三相に分離した。最下相を取りだし、風乾
してヒ素モリブデン酸を得た。このヒ素モリブデン酸を
23.7g、塩化第二鉄2.7gおよび塩化ロジウム0.28gととも
に溶解混合してAsMo12Fe1.0Rh0.1組成をもつ触媒を得
た。
Example 5 200 ml of 121 g of sodium molybdate (Na 2 MoO 4 .2H 2 O)
Was dissolved in water and 20 g of a 30% aqueous arsenic acid solution was added.
After adding 80 ml of concentrated sulfuric acid to this solution, 300m of ethyl ether
Addition of l separated into three phases. The bottom phase was taken out and air-dried to obtain arsenic molybdic acid. This arsenic molybdic acid
A catalyst having an AsMo 12 Fe 1.0 Rh 0.1 composition was obtained by dissolving and mixing with 23.7 g, ferric chloride 2.7 g and rhodium chloride 0.28 g.

この触媒を反応温度を320℃、接触時間を4秒、酸素濃
度を10モル%にしたほかは実施例1と同様にして反応を
行なった。その結果、イソブタンの2.8%が転化し、メ
タクリル酸の選択率は51.2%、メタクロレインの選択率
は21.5%であった。
This catalyst was reacted in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was 320 ° C., the contact time was 4 seconds, and the oxygen concentration was 10 mol%. As a result, 2.8% of isobutane was converted, the selectivity of methacrylic acid was 51.2%, and the selectivity of methacrolein was 21.5%.

実施例6 実施例4でシュウ酸ニオブおよび硝酸ビスマスを加える
かわりに、ヒ酸および硝酸クロムを加えてP1.5Mo12As
0.5Cr0.5の組成をもつ触媒を調製した。
Example 6 Instead of adding niobium oxalate and bismuth nitrate in Example 4, arsenic acid and chromium nitrate were added to P 1.5 Mo 12 As.
A catalyst having a composition of 0.5 Cr 0.5 was prepared.

この触媒を反応温度を320℃、接触時間を3.6秒イソブタ
ン濃度を20モル%としたほかは実施例1と同様にして反
応を行なった。その結果、イソブタンの3.8%が転化
し、メタクリル酸の選択率は49.6%、メタクロレインの
選択率は19.4%であった。
This catalyst was reacted in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was 320 ° C., the contact time was 3.6 seconds, and the isobutane concentration was 20 mol%. As a result, 3.8% of isobutane was converted, the selectivity of methacrylic acid was 49.6%, and the selectivity of methacrolein was 19.4%.

実施例7 水溶液組成がP1.3Mo12Rh0.1Fe0.3となるように、12−モ
リブドリン酸(日本無機化学)、リン酸(85重量%)、
塩化ロジウムおよび塩化第二鉄を加え、よくかきまぜ
た。この水溶液に、700℃で3時間焼成した100から200
メッシュの球状シリカ(富士デビソン製:マイクロビー
ズシリカゲル1000A)を浸し、触媒成分を含浸し、乾燥
した。含浸、乾燥を繰り返して触媒成分を約45重量%担
持した。これにピリジンを吸収させて、120℃で乾燥さ
せた。このものをさらに1N−水酸化カリウムのエタノー
ル溶液に浸しカリウムを含浸した。ついで、120℃で乾
燥させ、ついで窒素気流中450℃で3時間、さらに空気
中350℃で2時間、焼成した。得られた触媒の組成はP
1.1Mo12Rh0.1Fe0.25K2/SiO2であった。
Example 7 12-molybdophosphoric acid (Nippon Inorganic Chemical), phosphoric acid (85% by weight), so that the aqueous solution composition was P 1.3 Mo 12 Rh 0.1 Fe 0.3 ,
Rhodium chloride and ferric chloride were added and stirred well. 100 to 200 calcined in this aqueous solution at 700 ℃ for 3 hours
Spherical silica with a mesh (manufactured by Fuji Devison: Microbeads silica gel 1000A) was dipped, impregnated with the catalyst component, and dried. The impregnation and drying were repeated to carry about 45% by weight of the catalyst component. It was allowed to absorb pyridine and dried at 120 ° C. This was further immersed in an ethanol solution of 1N-potassium hydroxide to impregnate potassium. Then, it was dried at 120 ° C. and then calcined in a nitrogen stream at 450 ° C. for 3 hours and further in air at 350 ° C. for 2 hours. The composition of the obtained catalyst is P
It was 1.1 Mo 12 Rh 0.1 Fe 0.25 K 2 / SiO 2 .

この触媒140gを内容積400mlの流動床反応器を用いて320
℃で、イソブタン60モル%、酸素20モル%、水蒸気20モ
ル%の混合ガスをガス線速20cm/秒、接触時間4.0秒で供
給した。20時間後に反応ガスをガスクロマトグラフィー
で分析したところ、イソブタンの4.3%が転化し、メタ
クリル酸の選択率は40.2%、メタクロレインの選択率は
20.3%であった。反応後、触媒は黄緑色を呈していた。
Using a fluidized bed reactor with an internal volume of 400 ml,
A mixed gas of 60 mol% of isobutane, 20 mol% of oxygen and 20 mol% of water vapor was supplied at a gas linear velocity of 20 cm / sec and a contact time of 4.0 sec. When the reaction gas was analyzed by gas chromatography after 20 hours, 4.3% of isobutane was converted, the selectivity of methacrylic acid was 40.2%, and the selectivity of methacrolein was
It was 20.3%. After the reaction, the catalyst had a yellowish green color.

実施例8〜15 第1表に示した組成をもつ触媒を調製し、実施例1と全
く同様にして反応させた。20時間後に反応ガスをガスク
ロマトグラフィーで分析した反応結果を第1表にまとめ
て示す。
Examples 8 to 15 Catalysts having the compositions shown in Table 1 were prepared and reacted exactly as in Example 1. After 20 hours, the reaction results of the reaction gas analyzed by gas chromatography are summarized in Table 1.

実施例18〜30 第2表に示した組成をもつ触媒を、反応温度340℃、接
触時間3.6秒でイソブタン30モル%、空気50モル%、水
蒸気20モル%の混合ガスと実施例1と同様にして反応さ
せた。反応結果を第2表にまとめて示した。
Examples 18 to 30 A catalyst having the composition shown in Table 2 was used as in Example 1 with a mixed gas of 30 mol% isobutane, 50 mol% air and 20 mol% steam at a reaction temperature of 340 ° C. and a contact time of 3.6 seconds. And reacted. The reaction results are summarized in Table 2.

[効果] 本発明方法によれば、(1)イソブタンと酸素を含む混
合ガスを触媒と接触させ、(2)高い生産性で、しかも
(3)メタクリル酸を良好な選択率で得ることができ、
工業的に実施する場合、経済的に有利である。
[Effect] According to the method of the present invention, (1) a mixed gas containing isobutane and oxygen is brought into contact with a catalyst, (2) high productivity, and (3) methacrylic acid can be obtained with a good selectivity. ,
When it is carried out industrially, it is economically advantageous.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07C 57/05 // C07B 61/00 300 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location C07C 57/05 // C07B 61/00 300

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】リンおよび/またはヒ素を中心元素としモ
リブデンを含むヘテロポリ酸および/またはその塩で、
Ag、Zn、Cd、Ti、Zr、Nb、Ta、Cr、W、Mn、Fe、Co、N
i、Rh、Sn、BiおよびTeからなる群から選ばれた少なく
とも一種を触媒構成元素として含有する触媒に、イソブ
タンと分子状酸素を含む混合ガスを気相で接触させるこ
とを特徴とするメタクリル酸および/またはメタクロレ
インの製法
1. A heteropolyacid containing phosphorus and / or arsenic as a central element and molybdenum and / or a salt thereof,
Ag, Zn, Cd, Ti, Zr, Nb, Ta, Cr, W, Mn, Fe, Co, N
Methacrylic acid characterized by bringing a mixed gas containing isobutane and molecular oxygen into contact with a catalyst containing at least one selected from the group consisting of i, Rh, Sn, Bi and Te as a catalyst constituent element in a gas phase. And / or a method for producing methacrolein
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