JP2012245432A - メタクリル酸製造用触媒の製造方法およびメタクリル酸の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた触媒活性および触媒寿命を有するメタクリル酸製造用触媒を製造する方法を提供する。
【解決手段】本発明のメタクリル酸製造用触媒の製造方法は、リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸化合物からなり、触媒前駆体を、０．１容量％以上２．０容量％未満の水分を含むガス雰囲気下にて、３６０〜４１０℃で焼成する第１焼成工程；前記第１焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、４２０〜５００℃でさらに焼成する第２焼成工程；および前記第２焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、２８０℃以下となるように冷却する工程を含む。
【選択図】なし
【解決手段】本発明のメタクリル酸製造用触媒の製造方法は、リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸化合物からなり、触媒前駆体を、０．１容量％以上２．０容量％未満の水分を含むガス雰囲気下にて、３６０〜４１０℃で焼成する第１焼成工程；前記第１焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、４２０〜５００℃でさらに焼成する第２焼成工程；および前記第２焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、２８０℃以下となるように冷却する工程を含む。
【選択図】なし
Description
本発明は、メタクリル酸製造用触媒の製造方法に関し、さらにこの方法で得られた触媒を用いてメタクリル酸を製造する方法に関する。
従来、メタクロレインなどの気相接触酸化反応によりメタクリル酸を製造する際に用いる触媒としては、リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸やその塩からなるものが有効であることが知られている。この触媒は通常、触媒の原料を含む水性混合物を乾燥した後、焼成することにより製造される。特許文献１〜５には、この焼成方法に関して記載されている。
特許文献１は、非酸化性ガスの雰囲気下に４００〜５００℃で焼成した後、酸化性ガスの雰囲気下に３００〜４００℃で焼成することを開示している。特許文献２は、酸化性ガスまたは非酸化性ガスの雰囲気下に３６０〜４１０℃で焼成した後、非酸化性ガスの雰囲気下に４２０〜５００℃で焼成し、次いで酸化性ガスの雰囲気下に３００〜４００℃で焼成する方法を開示している。特許文献３は、１０容量％以下の水分を含む酸化性ガスの雰囲気下に３００〜４００℃で焼成した後、非酸化性ガスの雰囲気下に４００〜５００℃で焼成し、次いで３０容量％以下の水分を含む酸化性ガスの雰囲気下に３００〜４００℃で焼成する方法を開示している。特許文献４は、酸化性ガスの雰囲気下に３００〜４００℃で焼成した後、非酸化性ガスの雰囲気下に４００〜５００℃で焼成し、次いで非酸化性ガスの雰囲気下のままで２８０℃以下に冷却する方法を開示している。特許文献５は、酸化性ガスの雰囲気下に３００〜４００℃で第一段焼成し、次いで、０．１〜１０容量％の水を含む非酸化性ガスの雰囲気下に４２０℃以上に昇温した後、非酸化性ガスの雰囲気下に４２０〜５００℃で第二段焼成する方法を開示している。
しかしながら、従来の方法によって得られるメタクリル酸製造用触媒は、触媒活性や触媒寿命の点で、必ずしも満足のいくものではなかった。
本発明の課題は、優れた触媒活性および触媒寿命を有するメタクリル酸製造用触媒を製造する方法を提供することにある。さらに、この方法によって製造された触媒を用いて、原料を良好な転化率で転化して長期間にわたり安定してメタクリル酸を製造する方法を提供することにある。
本発明の課題は、優れた触媒活性および触媒寿命を有するメタクリル酸製造用触媒を製造する方法を提供することにある。さらに、この方法によって製造された触媒を用いて、原料を良好な転化率で転化して長期間にわたり安定してメタクリル酸を製造する方法を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を行った結果、以下の構成からなる解決手段を見出し、本発明を完成するに至った。
（１）リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸化合物からなるメタクリル酸製造用触媒の製造方法であって、
触媒前駆体を、０．１容量％以上２．０容量％未満の水分を含むガス雰囲気下にて、３６０〜４１０℃で焼成する第１焼成工程；
前記第１焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、４２０〜５００℃でさらに焼成する第２焼成工程；および
前記第２焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、２８０℃以下となるように冷却する工程；
を含むことを特徴とする、メタクリル酸製造用触媒の製造方法。
（２）前記ヘテロポリ酸化合物が、さらに、
バナジウムと；
カリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウムからなる群より選択される少なくとも１種の元素と；
銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも１種の元素と；
を含むことを特徴とする、（１）に記載の方法。
（３）前記触媒前駆体が、第１焼成工程において、１〜２０時間焼成される、（１）または（２）に記載の方法。
（４）前記第１焼成工程で得られる焼成物が、第２焼成工程において、１〜２０時間焼成される、（１）〜（３）のいずれかの項に記載の方法。
（５）前記非酸化性ガスが、窒素、アルゴン、ヘリウムおよび二酸化炭素からなる群より選択される少なくとも１種である、（１）〜（４）のいずれかの項に記載の方法。
（６）（１）〜（５）のいずれかの項に記載の製造方法によって得られたメタクリル酸製造用触媒の存在下で、メタクロレイン、イソブチルアルデヒド、イソブタンおよびイソ酪酸からなる群より選択される少なくとも１種の化合物を、気相接触酸化反応に供することを特徴とする、メタクリル酸の製造方法。
（１）リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸化合物からなるメタクリル酸製造用触媒の製造方法であって、
触媒前駆体を、０．１容量％以上２．０容量％未満の水分を含むガス雰囲気下にて、３６０〜４１０℃で焼成する第１焼成工程；
前記第１焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、４２０〜５００℃でさらに焼成する第２焼成工程；および
前記第２焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、２８０℃以下となるように冷却する工程；
を含むことを特徴とする、メタクリル酸製造用触媒の製造方法。
（２）前記ヘテロポリ酸化合物が、さらに、
バナジウムと；
カリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウムからなる群より選択される少なくとも１種の元素と；
銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも１種の元素と；
を含むことを特徴とする、（１）に記載の方法。
（３）前記触媒前駆体が、第１焼成工程において、１〜２０時間焼成される、（１）または（２）に記載の方法。
（４）前記第１焼成工程で得られる焼成物が、第２焼成工程において、１〜２０時間焼成される、（１）〜（３）のいずれかの項に記載の方法。
（５）前記非酸化性ガスが、窒素、アルゴン、ヘリウムおよび二酸化炭素からなる群より選択される少なくとも１種である、（１）〜（４）のいずれかの項に記載の方法。
（６）（１）〜（５）のいずれかの項に記載の製造方法によって得られたメタクリル酸製造用触媒の存在下で、メタクロレイン、イソブチルアルデヒド、イソブタンおよびイソ酪酸からなる群より選択される少なくとも１種の化合物を、気相接触酸化反応に供することを特徴とする、メタクリル酸の製造方法。
本発明によれば、優れた触媒活性および触媒寿命を有するメタクリル酸製造用触媒が得られるという効果を奏する。さらに、この触媒を用いると、原料を良好な転化率で転化して長期間にわたり安定してメタクリル酸を製造することができるという効果を奏する。
本発明の製造方法によって得られるメタクリル酸製造用触媒は、リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸化合物からなる。このようなヘテロポリ酸化合物は、遊離のヘテロポリ酸からなるものであってもよいし、ヘテロポリ酸の塩からなるものであってもよい。これらの中でも、ヘテロポリ酸の酸性塩（部分中和塩）からなるものが好ましく、ケギン型ヘテロポリ酸の酸性塩からなるものがより好ましい。
ヘテロポリ酸化合物は、リンおよびモリブデンを必須の元素として含むものであれば、触媒活性を阻害しない限り、他の元素を含んでいてもよい。他の元素としては、バナジウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、タリウム、銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタン、セリウムなどが挙げられる。例えば、ヘテロポリ酸化合物は、以下の元素を含むものが好ましい。
リン；
モリブデン；
バナジウム；
カリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウムからなる群より選択される少なくとも１種の元素（以下、「Ｘ元素」と記載する場合がある）；ならびに
銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも１種の元素（以下、「Ｙ元素」と記載する場合がある）。
リン；
モリブデン；
バナジウム；
カリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウムからなる群より選択される少なくとも１種の元素（以下、「Ｘ元素」と記載する場合がある）；ならびに
銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも１種の元素（以下、「Ｙ元素」と記載する場合がある）。
特に、ヘテロポリ酸化合物は、モリブデン１２原子に対して、リン、バナジウム、Ｘ元素およびＹ元素を、それぞれ３原子以下の割合で含むものが好ましい。
本発明に係るメタクリル酸製造用触媒の製造方法（以下、「本発明の製造方法」と記載する場合がある）は、上記のように、第１焼成工程、第２焼成工程および冷却工程を含む。
（第１焼成工程）
第１焼成工程は、触媒前駆体を、０．１容量％以上２．０容量％未満の水分を含むガス雰囲気下にて、３６０〜４１０℃で焼成する工程である。
第１焼成工程は、触媒前駆体を、０．１容量％以上２．０容量％未満の水分を含むガス雰囲気下にて、３６０〜４１０℃で焼成する工程である。
触媒前駆体は、メタクリル酸製造用触媒に含まれる各元素を含有する化合物の混合物である。このような化合物としては、各元素のオキソ酸、オキソ酸塩、酸化物、硝酸塩、炭酸塩、重炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。例えば、リンを含有する化合物としては、リン酸、リン酸塩などが挙げられる。モリブデンを含有する化合物としては、モリブデン酸、モリブデン酸塩、酸化モリブデン、塩化モリブデンなどが挙げられる。バナジウムを含有する化合物としては、バナジン酸、バナジン酸塩、酸化バナジウム、塩化バナジウムなどが挙げられる。上記Ｘ元素を含有する化合物としては、酸化物、硝酸塩、炭酸塩、重炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。上記Ｙ元素を含有する化合物としては、オキソ酸、オキソ酸塩、硝酸塩、炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。
この触媒前駆体は、通常、上記の化合物を、水と混合して水溶液や懸濁液とし、これらの水溶液や懸濁液を乾燥させることによって得られる。乾燥は、スプレードライヤーを用いた噴霧乾燥などが挙げられる。通常、乾燥物は、所望の形状（例えば、円柱状、球状、リング状など）に成形され、成形の際に、必要に応じて成形助剤を用いてもよい。得られた成形体は、好ましくは、酸化性ガスまたは非酸化性ガスの雰囲気下にて１８０〜３００℃程度の温度で熱処理（前焼成）が施される。なお、乾燥物に熱処理（前焼成）を施した後、成形を行ってもよい。
上記水溶液や懸濁液を調製する際、さらにアンモニアやアンモニウム塩を添加して、アンモニウム根を含む水溶液や懸濁液とするのが好ましい。アンモニアやアンモニウム塩を添加する代わりに、リン、モリブデン、バナジウム、Ｘ元素またはＹ元素を含む上記の化合物の少なくとも１種に、アンモニウム化合物を用いてもよい。このような処方の場合、乾燥物としては非ケギン型ヘテロポリ酸塩からなる触媒前駆体が得られ、熱処理（前焼成）を施すことによって、非ケギン型からケギン型への転移反応が生じ、ケギン型ヘテロポリ酸塩からなる触媒前駆体を得ることができる。
得られた触媒前駆体は、０．１容量％以上２．０容量％未満の水分を含むガス雰囲気下にて、３６０〜４１０℃で焼成される。本発明の製造方法では、特定量の水分を含むガスであれば、特に限定されない。このようなガスとしては、酸化性ガス（空気、酸素など）、非酸化性ガス（不活性ガス（窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオンなど）、還元性ガス（二酸化炭素、水素、アンモニアなど）など）などが挙げられる。これらの中でも、窒素、空気、アルゴン、ヘリウムおよび二酸化炭素が好ましく、窒素および空気がより好ましい。これらのガスは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
上記ガスは、０．１容量％以上２．０容量％未満の水分を含む。特定の範囲で水分を含むことによって、得られる触媒の触媒活性および触媒寿命を効果的に向上させることができる。水分は、好ましくは０．８〜１．８容量％の割合で含まれる。
第１焼成は、３６０〜４１０℃で行われる。３６０〜４１０℃で第１焼成を行うことによって、得られる触媒の触媒活性および触媒寿命を効果的に向上させることができる。第１焼成は、好ましくは３８０〜４００℃で行われる。
第１焼成は、好ましくは１〜２０時間、より好ましくは１〜５時間行われる。第１焼成を１〜２０時間行うことによって、触媒前駆体の組成に関係なく十分に焼成が行われる。
このようにして第１焼成工程で得られた焼成物は、第２焼成工程に供される。
（第２焼成工程）
第２焼成工程は、第１焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、４２０〜５００℃でさらに焼成する工程である。
第２焼成工程は、第１焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、４２０〜５００℃でさらに焼成する工程である。
第２焼成工程で用いられる非酸化性ガスは、上述の非酸化性ガス（不活性ガス（窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオンなど）、還元性ガス（二酸化炭素、水素、アンモニアなど）など）などが挙げられる。これらの非酸化性ガスの中でも、窒素、アルゴン、ヘリウムおよび二酸化炭素が好ましく、窒素がより好ましい。非酸化性ガスは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、第２焼成工程で用いられる非酸化性ガスは、水分を含んでいても含まなくてもよいが、水分を含まない乾燥状態のガスが好ましい。
第２焼成は、４２０〜５００℃で行われる。４２０〜５００℃で第２焼成を行うことによって、得られる触媒の触媒活性および触媒寿命を効果的に向上させることができる。第２焼成は、好ましくは４３０〜４４０℃で行われる。
第２焼成は、好ましくは１〜２０時間、より好ましくは１〜５時間行われる。第２焼成を１〜２０時間行うことによって、触媒前駆体の組成に関係なく十分に焼成が行われる。
第２焼成工程で得られた焼成物は、冷却工程に供される。
（冷却工程）
冷却工程は、第２焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、２８０℃以下となるように冷却する工程である。
冷却工程は、第２焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、２８０℃以下となるように冷却する工程である。
冷却工程で用いられる非酸化性ガスは、上述の非酸化性ガス（不活性ガス（窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオンなど）、還元性ガス（二酸化炭素、水素、アンモニアなど）など）などが挙げられる。これらの非酸化性ガスの中でも、窒素、アルゴン、ヘリウムおよび二酸化炭素が好ましく、窒素がより好ましい。冷却工程で用いられる非酸化性ガスは、作業性の観点から、第２焼成工程で用いた非酸化性ガスと同一のガスを用いる（すなわち、第２焼成工程で用いた非酸化性ガスをそのまま用いる）ことが好ましい。非酸化性ガスは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、冷却工程で用いられる非酸化性ガスは、水分を含んでいても含まなくてもよいが、水分を含まない乾燥状態のガスが好ましい。
冷却は、２８０℃以下となるように行なわれ、好ましくは２５０℃以下となるように行なわれる。２８０℃を超える高い温度で酸化性ガスに曝されないようにすることにより、触媒活性および触媒寿命を効果的に向上させることができる。
（メタクリル酸の製造方法）
本発明の製造方法によって得られたメタクリル酸製造用触媒は、優れた触媒活性および触媒寿命を有する。このメタクリル酸製造用触媒を用いて、例えば、メタクロレイン、イソブチルアルデヒド、イソブタン、イソ酪酸などの原料化合物を、気相接触酸化反応に供することにより、原料化合物を良好な転化率で転化して、メタクリル酸を長期間にわたり安定して製造することができる。
本発明の製造方法によって得られたメタクリル酸製造用触媒は、優れた触媒活性および触媒寿命を有する。このメタクリル酸製造用触媒を用いて、例えば、メタクロレイン、イソブチルアルデヒド、イソブタン、イソ酪酸などの原料化合物を、気相接触酸化反応に供することにより、原料化合物を良好な転化率で転化して、メタクリル酸を長期間にわたり安定して製造することができる。
メタクリル酸の製造は、通常、固定床多管式反応器に触媒を充填し、この反応器に原料化合物と酸素を含むガスとを供給することによって行われる。また、固定床の代わりに、流動床や移動床の形態も採用され得る。酸素を含むガスとしては、一般的に空気や純酸素が用いられる。酸素を含むガスおよび原料化合物の他に、窒素、二酸化炭素、一酸化炭素、水蒸気などを、反応器に供給してもよい。
メタクロレインを原料化合物として用いる場合、好ましくは、反応は以下の条件下で行われる。なお、空間速度は、反応器内を通過する１時間当たりの原料（原料化合物およびその他のガス）供給量（Ｌ／ｈ）を、反応器内の触媒容量（Ｌ）で除して求められる。
原料中のメタクロレインの濃度：１〜１０容量％
原料中の水蒸気の濃度：１〜３０容量％
メタクロレインと酸素とのモル比：１／１〜１／５（メタクロレイン／酸素）
空間速度：５００〜５０００ｈ-1（標準状態基準）
反応温度：２５０〜３５０℃
反応圧力：０．１〜０．３ＭＰａ
原料中のメタクロレインの濃度：１〜１０容量％
原料中の水蒸気の濃度：１〜３０容量％
メタクロレインと酸素とのモル比：１／１〜１／５（メタクロレイン／酸素）
空間速度：５００〜５０００ｈ-1（標準状態基準）
反応温度：２５０〜３５０℃
反応圧力：０．１〜０．３ＭＰａ
イソブタンを原料化合物として用いる場合、好ましくは、反応は以下の条件下で行われる。
原料中のイソブタンの濃度：１〜８５容量％
原料中の水蒸気の濃度：３〜３０容量％
イソブタンと酸素とのモル比：１／０．０５〜１／４（イソブタン／酸素）
空間速度：４００〜５０００ｈ-1（標準状態基準）
反応温度：２５０〜４００℃
反応圧力：０．１〜１ＭＰａ
原料中のイソブタンの濃度：１〜８５容量％
原料中の水蒸気の濃度：３〜３０容量％
イソブタンと酸素とのモル比：１／０．０５〜１／４（イソブタン／酸素）
空間速度：４００〜５０００ｈ-1（標準状態基準）
反応温度：２５０〜４００℃
反応圧力：０．１〜１ＭＰａ
なお、イソブチルアルデヒドおよびイソ酪酸を原料化合物として用いる場合は、メタクロレインを原料化合物として用いる場合と、ほぼ同様の条件下で反応が行われる。また、これらの原料化合物は、精製された高純度品である必要はない。例えば、メタクロレインの場合、イソブチレンやｔ−ブチルアルコールの気相接触酸化反応によって得られたメタクロレインを未精製のまま用いてもよい。
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、各実施例および各比較例で使用した窒素は、実質的に水分を含まないものである。
（調製例１：触媒前駆体の調整）
まず、以下のそれぞれの原料を混合して、Ａ液およびＢ液を調製した。
＜Ａ液（溶液）＞
イオン交換水（４０℃）：２２４ｋｇ
硝酸セシウム（ＣｓＮＯ3）：３８．２ｋｇ
オルトリン酸（８５重量％品）：２４．２ｋｇ
硝酸（７０重量％品）：２５．２ｋｇ
＜Ｂ液（懸濁液）＞
イオン交換水（４０℃）：３３０ｋｇ
モリブデン酸アンモニウム４水和物（（ＮＨ4）6Ｍｏ7Ｏ24・４Ｈ2Ｏ）：２９７ｋｇ
メタバナジン酸アンモニウム（ＮＨ4ＶＯ3）：８．１９ｋｇ
まず、以下のそれぞれの原料を混合して、Ａ液およびＢ液を調製した。
＜Ａ液（溶液）＞
イオン交換水（４０℃）：２２４ｋｇ
硝酸セシウム（ＣｓＮＯ3）：３８．２ｋｇ
オルトリン酸（８５重量％品）：２４．２ｋｇ
硝酸（７０重量％品）：２５．２ｋｇ
＜Ｂ液（懸濁液）＞
イオン交換水（４０℃）：３３０ｋｇ
モリブデン酸アンモニウム４水和物（（ＮＨ4）6Ｍｏ7Ｏ24・４Ｈ2Ｏ）：２９７ｋｇ
メタバナジン酸アンモニウム（ＮＨ4ＶＯ3）：８．１９ｋｇ
次いで、撹拌しながら、Ａ液をＢ液に滴下した。滴下後、密閉容器中で１２０℃にて５．８時間撹拌した。次いで、１０．２ｋｇの三酸化アンチモン（Ｓｂ2Ｏ3）および１０．２ｋｇの硝酸銅３水和物（Ｃｕ（ＮＯ3）2・３Ｈ2Ｏ）を２３ｋｇのイオン交換水に懸濁させて上記密閉容器中に添加し、１２０℃にてさらに５時間撹拌した。
得られたスラリーをスプレードライヤーで噴霧乾燥し、得られた乾燥物１００重量部に対して、４重量部のセラミックファイバー（ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3系、繊維直径２〜４μｍ、繊維平均長４００μｍ）、１３重量部の硝酸アンモニウム、および９．７重量部のイオン交換水を加えて混練し、円柱状（直径５ｍｍ、高さ６ｍｍ）に押出成形した。次いで、得られた成形体を、温度９０℃および湿度３０％ＲＨ雰囲気下で３時間乾燥した。得られた乾燥物に、２２０℃の空気気流中で２２時間、その後２５０℃で１時間熱処理（前焼成）を施し、ケギン型ヘテロポリ酸塩からなる前焼成された触媒前駆体を得た。
（実施例１）
上記調製例１で得られた触媒前駆体を、空気とスチームとの混合ガス（含水量：１．０容量％）気流中で、３９０℃にて３時間保持した（第１段焼成）。次いで、空気とスチームとの混合ガスを窒素に換えて、窒素気流中で４３５℃にてさらに３時間保持した（第２段焼成）。第２段焼成後、焼成物を窒素気流中で７０℃まで冷却し、大気中に取り出した。得られた焼成物（触媒１）は、リン（１．５）、モリブデン（１２）、バナジウム（０．５）、アンチモン（０．５）、銅（０．３）およびセシウム（１．４）を含むケギン型ヘテロポリ酸の酸性塩であった。なお、かっこ内の数値は原子比である。
上記調製例１で得られた触媒前駆体を、空気とスチームとの混合ガス（含水量：１．０容量％）気流中で、３９０℃にて３時間保持した（第１段焼成）。次いで、空気とスチームとの混合ガスを窒素に換えて、窒素気流中で４３５℃にてさらに３時間保持した（第２段焼成）。第２段焼成後、焼成物を窒素気流中で７０℃まで冷却し、大気中に取り出した。得られた焼成物（触媒１）は、リン（１．５）、モリブデン（１２）、バナジウム（０．５）、アンチモン（０．５）、銅（０．３）およびセシウム（１．４）を含むケギン型ヘテロポリ酸の酸性塩であった。なお、かっこ内の数値は原子比である。
（実施例２）
第１段焼成において、含水量を１．４容量％としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒２）を得た。
第１段焼成において、含水量を１．４容量％としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒２）を得た。
（実施例３）
第１段焼成において、含水量を１．８容量％としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒３）を得た。
第１段焼成において、含水量を１．８容量％としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒３）を得た。
（実施例４）
第１段焼成において、空気とスチームとの混合ガスの代わりに、窒素とスチームとの混合ガス（含水量：１．８容量％）としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒４）を得た。
第１段焼成において、空気とスチームとの混合ガスの代わりに、窒素とスチームとの混合ガス（含水量：１．８容量％）としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒４）を得た。
（比較例１）
第１段焼成において、空気とスチームとの混合ガスの代わりに、空気のみ（含水量：０．０容量％）としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒５）を得た。
第１段焼成において、空気とスチームとの混合ガスの代わりに、空気のみ（含水量：０．０容量％）としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒５）を得た。
（比較例２）
第１段焼成において、空気とスチームとの混合ガスの代わりに、窒素のみ（含水量：０．０容量％）としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒６）を得た。
第１段焼成において、空気とスチームとの混合ガスの代わりに、窒素のみ（含水量：０．０容量％）としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒６）を得た。
（比較例３）
第１段焼成において、含水量を２．８容量％としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒７）を得た。
第１段焼成において、含水量を２．８容量％としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒７）を得た。
（比較例４）
第１段焼成において、含水量を３．５容量％としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒８）を得た。
第１段焼成において、含水量を３．５容量％としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒８）を得た。
（比較例５）
第１段焼成において、含水量を４．０容量％としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒９）を得た。
第１段焼成において、含水量を４．０容量％としたこと以外は、実施例１と同様の手順で焼成物（触媒９）を得た。
各実施例および各比較例で得られた触媒（触媒１〜９）について、以下の方法によって触媒の活性試験を行った。
（触媒の活性試験）
得られた触媒を９ｇ秤量して、１６ｍｍの内径を有するガラス製マイクロリアクターに充填し、炉温（マイクロリアクターを加熱するための炉の温度）を２８０℃まで昇温した。次いで、メタクロレイン、空気、水蒸気および窒素を混合して調製した原料ガス（メタクロレイン４容量％、分子状酸素１２容量％、水蒸気１７容量％、窒素６７容量％）を、６７０ｈ-1の空間速度でマイクロリアクター内に供給し、反応を開始した。反応開始から１時間後に、マイクロリアクター出口からの流出ガス（反応後のガス）をサンプリングし、ガスクロマトグラフィーにて分析して、以下の式に基づいてメタクロレイン転化率を求めた。
メタクロレイン転化率（％）＝（Ａ／Ｂ）×１００
ここで、
Ａは、反応したメタクロレインのモル数。
Ｂは、供給したメタクロレインのモル数。
得られた触媒を９ｇ秤量して、１６ｍｍの内径を有するガラス製マイクロリアクターに充填し、炉温（マイクロリアクターを加熱するための炉の温度）を２８０℃まで昇温した。次いで、メタクロレイン、空気、水蒸気および窒素を混合して調製した原料ガス（メタクロレイン４容量％、分子状酸素１２容量％、水蒸気１７容量％、窒素６７容量％）を、６７０ｈ-1の空間速度でマイクロリアクター内に供給し、反応を開始した。反応開始から１時間後に、マイクロリアクター出口からの流出ガス（反応後のガス）をサンプリングし、ガスクロマトグラフィーにて分析して、以下の式に基づいてメタクロレイン転化率を求めた。
メタクロレイン転化率（％）＝（Ａ／Ｂ）×１００
ここで、
Ａは、反応したメタクロレインのモル数。
Ｂは、供給したメタクロレインのモル数。
次いで、炉温を３５５℃まで昇温し、上記の原料ガスを上記の空間速度（６７０ｈ-1）で供給して１時間反応を行い、触媒を強制的に劣化させた。再度、炉温を２８０℃にして、この劣化触媒に、上記の原料ガスを上記の空間速度（６７０ｈ-1）で供給し、反応を開始した。反応開始から１時間後に、マイクロリアクター出口からの流出ガス（反応後のガス）をサンプリングし、上記と同様にして、ガスクロマトグラフィーにて分析し、メタクロレイン転化率を求めた。各触媒（触媒１〜９）の強制劣化前後におけるメタクロレイン転化率を、表１に示す。
表１に示すように、実施例１〜４で得られた触媒（触媒１〜４）は、比較例１〜５で得られた触媒（触媒５〜９）と比較して、強制劣化後も高いメタクロレイン転化率が維持され、良好な転化率で長期間にわたりメタクリル酸を製造し得ることがわかる。
Claims (6)
- リンおよびモリブデンを含むヘテロポリ酸化合物からなるメタクリル酸製造用触媒の製造方法であって、
触媒前駆体を、０．１容量％以上２．０容量％未満の水分を含むガス雰囲気下にて、３６０〜４１０℃で焼成する第１焼成工程；
前記第１焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、４２０〜５００℃でさらに焼成する第２焼成工程；および
前記第２焼成工程で得られた焼成物を、非酸化性ガス雰囲気下にて、２８０℃以下となるように冷却する工程；
を含むことを特徴とする、メタクリル酸製造用触媒の製造方法。 - 前記ヘテロポリ酸化合物が、さらに、
バナジウムと；
カリウム、ルビジウム、セシウムおよびタリウムからなる群より選択される少なくとも１種の元素と；
銅、ヒ素、アンチモン、ホウ素、銀、ビスマス、鉄、コバルト、ランタンおよびセリウムからなる群より選択される少なくとも１種の元素と；
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。 - 前記触媒前駆体が、第１焼成工程において、１〜２０時間焼成される、請求項１または２に記載の方法。
- 前記第１焼成工程で得られる焼成物が、第２焼成工程において、１〜２０時間焼成される、請求項１〜３のいずれかの項に記載の方法。
- 前記非酸化性ガスが、窒素、アルゴン、ヘリウムおよび二酸化炭素からなる群より選択される少なくとも１種である、請求項１〜４のいずれかの項に記載の方法。
- 請求項１〜５のいずれかの項に記載の製造方法によって得られたメタクリル酸製造用触媒の存在下で、メタクロレイン、イソブチルアルデヒド、イソブタンおよびイソ酪酸からなる群より選択される少なくとも１種の化合物を、気相接触酸化反応に供することを特徴とする、メタクリル酸の製造方法。
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