JPH10114688A - イソブチレンおよびメタクロレインの製造方法 - Google Patents

イソブチレンおよびメタクロレインの製造方法

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JPH10114688A
JPH10114688A JP8265843A JP26584396A JPH10114688A JP H10114688 A JPH10114688 A JP H10114688A JP 8265843 A JP8265843 A JP 8265843A JP 26584396 A JP26584396 A JP 26584396A JP H10114688 A JPH10114688 A JP H10114688A
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JP
Japan
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methacrolein
catalyst
isobutylene
isobutane
oxide
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JP8265843A
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English (en)
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Yusaku Takita
祐作 滝田
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Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Chemical Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/27Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation
    • C07C45/32Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen
    • C07C45/33Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 イソブタンからイソブチレンおよびメタクロ
レインを良好な選択性で得ることのできる製造方法を提
供する。 【解決手段】 触媒の存在下にイソブタンを分子上酸素
で気相接触反応させてイソブチレンおよびメタクロレイ
ンを製造するにおいて、触媒としてガリウム酸化物と少
なくともモリブデン、ビスマス、鉄およびコバルトまた
はニッケルを含有する複合酸化物とを共存させた触媒を
用いることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はイソブタンを酸化脱
水素および酸化してイソブチレンおよびメタクロレイン
を製造する方法に関する。詳しくは、特定の触媒の存在
下にイソブタンを分子状酸素で気相接触反応してイソブ
チレンおよびメタクロレインを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】イソブタンを分子状酸素で気相接触反応
してイソブチレンおよび/またはメタクロレインを製造
する試みは従来からいくつか提案されている。
【0003】英国特許第1340891号公報には、卑
金属酸化物触媒の存在下、イソブタンの酸化脱水素およ
び/または酸化によりイソブチレンおよび/またはメタ
クロレインを製造する例が報告されている。しかしなが
ら、イソブタンの収率は極めて小さい。
【0004】特開平2−42032号公報には、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、イソブタンをメタクリル酸に直接酸化する方法が開
示されている。しかしながら、触媒の寿命に問題があり
長期にわたる工業的使用に耐えられない。
【0005】本発明者らは先にリンの酸化物と金属の酸
化物を触媒とするイソブタンの気相接触酸化脱水素反応
によるイソブチレンの製造方法について出願した(特開
平5−238963号公報および特開平5−25513
4号公報)。この方法では70%を越える選択率でイソ
ブチレンが得られるが、メタクロレインはほとんど得ら
れない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、触媒
の存在下にイソブタンの接触酸化によって高選択率でイ
ソブチレンおよびメタクロレインを得る方法を提供する
ことにある。本発明者らはかかる課題を解決するため鋭
意研究を重ねた結果、触媒としてガリウム酸化物と、少
なくともモリブデン、ビスマス、鉄およびコバルトまた
はニッケルを含有する複合酸化物とを共存させた触媒を
用いることによって、高選択率でイソブチレンおよびメ
タクロレインが得られることを見出し、本発明を完成す
るに至った。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、触媒
の存在下にイソブタンを分子状酸素で気相接触反応させ
てイソブチレンおよびメタクロレインを製造する方法に
おいて、触媒としてガリウム酸化物と少なくともモリブ
デン、ビスマス、鉄およびコバルトまたはニッケルを含
有する複合酸化物とを共存させた触媒を用いることを特
徴とするイソブチレンおよびメタクロレインの製造方法
である。
【0008】
【発明の実施の形態】本反応で用いられるモリブデンお
よびビスマスを主成分とする複合酸化物は従来からイソ
ブチレンを酸化してメタクロレイを得るのに有効な触媒
として知られているもので、一般式、Moa Wb Bic
Fed Ae Bf Cg Dh Ox (式中、Moはモリブデ
ン、Wはタングステン、Biはビスマス、Feは鉄、A
はニッケルおよびコバルトからなる群から選ばれた少な
くとも1種の元素、Bはアルカリ金属、アルカリ土類金
属およびタリウムからなる群から選ばれた少なくとも1
種の元素、Cはリン、テルル、アンチモン、スズ、セリ
ウム、鉛、ニオブ、マンガンおよび亜鉛からなる群から
選ばれた少なくとも1種の元素、Dはシリコン、アルミ
ニウム、チタニウムおよびジルコニウムからなる群から
選ばれた少なくとも1種の元素およびOは酸素を表す。
またa,b,c,d,e,f,g,h,xはそれぞれM
o,W,Bi,Fe,A,B,C,DおよびOの原子数
を表し、a=12と固定したとき、b=0〜10、c=
0.1〜10、d=0.1〜20、e=2〜20、f=
0〜10、g=0〜4、h=0〜30およびxは各々の
元素の酸化状態により定まる数値をとる。)で表される
ものである。
【0009】本発明はこの複合酸化物とガリウムの酸化
物とを共存させてなる触媒を用いることにより、イソブ
タンからイソブチレンおよびメタクロレイン、とくにメ
タクロレインを良好な選択性をもって得ることができる
ことを見出したものである。
【0010】複合酸化物とガリウム酸化物を共存させる
方法は特に限定されることはなく、複合酸化物とガリウ
ム酸化物とを固体同士で混合する方法、複合酸化物調製
時の溶液またはスラリーにガリウムを含む溶液、たとえ
ば硝酸ガリウム水溶液を混合する方法などがあるが、好
ましくは固体の複合酸化物またはその前駆体にガリウム
を含む溶液を混合、含浸させる方法が好ましい。
【0011】触媒中に共存させるガリウム酸化物の量に
特に制限はないが、少なすぎても多すぎてもイソブチレ
ンおよびメタクロレインの生成速度が小さくなる。従っ
て触媒中のガリウム酸化物の量は2重量%から20重量
%が好ましい。この触媒はシリカ、アルミナ、炭化珪
素、窒化珪素などの本反応に不活性な担体で希釈しても
良い。
【0012】本発明の方法で用いられる反応原料ガスは
主にイソブタンと酸素であるが、不活性ガスなどで希釈
することができる。このようなガスとしては窒素、ヘリ
ウム、アルゴン、炭酸ガス、水蒸気、さらにメタン、エ
タン、プロパン、ブタンなどの軽アルカンも使用でき
る。
【0013】本発明の方法で用いられる酸素の供給源に
は特に制限はないが、通常、純酸素、酸素富化空気、空
気、などが用いられる。反応原料ガス中のイソブタン対
酸素のモル比に制限はないが、酸素モル比が小さすぎる
と反応が酸素供給律速となり反応速度が遅く、単位触媒
当たりの生産性が悪くなる。逆に酸素モル比が大きくな
るとイソブチレンおよびメタクロレイン以外の酸化副生
物が多くなり、選択率が低下してくる。さらに、燃焼範
囲に入り安全上問題になる場合もある。そこで反応原料
ガス中のイソブタン対酸素のモル比は、通常、約1:
0.05〜1である。
【0014】本発明の方法で用いられる反応原料ガス中
のイソブタン濃度も制限はないが、イソブタン濃度が低
すぎると反応速度が遅く、単位触媒当たりの生産性が悪
くなる。反応原料ガス中のイソブタン濃度は、通常、約
10〜95容量%である。
【0015】反応温度はイソブタン濃度、反応原料ガス
中のモル比、接触時間により異なるが、通常、約300
℃〜600℃、好ましくは約400℃〜500℃の範囲
である。反応圧力は通常、約1〜50bar、好ましく
は約1〜3barの範囲である。
【0016】本発明の方法は、固定床、移動床、流動床
等いずれの反応形式でも実施できる。
【0017】
【実施例】次に実施例により本発明をさらに詳細に説明
するが、本発明がこれらに限定されるものではない。
尚、本発明に於いて転化率(%)および選択率(%)は
それぞれ次式で求めた。
【0018】実施例1 まず特開昭50−105606号公報(日本化薬)の実
施例3に記載された触媒調製法に準じて、モリブデン、
ビスマス、鉄、コバルト、ニッケル、セシウムおよび酸
素からなる複合酸化物(酸素を除く原子比:Mo12Bi
1 Fe1 Co6Ni2 Cs0.14)を調製した。これをN
K−1とする。NK−1の粉末95gを硝酸ガリウム
〔Ga(NO3 3 ・8H2 O〕21.3ggを200
gの水に溶解した溶液に投入混合した後、蒸発乾固し空
気中、550℃、5時間焼成してGa2 3 を5重量%
含む触媒を得た。
【0019】この触媒を14〜32メッシュに整粒した
もの4.5g(4.3ml)を内径10mmのガラス製
反応管に充填し、反応温度を450℃に保ちイソブタン
/酸素/窒素のモル比が75/5/20の混合ガスを9
0ml/minで供給した。SVは1256h-1であ
る。反応生成ガスを分析したところ、イソブタンの転化
率が1.3%、イソブチレンへの選択率が5.3%、メ
タクロレインへの選択率が72.5%であった。
【0020】実施例2 供給混合ガスの組成を、イソブタン/酸素/窒素のモル
比が75/10/15、反応温度が470℃となるよう
に変更した以外は実施例1と同様に操作したところ、イ
ソブタンの転化率が1.7%、イソブチレンへの選択率
が9.0%、メタクロレインへの選択率が63.8%で
あった。
【0021】実施例3 用いる硝酸ガリウムの量を8.5gとした他は実施例1
と同様にしてGa2 3 を2重量%含む触媒を調製し
た。この触媒を14〜32メッシュに整粒したもの4.
4g(4.3ml)を内径10mmのガラス製反応管に
充填し、反応温度を470℃に保ちイソブタン/酸素/
窒素のモル比が75/5/20の混合ガスを30ml/
minで供給した。反応生成ガスを分析したところ、イ
ソブタンの転化率が1.1%、イソブチレンへの選択率
が12.6%、メタクロレインへの選択率が65.4%
であった。
【0022】実施例4 用いる硝酸ガリウムの量を42.7gとした他は実施例
1と同様にしてGa23 を10重量%含む触媒を調製
した。この触媒を14〜32メッシュに整粒したもの
4.45g(4.3ml)を内径10mmのガラス製反
応管に充填し、反応温度を470℃に保ちイソブタン/
酸素/窒素のモル比が75/15/10の混合ガスを1
20ml/minで供給した。このときSVは1677
である。反応生成ガスを分析したところ、イソブタンの
転化率が2.6%、イソブチレンへの選択率が8.0
%、メタクロレインへの選択率が60.7%であった
【0023】実施例5 硝酸ガリウムを空気中、550℃、5時間焼成して酸化
ガリウム(Ga2 3)を得た。これを1gとNK−1
を19gとを乳鉢で混合して触媒を得た。この触媒を1
4〜32メッシュに整粒したもの4.58g(4.3m
l)を内径 mmのガラス製反応管に充填し、反応温度
を430℃に保ちイソブタン/酸素/窒素のモル比が7
5/5/20の混合ガスを90ml/minで供給し
た。反応生成ガスを分析したところ、イソブタンの転化
率が1.5%、イソブチレンへの選択率が7.0%、メ
タクロレインへの選択率が46.4%であった
【0024】比較例1 NK−1のみを3.74g(4.3ml)を用い、反応
温度を410℃にした他は実施例1と同じ反応条件で反
応操作を行った。 その結果、イソブタンの転化率が
1.4%、イソブチレンへの選択率が7.1%、メタク
ロレインへの選択率が27.3%であった。このとき酸
素反応率は93.4%であり、COとCO2の合計選択
率は56.2%であった。
【0025】比較例2 硝酸ガリウム2.13 gを水50gに溶解した溶液と
20%シリカゾル47.5gを混合し、蒸発乾固した
後、空気中、550℃、5時間焼成し5wt%GaGa2
3 /SiO2 を得た。この触媒2.47g(4.3m
l)を用い、実施例1と同じ反応条件で反応操作を行っ
た。その結果、イソブタンの転化率が1.0%、イソブ
チレンへの選択率が61.1%であり、メタクロレイン
の生成は観測されなかった。
【0026】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明方法によれ
ば、モリブデン、ビスマス、鉄およびコバルトまたはニ
ッケルよりなる複合酸化物とガリウムの酸化物とを共存
させてなる触媒を用いることにより、イソブタンからイ
ソブチレンおよびメタクロレイン、とくにメタクロレイ
ンを良好な選択性をもって得ることができるもので、そ
の産業上の利用価値は頗る大である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI // C07B 61/00 300 B01J 23/82 Z

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 触媒の存在下にイソブタンを分子状酸素
    で気相接触反応させてイソブチレンおよびメタクロレイ
    ンを製造する方法において、触媒としてガリウム酸化物
    と少なくともモリブデン、ビスマス、鉄およびコバルト
    またはニッケルを含有する複合酸化物とを共存させた触
    媒を用いることを特徴とするイソブチレンおよびメタク
    ロレインの製造方法。
  2. 【請求項2】 モリブデン、ビスマス、鉄およびコバル
    トまたはニッケルを含有する複合酸化物にガリウムを含
    む溶液またはスラリーを含浸した後乾燥、焼成して得ら
    れる触媒を用いる請求項1記載のイソブチレンおよびメ
    タクロレインの製造方法。
  3. 【請求項3】 複合酸化物が一般式、Moa Wb Bic
    Fed Ae Bf CgDh Ox (式中、Moはモリブデ
    ン、Wはタングステン、Biはビスマス、Feは鉄、A
    はニッケルおよびコバルトからなる群から選ばれた少な
    くとも1種の元素、Bはアルカリ金属、アルカリ土類金
    属およびタリウムからなる群より選ばれた少なくとも1
    種の元素、Cはリン、テルル、アンチモン、スズ、セリ
    ウム、鉛、ニオブ、マンガンおよび亜鉛からなる群から
    選ばれた少なくとも1種の元素、Dはシリコン、アルミ
    ニウム、チタニウムおよびジルコニウムからなる群から
    選ばれた少なくとも1種の元素およびOは酸素を表す。
    また、a,b,c,d,e,f,g,h,xはそれぞれ
    Mo,W,Bi,Fe,A,B,C,DおよびOの原子
    数を表し、a=12と固定したとき、b=0〜10、c
    =0.1〜10、d=0.1〜20、e=2〜20、f
    =0〜10、g=0〜4、h=0〜30およびxは各々
    の元素の酸化状態により定まる数値をとる。)で表され
    る請求項1記載のイソブチレンおよびメタクロレインの
    製造方法。
  4. 【請求項4】 触媒に含まれるガリウム酸化物の量が2
    重量%〜20重量%の範囲である請求項1記載のイソブ
    チレンおよびメタクロレインの製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020013064A1 (ja) * 2018-07-09 2020-01-16 日本化薬株式会社 触媒及びそれを用いた化合物の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020013064A1 (ja) * 2018-07-09 2020-01-16 日本化薬株式会社 触媒及びそれを用いた化合物の製造方法
JPWO2020013064A1 (ja) * 2018-07-09 2021-08-05 日本化薬株式会社 触媒及びそれを用いた化合物の製造方法

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