JPH1036311A - α,β−不飽和カルボン酸の製造方法 - Google Patents

α,β−不飽和カルボン酸の製造方法

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JPH1036311A
JPH1036311A JP8196626A JP19662696A JPH1036311A JP H1036311 A JPH1036311 A JP H1036311A JP 8196626 A JP8196626 A JP 8196626A JP 19662696 A JP19662696 A JP 19662696A JP H1036311 A JPH1036311 A JP H1036311A
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carboxylic acid
reaction
hydrocarbon
reactor
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JP8196626A
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Takashi Ushikubo
孝 牛窪
Kazunori Oshima
一典 大島
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルカンの気相接触酸化によるα,β−不飽
和カルボン酸の製造において、該カルボン酸を選択性よ
く製造する方法の提供。 【解決手段】 炭素数3〜8の脂肪族飽和炭化水素を複
合金属酸化物触媒の存在下、気相接触酸化反応させて、
α,β−不飽和カルボン酸を製造する方法において、原
料ガス中の前記炭化水素の濃度が約4〜90容量%であ
ること、反応器内に供給される反応ガスの組成体積比
が、 【数1】前記炭化水素:酸素:希釈ガス=1:0.1〜
1.9:0〜20 であること、且つ供給した前記炭化水素の転化率を約7
0%以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、α,β−不飽和カ
ルボン酸の製造方法に関する。詳しくは、本発明は、脂
肪族飽和炭化水素(以下、アルカンと略記することがあ
る)の気相接触酸化によるα,β−不飽和カルボン酸の
製造において、特定の反応条件を採用することにより選
択性よくα,β−不飽和カルボン酸を製造する方法に関
する。アクリル酸、メタクリル酸等のα,β−不飽和カ
ルボン酸類は、各種合成樹脂、塗料、可塑剤等の原料と
して工業的に重要である。
【0002】
【従来の技術】これらα,β−不飽和カルボン酸の製造
法としては、従来、プロピレン、イソブテン等のオレフ
ィンを触媒の存在下で酸素と気相において高温で接触反
応させる方法が最も一般的な方法として知られている。
一方、プロパンとプロピレンとの間の価格差、或いはイ
ソブタンとイソブテンとの間の価格差のために、プロパ
ン、イソブタン等の低級アルカンを出発原料とし、触媒
の存在下で気相接触酸化反応させ、一段でアクリル酸、
メタクリル酸を製造する方法の開発に関心が高まってい
る。
【0003】プロパンを気相接触酸化反応させることに
より一段でアクリル酸を製造するための触媒の例とし
て、Mo−Sb−P−O系触媒(欧州特許第00109
02号明細書)、V−P−Te−O系触媒(相ら,Jo
urnal of Catalysis,1986年,
Vol.101,p.389)、Bi−Mo−O触媒
(特開平3−170445号公報)、ピリジンで処理さ
れたモリブドリン酸触媒(上田ら,Chemistry
Letters,1995年,p.541)、Fe−
Cs−H−P−V−Mo−O系触媒(水野ら,Appl
ied Catalysis A:General,1
995年,Vol.128,p.L165)が知られて
おり、一方、イソブタンを気相接触酸化反応させること
により一段でメタクリル酸を製造する触媒として、P−
Mo−V−O触媒(特開平2−42032号公報)及び
関連する触媒(特開平2−42033号公報、特開平4
−59738号公報等)、Cs−Ni−H−P−Mo−
O触媒(水野ら,Journal of Chemic
al Society Chemical Commu
nication,1994年,p.1411)、アン
モニウム及びカリウムを含むモリブドリン酸触媒(F.
Cavaniら,Catalysis Letter
s,1995年,Vol.32,p.215)等が知ら
れている。これらの他、本発明者等もMo−V−Nb−
Te−O系触媒(特開平6−279351号公報、特開
平7−10801号公報)等を報告している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法はいずれも目的とするα,β−不飽和カルボン酸
への選択性が低く、満足できるものではない。本発明の
課題は、アルカンの気相接触酸化によるα,β−不飽和
カルボン酸の製造において、選択性よく該カルボン酸を
製造する方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、プロパ
ン、イソブタン等のアルカンを原料とするα,β−不飽
和カルボン酸の製造方法について、目的生成物への選択
性を高めるために、触媒、並びに本反応の特性を詳細に
研究した結果、供給される反応ガス中のアルカン:酸素
の濃度の比を特定の範囲とし、特に、アルカンの濃度を
所定の値以上とし、更に、供給したアルカンの転化率を
所定の値以下に抑えることにより従来法よりも高い選択
率でα,β−不飽和カルボン酸を生成すること、また、
反応器からの流出物中のα,β−不飽和カルボン酸を分
離した後、未反応のアルカンを含むガスを再度反応器に
供給することにより、実質的に高いアルカンからのα,
β−不飽和カルボン酸の収率を達成させることを見出
し、本発明を完成するに至った。
【0006】即ち、本発明は、炭素数3〜8の脂肪族飽
和炭化水素を複合金属酸化物触媒の存在下、気相接触酸
化反応させて、α,β−不飽和カルボン酸を製造する方
法において、原料ガス中の前記炭化水素の濃度が約4〜
90容量%であること、反応器内に供給される反応ガス
の組成体積比が、
【0007】
【数3】前記炭化水素:酸素:希釈ガス=1:0.1〜
1.9:0〜20
【0008】であること、且つ供給した前記炭化水素の
転化率を約70%以下とすることを特徴とするα,β−
不飽和カルボン酸の製造方法、にある。以下、本発明を
詳細に説明する。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明では反応器に供給される原
料ガスの組成モル分率、特にアルカンの濃度、及び反応
におけるアルカンの転化率を所定の範囲とすることによ
り目的とするα,β−不飽和カルボン酸の選択率が高ま
ることを述べている。その理由の詳細については明らか
ではないが、α,β−不飽和カルボン酸の生成、及び分
解の速度を各種触媒を使用して詳細に解析したところ、
生成したα,β−不飽和カルボン酸の逐次的な分解の速
度がアルカンの転化率が高まると大きくなることが判明
し、α,β−不飽和カルボン酸の逐次的な分解を抑制
し、選択率を高めるために本発明で提案する70%以下
のアルカンの転化率が有効である。また、本発明におい
ては、70%以下のアルカンの転化率で操作されるた
め、反応器に供給される原料ガス中のアルカンの濃度を
高め単流におけるα,β−不飽和カルボン酸の生成量を
高める方が有利である。更に、図1に示すように反応器
からの流出物からα,β−不飽和カルボン酸を分離した
後、未反応のアルカンを含むガス状物質を再度反応器に
供給するか、或いは、図2に示すように反応器を複数設
けて、未反応のアルカンを第2段目の反応器に供給し、
このように複数の反応器を設けることによりα,β−不
飽和カルボン酸に変換されるアルカンの実質的な量が増
大するため有利になる。
【0010】前記したように原料ガス中のアルカンの濃
度は約4〜90容量%、好ましくは5〜50容量%であ
り、また、反応器に供給される反応ガスの組成体積比
が、アルカン:酸素:希釈ガス=1:0.1〜1.9:
0〜20、好ましくは、1:0.2〜1.8:0〜15
であり、ここで、希釈ガスとは気相接触酸化反応に実質
的に関与しないガスである、具体的には、窒素、アルゴ
ン、ヘリウム、二酸化炭素、水蒸気等を使用することが
可能である。
【0011】本発明で使用される反応器は特に制限され
ず、固定床、流動層、移動床等いずれも採用できるが、
発熱反応であるため、流動層方式が反応温度の制御が容
易であり最も一般的に使用される。本反応は通常大気圧
下で実施されるが、低度の加圧下又は減圧下で行うこと
もできる。また、反応温度は、300〜500℃で実施
することができ、特に好ましいのは350〜470℃程
度である。気相反応におけるガス空間速度SVは、通常
100〜10000h-1、好ましくは300〜2000
-1の範囲である。
【0012】反応器からの流出物からα,β−不飽和カ
ルボン酸を分離した後、未反応のアルカンを含むガス状
物質を再度反応器に供給する際に反応で副生したC
2 、CO及び反応器に供給された原料ガス中の非凝縮
性の希釈ガス、具体的には空気を供給した場合の窒素等
を除去すると反応器に再度供給されるアルカンを含むガ
ス中への不活性ガスの蓄積を防止することができる。言
い替えると反応に有効な炭化水素類を選択的に取り出す
分離器を備えると実質的にα,β−不飽和カルボン酸に
変換されるアルカンの量を高めることが可能であり、そ
の選択的分離器としては、例えば、圧力スイング吸着ユ
ニット等が挙げられる。なお、この分離の際に反応で少
量生成したアルケン、具体的にはプロパンを原料とした
場合に生成するプロピレンはプロパンと共に再度反応器
に供給しアクリル酸に転化させることが可能である。
【0013】また、本発明において使用される触媒は特
に制限されないが、モリブデン、バナジウム、X、Y及
びOからなる複合金属酸化物触媒であって(Xはテルル
及びアンチモンの中の少なくとも一種の元素を表わし、
Yはニオブ、タンタル、タングステン、チタン、アルミ
ニウム、ジルコニウム、クロム、マンガン、鉄、ルテニ
ウム、コバルト、ロジウム、ニッケル、パラジウム、白
金、ビスマス、ホウ素、インジウム、リン、希土類元
素、アルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から
選ばれた少なくとも一種の元素を表わす)、酸素を除く
上記必須成分の合計モル数に対する各必須成分の存在割
合が、次式
【0014】
【数4】0.25<rMo<0.98 0.003<rV <0.5 0.003<rX <0.5 0.003<rY <0.5
【0015】(但し、rMo、rV 、rX 及びrY は酸素
を除く上記必須成分の合計モル数に対するMo、V、X
及びYのモル分率を表わす)を満たす複合金属酸化物で
あることが好ましく、また、YがNb、Ta、Ti又は
Biの少なくとも一種であるときが特に好ましい。この
複合金属酸化物触媒は既に報告されているアルカンから
α,β−不飽和カルボン酸を製造する触媒に比べ、α,
β−不飽和カルボン酸の収率、選択率が優れ、本発明で
提案するような反応方式を採用せず、例えば、アルカン
の転化率を70%以上で実施することも可能であるが、
触媒の性能を向上させるべく反応特性についても注目し
鋭意検討を進めたところ、本発明で提案するような方法
を採用することにより、一層α,β−不飽和カルボン酸
の生産効率が高まることが見出され本発明に至ったもの
である。
【0016】
【実施例】以下、本発明を、実施例を挙げて更に詳細に
説明するが、本発明はその要旨を超えない限りこれらの
実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例
における転化率(%)、選択率(%)及び収率(%)
は、各々次式で示される。
【0017】
【数5】アルカンの転化率(モル%)=(消費アルカン
のモル数/供給アルカンのモル数)×100
【0018】
【数6】目的α,β−不飽和カルボン酸の選択率(モル
%)=(生成目的α,β−不飽和カルボン酸のモル数/
消費アルカンのモル数)×100
【0019】
【数7】目的α,β−不飽和カルボン酸の収率(モル
%)=(生成目的α,β−不飽和カルボン酸のモル数/
供給アルカンのモル数)×100
【0020】参考例1 複合酸化物触媒(Mo1 0.3
Te0.23Nb0.12n )の調製 実験式Mo1 0.3 Te0.23Nb0.12n を有する複合
金属酸化物を次のように調製した。温水325mlに7
8.9gのパラモリブデン酸アンモニウム塩、15.7
gのメタバナジン酸アンモニウム塩、23.6gのテル
ル酸を溶解し均一な水溶液を調製した。更にニオブの濃
度が0.456mol/kgのシュウ酸ニオブアンモニ
ウム水溶液117.5gを混合し、スラリーを調製し
た。このスラリーを乾燥させ水分を除去した。次いでこ
の乾燥物をアンモニア臭がなくなるまで約300℃で加
熱処理した後、窒素気流中600℃で2時間焼成した。
このようにして得た複合金属酸化物を30gを乳鉢中で
粉砕し、その粉末を100mlの水に分散させ水溶性ス
ラリーを得た。このスラリーを加熱処理することにより
粉末固体を得た。この固体を打錠成型器を用いて5mm
φ×3mmLに成型した後、粉砕し16〜28メッシュ
に篩分けし、窒素気流中600℃で2時間焼成した。
【0021】実施例1 固定床流通型反応器に参考例1に記したようにして調製
された複合酸化物触媒Mo1 0.3 Te0.23Nb0.12
n を100mg充填し、温度420℃の下で、プロパ
ン:空気:水蒸気=1:4:12(プロパン濃度:5.
9容量%)、触媒単位重量当りのプロパン供給量が1.
86kg/kg−触媒となるように気相接触酸化反応を
行った。その結果、プロパンの転化率は15.0モル
%、アクリル酸の収率は9.7モル%であり、プロピレ
ンが4.1モル%の収率で生成した。アクリル酸の選択
率は64.7モル%であり、プロピレンの選択率は2
7.3モル%である。ここで反応器から流出した生成物
の中、アクリル酸、及び少量の酢酸を水に吸収させて回
収した後、排出されたガスから大部分のプロパンを分
離、回収して再度反応器に上記した反応ガス組成になる
ように、プロパン、及び空気を添加して気相接触酸化反
応を行ったところ、上記したものとほぼ同様の反応結果
が得られた。
【0022】実施例2〜5 実施例1における反応温度、反応器に供給されるガス組
成を表−1に示すように変化させた下で実施例1と同様
にプロパンの気相接触酸化反応を行った。その結果を表
−1に示す。
【0023】
【表1】 PPA:プロパン; PPY:プロピレン; AA: アクリル酸
【0024】比較例1〜3 実施例1に記したものと同様の固定床流通型反応器に参
考例1に記したようにして調製された複合酸化物触媒M
1 0.3 Te0.23Nb0.12n を610mg充填し、
温度380℃、400℃、420℃の下で、プロパン:
空気:水蒸気=1:15:14(プロパン濃度:3.3
容量%)、触媒単位重量当りのプロパン供給量が0.1
0kg/kg−触媒となるように気相接触酸化反応を行
った。結果を表−2に示す。
【0025】
【表2】
【0026】参考例2 複合酸化物触媒(Mo1 0.3
Te0.15Nb0.06n )の調製 実験式Mo1 0.3 Te0.15Nb0.06n を有する複合
金属酸化物を次のように調製した。温水325mlに7
8.9gのパラモリブデン酸アンモニウム塩、15.7
gのメタバナジン酸アンモニウム塩、15.4gのテル
ル酸を溶解し均一な水溶液を調製した。更にニオブの濃
度が0.456mol/kgのシュウ酸ニオブアンモニ
ウム水溶液58.8gを混合し、スラリーを調製した。
このスラリーを乾燥させ水分を除去した。次いでこの乾
燥物を打錠成型器を用いて5mmφ×3mmLに成型し
た後、粉砕し16〜28メッシュに篩分けし、アンモニ
ア臭がなくなるまで約300℃で加熱処理した後、窒素
気流中600℃で2時間焼成した。
【0027】実施例6〜9 参考例2に記したようにして調製された複合酸化物触媒
(Mo1 0.3 Te0. 15Nb0.06n )を用いて、実施
例1と同様の触媒量、供給反応ガス比の下で、反応温度
を400℃、420℃、430℃、440℃としてプロ
パンの気相接触酸化反応を行った。その結果を表−3に
示す。
【0028】実施例10 反応ガス組成比をプロパン:空気:水蒸気=1:4:1
2(プロパン濃度:20容量%)とした以外は実施例7
と同様の触媒、反応条件の下でプロパンの気相接触酸化
反応を行った。その結果を表−3に示す。
【0029】
【表3】
【0030】参考例3 複合酸化物触媒(Mo1 0.3
Te0.23Nb0.12Ce0.08n )の調製 実験式Mo1 0.3 Te0.23Nb0.12Ce0.08n を有
する複合金属酸化物を次のように調製した。温水325
mlに78.9gのパラモリブデン酸アンモニウム塩、
15.7gのメタバナジン酸アンモニウム塩、23.6
gのテルル酸を溶解し均一な水溶液を調製した。更にニ
オブの濃度が0.456mol/kgのシュウ酸ニオブ
アンモニウム水溶液117.5g、及び水酸化セリウム
(Ce(OH)4 ・H2 O)8.08gを混合しスラリ
ーを調製した。このスラリーを乾燥させ水分を除去し
た。次いでこの乾燥物を打錠成型器を用いて5mmφ×
3mmLに成型した後、粉砕し16〜28メッシュに篩
分けし、アンモニア臭がなくなるまで約300℃で加熱
処理した後、窒素気流中600℃で2時間焼成した。
【0031】実施例11〜15 参考例3に記したようにして調製された複合酸化物触媒
(Mo1 0.3 Te0. 23Nb0.12Ce0.08n )を用い
て、実施例1と同様の触媒量、供給反応ガス比の下で、
反応温度を410℃、420℃、430℃、440℃、
450℃としてプロパンの気相接触酸化反応を行った。
その結果を表−4に示す。
【0032】
【表4】
【0033】参考例4 複合酸化物触媒(Mo1 0.3
Sb0.15Nb0.05Ce0.02n /SiO2 10重量%)
の調製 実験式Mo1 0.3 Sb0.15Nb0.05Ce0.02n /S
iO2 10重量%を有する複合金属酸化物を次のように
調製した。温水325mlにメタバナジン酸アンモニウ
ム15.7gを溶解し、これに三酸化アンチモン粉末
9.75gを添加し、6時間スラリーを加熱熟成した
後、パラモリブデン酸アンモニウム78.9gを添加し
冷却し、約15℃の下でNbの濃度が2.23mol/
kgのシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液を添加し、更
にシリカの濃度が20重量%のシリカゾルを58.6g
添加した。このスラリーを加熱処理することにより水分
を除去し固体を得た。この固体を空気中400℃で塩分
解した後、打錠成型器を用いて5mmφ×3mmLに成
型した後、粉砕し、16〜28メッシュに篩分けし、窒
素気流中600℃で2時間焼成した。78.9gのパラ
モリブデン酸アンモニウム塩、15.7gのメタバナジ
ン酸アンモニウム塩、23.6gのテルル酸を溶解し均
一な水溶液を調製した。更にニオブの濃度が0.456
mol/kgのシュウ酸ニオブアンモニウム水溶液11
7.5gを混合し、スラリーを調製した。このスラリー
を乾燥させ水分を除去した。次いでこの乾燥物をアンモ
ニア臭がなくなるまで約300℃で加熱処理した後、窒
素気流中600℃で2時間焼成した。このようにして得
た複合金属酸化物を30gを乳鉢中で粉砕し、その粉末
を100mlの水に分散させ水溶性スラリーを得た。こ
のスラリーを加熱処理することにより粉砕固体を得た。
この固体を打錠成型器を用いて5mmφ×3mmLに成
型した後、粉砕し16〜28メッシュに篩分けし窒素気
流中600℃で2時間焼成した。
【0034】実施例16〜20 固定床流通型反応器に参考例4に記したようにして調製
された複合酸化物触媒Mo1 0.3 Sb0.15Nb0.05
0.02n /SiO2 10重量%を150mg充填し、
温度400℃、410℃、420℃、430℃、440
℃の下で、プロパン:空気:水蒸気=1:4:5(プロ
パン濃度:10容量%)、触媒単位重量当りのプロパン
供給量が1.23kg/kg−触媒となるように気相接
触酸化反応を行った。その結果を表−5に示す。
【0035】
【表5】
【0036】比較例4〜5 実施例1に記したものと同様の固定床流通型反応器に参
考例4に記したようにして調製された複合酸化物触媒M
1 0.3 Sb0.15Nb0.05Ce0.02n /SiO2
0重量%を550mg充填し、温度420℃、430℃
の下で、プロパン:空気:水蒸気=1:15:14(プ
ロパン濃度:3.3容量%)、触媒単位重量当りのプロ
パン供給量が0.10kg/kg−触媒となるように気
相接触酸化反応を行った。結果を表−6に示す。
【0037】
【表6】
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、アルカンの気相接触酸
化によるα,β−不飽和カルボン酸の製造において、選
択性よくα,β−不飽和カルボン酸を製造することがで
き、その生産効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一箇の反応器を用いる本発明の一態様を示すフ
ローシートである。
【図2】複数の反応器を用いる本発明の別の一態様を示
すフローシートである。
【符号の説明】
1 気相酸化反応器 2 生成物回収 3 ガス分離
───────────────────────────────────────────────────── 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 B01J 23/652 B01J 23/88 X 23/88 27/198 X 27/198 27/30 X 27/30 2115−4H C07C 51/215 C07C 51/215 C07B 61/00 300 // C07B 61/00 300 B01J 23/64 103X

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素数3〜8の脂肪族飽和炭化水素を複
    合金属酸化物触媒の存在下、気相接触酸化反応させて、
    α,β−不飽和カルボン酸を製造する方法において、原
    料ガス中の前記炭化水素の濃度が約4〜90容量%であ
    ること、反応器内に供給される反応ガスの組成体積比
    が、 【数1】前記炭化水素:酸素:希釈ガス=1:0.1〜
    1.9:0〜20 であること、且つ供給した前記炭化水素の転化率を約7
    0%以下とすることを特徴とするα,β−不飽和カルボ
    ン酸の製造方法。
  2. 【請求項2】 反応器からの流出物中のα,β−不飽和
    カルボン酸等を分離した後、未反応の前記炭化水素を含
    むガス状物質を再度反応器に供給する請求項1に記載の
    方法。
  3. 【請求項3】 複合金属酸化物触媒がモリブデン、バナ
    ジウム、X、Y及びO(Xはテルル及びアンチモンのう
    ちの少なくとも一種の元素を表わし、Yはニオブ、タン
    タル、タングステン、チタン、アルミニウム、ジルコニ
    ウム、クロム、マンガン、鉄、ルテニウム、コバルト、
    ロジウム、ニッケル、パラジウム、白金、ビスマス、ホ
    ウ素、インジウム、リン、希土類元素、アルカリ金属及
    びアルカリ土類金属からなる群から選ばれた少なくとも
    一種の元素を表わす)を必須成分とし、酸素を除く上記
    必須成分の合計モル数に対する各必須成分の存在割合
    が、次式 【数2】0.25<rMo<0.98 0.003<rV <0.5 0.003<rX <0.5 0.003<rY <0.5 (但し、rMo、rV 、rX 及びrY は酸素を除く上記必
    須成分の合計モル数に対するMo、V、X及びYのモル
    分率を表わす)を満たす複合金属酸化物である請求項1
    又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 前記炭化水素がプロパンである請求項1
    ないし3のいずれか1項に記載の方法。
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