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JPH0451227B2 - - Google Patents
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JPH0451227B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0451227B2
JPH0451227B2 JP62219589A JP21958987A JPH0451227B2 JP H0451227 B2 JPH0451227 B2 JP H0451227B2 JP 62219589 A JP62219589 A JP 62219589A JP 21958987 A JP21958987 A JP 21958987A JP H0451227 B2 JPH0451227 B2 JP H0451227B2
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JP
Japan
Prior art keywords
catalyst
silica
surface area
specific surface
silica sol
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP62219589A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH01207136A (en
Inventor
Noboru Hirooka
Tatsuya Nobusawa
Jusaku Arima
Susumu Fujii
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Steel Corp filed Critical Kawasaki Steel Corp
Priority to JP62219589A priority Critical patent/JPH01207136A/en
Publication of JPH01207136A publication Critical patent/JPH01207136A/en
Publication of JPH0451227B2 publication Critical patent/JPH0451227B2/ja
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Furan Compounds (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

<産業上の利用分野> 本発明は、ナフタリンを気相接触酸化して無水
フタル酸を製造する触媒の製造方法に関し、さら
に詳しくは、高活性、耐熱劣化性、耐摩耗性に優
れた、酸化バナジウム、硫酸カリウム、硫酸がシ
リカに担持されているナフタリンの気相接触酸化
用流動触媒の製造方法に関する。 <従来技術> 従来、ナフタリンの気相接触酸化用流動触媒と
しては、酸化バナジウム、カリウム成分、硫酸を
シリカに担持させてなる触媒が使用されており、
かかる触媒の製造方法が種々提案されている。 特公昭40−15096号公報、英国特許第885651号
公報、米国特許第2973371号公報には、ケイ酸カ
リウム溶液にバナジウム酸アンモニウム溶液を加
えて、シリカヒドロゲルとカリウム成分、バナジ
ウム成分の混合スラリーを調製し、次いでこの混
合スラリーに硫酸を混合して中和した後、噴霧乾
燥、焼成して流動触媒を調製する方法(所謂、後
沈着法)が開示されている。 また、英国特許第1053474号公報には、希ケイ
ソーダを硫酸で中和し、ゲル化した後、洗浄して
得られるシリカヒドロゲルを噴霧乾燥して担体を
調製し、これに水酸化カリウム、五酸化バナジウ
ム、硫酸の混合液を担持させて触媒を調製する方
法(所謂、含浸法)が開示されている。 <本発明が解決しようとする問題点> しかし、前記の、特公昭40−15096号公報や、
英国特許第885651号公報、米国特許第2973371号
公報に記載のような後沈着法では、触媒を高活性
化するためにシリカ担体の比表面積を大きくして
も焼成過程で低融点組成物を形成しやすい活性成
分の影響を大きく受けるので、得られる触媒の比
表面積や細孔容積を大きくすることはできない。 実際、シリカ担体の比表面積が200〜850m2/g
のものを用いても触媒の比表面積は75m2/g以下
のものしか得られず、また、比表面積が大きいシ
リカ担体を用いるほど得られる触媒の細孔容積は
小さくなるということが記載されている。 即ち、これらの方法では所望の高い比表面積、
細孔容積を有する触媒を製造することはできな
い。しかし、ナフタリンの気相接触酸化法におい
て、最高反応温度を低くし、また無水フタル酸の
収率を向上させるためには触媒の比表面積を高く
することが必要とされるので、これらの方法はナ
フタリンの気相接触酸化用の触媒の製造方法とし
て十分なものではなかつた。 さらに従来のケイ酸カリウムとバナジウム酸ア
ンモニウムからシリカヒドロゲルを調製する後沈
着方法では、ゲル化する組成に制約があるため、
得られる触媒の組成に制約が生じるので高活性な
触媒を得られないという問題点もあつた。 一方、また含浸法では調製される触媒は、触媒
粒子内での活性成分の分布が不均一であり、触媒
粒径により活性成分の含有量も異なつてしまう。
従つて、触媒使用時に触媒の局部的発熱が生じ、
活性成分であるV2O5のシンタリングやSO3の飛
散を生じさせるので、耐熱性に劣り、触媒の性能
劣化が大きいという問題点があつた。特に、一般
に市販されている破砕シリカ粒子に活性成分を含
浸させた触媒では、耐摩耗性に劣るという性質と
共に、調製法に起因する活性成分の分布状態の不
均一性による問題が著しかつた。 これに対し、含浸法で、活性成分が均一に担持
された触媒を得るためには、比表面積及び細孔容
積の非常に大きい担体を使用すればよい。 しかし、そのような担体に活性成分を含浸して
得られる触媒は、嵩密度が過小になり、耐摩耗性
が著しく劣る。従つて、触媒使用時には触媒の比
表面積が小さくなつてしまい、結局触媒の性能劣
化をきたしてしまうという問題点があつた。 一方、米国特許第2941957号公報には、触媒の
耐摩耗性を改良するために、ケイ酸ソーダを非水
溶媒中で球形化したシリカ担体を用いることが述
べられている。しかし、この方法で得られるシリ
カ担体は、比表面積、細孔容積などの性状が制約
されると共に、含浸法で調製されるため、活性成
分の分布状態が不均一になるという問題点が解決
されないままであつた。 上記のように、従来のケイ酸カリウムの如きケ
イ酸アルカリを中和して得られるシリカヒドロゲ
ルをシリカ源に用いる後沈着法では、調製される
触媒組成が制約されまた、高い比表面積の触媒が
得られ難いという問題点を有し、また、予めシリ
カ担体を調製してから使用する含浸法では、調製
される触媒は耐摩耗性が劣り、高い比表面積の触
媒を得難いことに加えて、活性成分が均一に担持
され難いので耐熱性にも劣り、性能劣化が大きい
などの問題点を有していた。 本発明はかかる問題点を解決しようとするもの
であつて、高比表面積で適当な細孔容積、嵩密度
を有し、活性成分が均一に担持され、耐摩耗性、
耐熱劣化性に優れた高活性のナフタリンの気相接
触酸化用流動触媒の製造方法を提供することを目
的とする。 換言すれば、本発明は触媒の比表面積、細孔容
積、嵩密度を任意に調整して製造することが可能
であり、またナフタリンの流動床法による気相接
触酸化における広範囲の反応条件の変動にも対応
できるような優れた耐熱性を有する触媒を製造す
るナフタリンの気相接触酸化用流動触媒の製造方
法を提供することを目的とする。 <問題点を解決するための手段> 本発明者らは、従来の触媒の製造方法に伴う問
題点を解決すべく鋭意研究を行つた結果、触媒の
担体となるシリカの原料として、一般にシリカゾ
ルと称されることのあるポリケイ酸液、(低濃度
のケイ酸ソーダやケイ酸カリを中和したりあるい
はイオン交換した直後のポリケイ酸を含むゾルで
あつて、非常に不安定なもの)を使用することな
く、平均粒径が4〜50nmのコロイダルシリカを
含有するシリカゾルから特定の方法で得られるヒ
ドロゲルを使用すればよいことを見い出し本発明
を成すに至つた。 即ち、本発明は、ナフタリンの気相接触酸化用
流動触媒を、シリカ源、バナジウム化合物、カリ
ウム化合物および硫酸化合物を混合後、噴霧乾
燥、焼成することにより製造方法において、該シ
リカ源として平均粒子径が4〜50nmのコロイダ
ルシリカを含有するシリカゾルに酸を添加して酸
性とした後、塩基を添加して該シリカゾルのPHを
6〜11に調整し、加熱して得られるシリカヒドロ
ゲルを用いることを特徴とするナフタリンの気相
接触酸化用流動触媒の製造方法を提供する。 以下、本発明を詳細に説明する。 本発明ではシリカ源として第1に平均粒径が4
〜50nm、好ましくは4〜25nmのコロイダルシ
リカを含有するシリカゾルを使用する。 ここで、コロイダルシリカとは粒子状のポリケ
イ酸であつて、それをゾルとした場合、静置ある
いは通常の遠心分離によつては沈降しないものを
いう。またその平均粒子径とは次式により求めら
れるものをいう。 平均粒子径(nm)=6000/比表面積(m2/g)×2.
2 式中、比表面積は、G.W.Sears、Analytical
Chemistry Vol28、No.12、Dec.P.1981(1956)に
記載されている苛性ソーダによる滴定法により求
めたものである。 従つて、換言すれば、本発明は比表面積700〜
50m2/gのコロイダルシリカを含有するシリカゾ
ルを使用する。 平均粒子径が4nm未満のコロイダルシリカの
ゾルは、ケイ酸ソーダを中和あるいはイオン交換
した直後のポリケイ酸液に比べれば比較的安定で
あるが、高濃度でのゾルとしての安定性に劣る。
従つて、平均粒子径が4nm未満のコロイダルシ
リカを使用しても低濃度のゾルしか得られず、球
状粒子が得られなくなり、触媒の耐摩耗性や流動
性が不良となるので好ましくない。しかも、この
ようなコロイダルシリカは一般に安定剤として多
量のアルカリ金属を含有しているので触媒活性の
低下の一因となり好ましくない。 さらに、平均粒子径が4nm未満のコロイダル
シリカを含有するシリカゾルを使用すると、触媒
を調整するにあたり、噴霧乾燥して球状粒子に成
形する際、球状の粒子が得られ難く、触媒の耐摩
耗性や流動性が劣るばかりか、触媒の使用時に硫
酸化合物とカリウム化合物による低融点物の影響
を受けて触媒の比表面積、細孔容積が小さくな
り、結局触媒活性が低くなるので好ましくない。 一方、平均粒子径が50nmより大きいコロイダ
ルシリカを用いた場合には、触媒の比表面積が小
さくなり、触媒活性が低くなるばかりか、触媒の
耐摩耗性が低下するので好ましくない。 従つて、本発明においては平均粒子径は、4〜
50nm、好ましくは、4〜25nmの範囲のコロイ
ダルシリカを使用する。 この範囲のコロイダルシリカを使用した場合に
は調整される触媒の比表面積は250〜50m2/gの
範囲にあり、コロイダルシリカの比表面積に応じ
て変化する。即ち比表面積の大きいコロイダルシ
リカを使用することにより比表面積の大きい触媒
を得られる。また、細孔容積、嵩密度も制御で
き、所望の特性の触媒が得られる。 加えて、平均粒子径4〜50nmのコロイダルシ
リカを含有するシリカゾルを使用した場合には調
整される触媒粒子の球形度が高くなり耐摩耗性、
流動性に優れた触媒が得られる。 このようなシリカゾルとしてはアルカリ性条件
下で低分子量ケイ酸を重合して得られるものが使
用できる。かかるシリカゾルはSiO2として20wt
%の高濃度での粘度が50c.P.以下であり、数ケ月
〜数年間安定であることで特徴付けられる。従つ
て、一般にシリカゾルと称されることのある、低
濃度のケイ酸ソーダやケイ酸カリを中和あるいは
イオン交換した直後のポリケイ酸液とは異なる。
即ち、一般にシリカゾルと称されることのあるポ
リケイ酸液は、実質的には非常に低分子量のポリ
ケイ酸のゾルであり、SiO2として7wt%以下の濃
度でなければ、安定なポリケイ酸液が得られず、
また、これらは、数分〜数日経過するとゲル状と
なることで、本発明に用いられるシリカゾルとは
異なる。 本発明で使用できるシリカゾルしてはコロイダ
ルシリカの平均粒子径が4〜50nmである限り市
販のものが使用でき、例えば商品名カタロイドの
S−30H、S−30L、S−20H、S−20L、SI−
45P、SI−50、SI−40、SI−30、SI−350、SI−
550、SN、(以上触媒化成工業(株)製品)、商品名ス
ノーテツクスの−30、−N、−O(以上日産化学工
業(株)製品)、商品名ルドツクスのHS−40、HS−
30、LS、SM−30、TM、AS(以上E.I.Dupont社
製品)などを例示できる。但し、使用にあたつて
は一般にシリカゾルの安定剤として、Na2O/
SiO2(重量比)として0.005〜0.05含まれているナ
トリウムの含有量を予めNa2O/SiO2として0.015
以下程度になるようにし、調製される触媒中の
Na2O量が1.0wt%以下、好ましくは、0.3wt%以
下になるようにすることが好ましい。触媒中の
Na2O量が1.0wt%を超えるとナフタリンの反応
率が低下するので好ましくないからである。 従つて、市販のシリカゾル中、ナトリウム含有
量の少ないカタロイドのS−20L、SN、スノー
テツクスの−O、−NおよびルドツクスのAS、
LS等はそのまま使用することが好適であるが、
他の比較的多くのナトリウムを含有するものは、
予めナトリウムを低減してから使用するのが好ま
しい。 ナトリウムの除去方法としては、陽イオン交換
樹脂による方法、酸で中和後限外濾過膜などを用
いて塩として除去する方法など、周知の方法を用
いることができる。 本発明では上記のようなシリカゾルに、そのPH
が酸性であるか塩基性であるかにかかわらず、1
度酸を加えて酸性のシリカゾルとした後塩基を加
えて中和し、これを加熱して得られるシリカヒド
ロゲルを触媒のシリカ源として使用することを特
徴とする。 このようにシリカゾルを1度酸性にした後中和
してシリカヒドロゲルを得るのは、触媒の担持体
であるシリカを触媒の調製・使用等その後の工程
で変化しないゲル構造のシリカを得るためであ
り、そのために強固に凝集した状態を維持するシ
リカヒドロゲルを得るためである。 このようなシリカヒドロゲルを得るためには、
シリカゾルに酸を加えPHを酸性領域、好ましくは
PH2以下、さらに好ましくはPH1.5以下とした後、
塩基を加えて該シリカゾルのPHを6〜11、好まし
くは6.5〜10に調整するのが良い。 中和PHが6以下ではゲル化の反応が十分でなく
軽質触媒が得られ難いばかりか、撹拌など機械的
な力や噴霧乾燥条件などでシリカヒドロゲルの変
化が大きく、安定した触媒を得ることが困難であ
る。一方中和PHが11以上では、加熱により得られ
る触媒の比表面積が低下し好ましくない。 なお、使用される酸および塩基としては焼成時
に揮発する硝酸、有機酸等の酸およびアンモニ
ア、エタノールアミン、プロピルアミン等の塩基
を例示できるが、残存して触媒の活性成分となる
硫酸、水酸化カリウム等も好適である。 ここで、中和によつて生成する塩の量が稀少過
ぎると強固なゲルが得られない場合があるので、
SiO21g当り0.01g以上、好ましくは0.03g以上
となるよう添加する酸と塩基を加減するのが良
い。 中和時のシリカ濃度については特別な制限はな
いが生産の効率よりSiO2として3〜30%が好ま
しい。 中和後の加熱条件は、それを変えることにより
触媒の細孔容積と嵩密度を制御できるので所望の
触媒形態に応じて定める。 例えば、細孔容積を大きく、従つて嵩密度を小
さくしたい場合には、加熱温度を高く、加熱時間
を長くすればよい。 ただし、加熱温度は60℃以上好ましくは70℃以
上の温度で行うのがよい。60℃未満の温度では安
定なゲルが得られるまでに非常な長時間を要する
ので実用的でない。 加熱の時間は温度が高いほど短時間でよいが、
60℃の温度であれば少なくとも2時間の加熱が必
要である。 以上のようにシリカゾルを酸性にした後中和し
てその中和PHを6〜11と成し、その後加熱するこ
とによつて得られるシリカヒドロゲルを触媒のシ
リカ源とすることにより所望の細孔容積と嵩密度
を有する比表面積の大きな触媒が得られるが、さ
らに上記のようにして得られたシリカヒドロゲル
に当初のシリカゾルを混合した触媒のシリカ源と
してもよい。シリカヒドロゲルとシリカゾルとを
混ぜて用いること、またシリカヒドロゲルとシリ
カゾルと混ぜた後、酸を添加し次いで塩基を添加
し中和して得られるシリカヒドロゲルを用いるこ
とおよびこの操作を数回繰返すことにより触媒の
嵩密度の制御と耐摩耗性の向上を一層図ることが
出来る。 本発明による触媒の製造方法は、上記のような
シリカヒドロゲルと、バナジウム化合物、カリウ
ム化合物、硫酸化合物を混合スラリーとした後、
噴霧乾燥、焼成することよりなる。 本発明に使用されるバナジウム化合物として
は、水に可溶であり、空気中焼成により酸化バナ
ジウムとなるもの、例えば、メタバナジウム酸ア
ンモニウム、硫酸バナジル(オキシ硫酸バナジウ
ム)、酢酸バナジウム、蓚酸バナジウム、蓚酸バ
ナジウムアンモニウム、オキシハロゲン化バナジ
ウムなどをあげることができる。 また本発明に使用されるカリウム化合物として
は、水酸化カリ、硫酸カリ、塩化カリ、硝酸カ
リ、オキシハロゲン化カリ、チオ硫酸カリ、亜硝
酸カリ、亜硫酸カリ、亜硫酸水素カリ、硫酸水素
カリ、シユウ酸カリ、シユウ酸水素カリなどをあ
げることができるが、このうち焼成後の残存成分
が活性成分となるカリウムの硫酸塩が特に好適で
ある。 硫酸化合物としては硫酸、硫酸アンモニウムな
どが使用可能である。 これらのシリカヒドロゲル、バナジウム化合
物、カリウム化合物、硫酸化合物の配合量は触媒
中のシリカの含有量がSiO2として45〜90wt%、
好ましくは、65〜85wt%、活性成分の含有量が
V2O5、K2SO4、およびSO3の和として55〜10wt
%、好ましくは35〜15wt%となるよう各成分を
混合して調製する。 触媒中の活性成分の含有量が10wt%未満の場
合は、触媒の活性が低いので好ましくない。 この場合、活性を高めるため反応温度を高くす
ると選択性の低下、活性の劣化が促進されるので
好ましくない。一方、活性成分の含有量が55wt
%より多い場合は、触媒の嵩密度が大きくなり。
比表面積が低下し、さらに活性成分の結晶化等に
より、活性、流動性が低下するので好ましくな
い。 また、本発明による触媒では、各活性成分の含
有割合は、SO3/K2Oモル比が2.0±0.4、好まし
くは、2.0±0.2、また、K2O/V2O5モル比が4.0
±1.0、好ましくは、4.0±0.4となる範囲に選ばれ
る。 本発明による触媒の製造方法では、混合スラリ
ーを製造するに際して、シリカヒドロゲルおよび
各活性成分の混合順序は、任意に変えることがで
き、2種以上の成分を一緒に水に溶解してもよ
く、またシリカヒドロゲルの保有水分で活性成分
を溶解してもよい。但し、混合スラリー中の水の
量は50〜95wt%とするのがよい。 上記のようにして得られた混合スラリーを、常
法により必要に応じて濃縮して適当な濃度に調整
した後、噴霧乾燥して微細球状粒子を得る。 噴霧乾燥方法としては、公知の方法を採用する
ことができ、乾燥時の温度(乾燥機の出口温度)
は特に制限はないが、100〜200℃が好適である。
噴霧については、得られる球状微細粒子の重量平
均粒子径が60±20μm、粒径分布44μm以下が10
〜40wt%となるように噴霧条件を設定するのが
好ましい。得られた球状粒子は空気中で300〜600
℃、好ましくは400〜550℃の温度で、焼成され
る。 以上のような本発明の製造方法により以下のよ
うな性状の触媒が得られる。 粒子形状 中実球状 嵩密度(g/c.c.) 0.7±0.3 比表面積(m2/g) 150±100 細孔容積(c.c./g) 0.2〜0.6 摩耗率(wt%/15hr) 3以下 重量平均粒子径(μm) 60±20 粒径分布44μm以下(%) 10〜40 触媒粒子内の活性成分の分布 均一 触媒粒子間の活性成分の含有量の分布 均一 上記の性状において、触媒の耐摩耗性は、主に
細孔容積と相関々係があるが、本発明によつて得
られる触媒の摩耗率は3wt%/15hr以下であり、
これは同一細孔容積の従来の後沈着法又は含浸法
による触媒よりも耐摩耗性が優れていることを示
している。このような優れた耐摩耗性は反応に使
用した場合、比表面積の低下を小さくするので触
媒の活性低下を抑制する。 また、本発明による触媒は触媒粒子内の活性成
分の分布および触媒粒子間の活性成分の含有量の
分布が均一なので、反応に使用した場合に触媒上
の局所的発熱により低融点成分が融解し、触媒の
比表面積を低下させて活性低下を生じさせること
もない。このように本発明による触媒の耐熱性が
優れていることは、マツフル炉で600℃、2時間
の熱処理後においても比表面積の低下率が小さ
く、また流動床で長期間使用しても活性低下率が
従来触媒に比較して著しく小さいことから実証さ
れる。 <実施例> 以下に実施例を示し、本発明をさらに具体的に
説明する。 実施例 1 (脱Naシリカゾルの調製) シリカゾルとしてコロイダルシリカの平均粒子
径が5nm、安定剤としてのナトリウムのNa2O/
SiO2(重量比)として0.035含むカタロイドSI−
550(触媒化成工業(株)製)50Kgにイオン交換水を加
えて濃度約10%となるよう希釈した。本液を予め
カラムに充填した7の陽イオン交換樹脂(ダイ
ヤイオンSK−1B、三菱化成工業)層を空塔速度
SV=12hr-1で通過させ、脱Naシリカゾル93Kgを
得た。この脱Naシリカゾルの性状を表1に示す。
また、本ゾルは常温で1ケ月以上ゲル化しなかつ
た。
<Industrial Application Field> The present invention relates to a method for producing a catalyst for producing phthalic anhydride by vapor phase catalytic oxidation of naphthalene. This invention relates to a method for producing a fluidized catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene in which vanadium, potassium sulfate, and sulfuric acid are supported on silica. <Prior art> Conventionally, as a fluidized catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene, a catalyst in which vanadium oxide, a potassium component, and sulfuric acid are supported on silica has been used.
Various methods for producing such catalysts have been proposed. Japanese Patent Publication No. 40-15096, British Patent No. 885651, and U.S. Patent No. 2973371 disclose that an ammonium vanadate solution is added to a potassium silicate solution to prepare a mixed slurry of silica hydrogel, a potassium component, and a vanadium component. A method (so-called post-deposition method) is disclosed in which the mixed slurry is then mixed with sulfuric acid to neutralize it, followed by spray drying and calcination to prepare a fluidized catalyst. In addition, British Patent No. 1053474 discloses that a carrier is prepared by spray-drying the silica hydrogel obtained by neutralizing dilute silica soda with sulfuric acid, gelling it, and washing it. A method for preparing a catalyst by supporting a mixed solution of vanadium and sulfuric acid (so-called impregnation method) is disclosed. <Problems to be solved by the present invention> However, the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 40-15096,
In the post-deposition method described in British Patent No. 885651 and US Patent No. 2973371, even if the specific surface area of the silica support is increased in order to highly activate the catalyst, a low melting point composition is formed during the calcination process. It is not possible to increase the specific surface area or pore volume of the resulting catalyst because it is greatly influenced by active ingredients that are susceptible to oxidation. In fact, the specific surface area of the silica support is 200 to 850 m 2 /g.
It is stated that even if a silica support is used, the specific surface area of the catalyst is only 75 m 2 /g or less, and that the pore volume of the catalyst obtained becomes smaller as a silica support with a larger specific surface area is used. There is. That is, in these methods, the desired high specific surface area,
It is not possible to produce catalysts with pore volumes. However, in the gas phase catalytic oxidation method of naphthalene, it is necessary to lower the maximum reaction temperature and increase the specific surface area of the catalyst in order to improve the yield of phthalic anhydride. This method was not sufficient as a method for producing a catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene. Furthermore, in the conventional post-deposition method of preparing silica hydrogel from potassium silicate and ammonium vanadate, there are restrictions on the composition that can be gelled.
There was also the problem that a highly active catalyst could not be obtained because of restrictions on the composition of the resulting catalyst. On the other hand, in the catalyst prepared by the impregnation method, the distribution of the active component within the catalyst particles is non-uniform, and the content of the active component varies depending on the catalyst particle size.
Therefore, when the catalyst is used, local heat generation occurs in the catalyst,
Since it causes sintering of the active ingredient V 2 O 5 and scattering of SO 3 , it has problems in that it has poor heat resistance and significantly deteriorates the performance of the catalyst. In particular, commercially available catalysts in which crushed silica particles are impregnated with active ingredients have not only poor wear resistance but also serious problems due to non-uniform distribution of the active ingredients due to the preparation method. . On the other hand, in order to obtain a catalyst in which the active ingredient is uniformly supported by the impregnation method, it is sufficient to use a carrier having a very large specific surface area and pore volume. However, a catalyst obtained by impregnating such a carrier with an active ingredient has an extremely low bulk density and extremely poor wear resistance. Therefore, when the catalyst is used, the specific surface area of the catalyst becomes small, resulting in a problem that the performance of the catalyst is eventually deteriorated. On the other hand, US Pat. No. 2,941,957 describes the use of a silica carrier prepared by spheroidizing sodium silicate in a non-aqueous solvent in order to improve the wear resistance of the catalyst. However, the silica carrier obtained by this method has limited properties such as specific surface area and pore volume, and because it is prepared by an impregnation method, it does not solve the problem of uneven distribution of active ingredients. It was still there. As mentioned above, in the conventional post-deposition method using silica hydrogel obtained by neutralizing an alkali silicate such as potassium silicate as a silica source, the catalyst composition to be prepared is limited, and the catalyst with a high specific surface area is In addition, with the impregnation method in which a silica carrier is prepared in advance and then used, the prepared catalyst has poor abrasion resistance and is difficult to obtain a catalyst with a high specific surface area. Since it is difficult to uniformly support the components, there are problems such as poor heat resistance and large performance deterioration. The present invention aims to solve such problems, and has a high specific surface area, appropriate pore volume and bulk density, uniform support of active ingredients, wear resistance,
The object of the present invention is to provide a method for producing a highly active fluidized catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene that has excellent heat deterioration resistance. In other words, in the present invention, the specific surface area, pore volume, and bulk density of the catalyst can be adjusted as desired, and the reaction conditions can be varied over a wide range in the gas phase catalytic oxidation of naphthalene using the fluidized bed method. It is an object of the present invention to provide a method for producing a fluidized catalyst for gas-phase catalytic oxidation of naphthalene, which produces a catalyst having excellent heat resistance that can be used in the gas phase catalytic oxidation of naphthalene. <Means for Solving the Problems> As a result of intensive research to solve the problems associated with conventional catalyst manufacturing methods, the present inventors have found that silica sol is generally used as a raw material for silica, which serves as a catalyst support. Polysilicic acid solution (a sol containing polysilicic acid immediately after neutralizing or ion-exchanging low-concentration sodium silicate or potassium silicate, which is extremely unstable) is used. The present inventors have discovered that it is sufficient to use a hydrogel obtained by a specific method from a silica sol containing colloidal silica with an average particle size of 4 to 50 nm, and have accomplished the present invention. That is, the present invention provides a method for producing a fluidized catalyst for gas-phase catalytic oxidation of naphthalene by mixing a silica source, a vanadium compound, a potassium compound, and a sulfuric acid compound, and then spray-drying and calcining the fluidized catalyst for the gas-phase catalytic oxidation of naphthalene. After adding an acid to a silica sol containing colloidal silica with a diameter of 4 to 50 nm to make it acidic, adding a base to adjust the pH of the silica sol to 6 to 11, and heating, the resulting silica hydrogel is used. A method for producing a fluid catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene is provided. The present invention will be explained in detail below. In the present invention, the first silica source has an average particle size of 4
A silica sol containing colloidal silica of ~50 nm, preferably 4-25 nm is used. Here, colloidal silica is particulate polysilicic acid that, when made into a sol, does not settle when left standing or by ordinary centrifugation. Further, the average particle diameter is determined by the following formula. Average particle diameter (nm) = 6000/specific surface area (m 2 /g) x 2.
2 In the formula, the specific surface area is GWSears, Analytical
It was determined by the titration method using caustic soda described in Chemistry Vol. 28, No. 12, Dec. P. 1981 (1956). Therefore, in other words, the present invention has a specific surface area of 700~
A silica sol containing 50 m 2 /g of colloidal silica is used. A sol of colloidal silica with an average particle diameter of less than 4 nm is relatively stable compared to a polysilicate solution immediately after neutralizing or ion-exchanging sodium silicate, but it is inferior in stability as a sol at high concentrations.
Therefore, even if colloidal silica with an average particle diameter of less than 4 nm is used, only a low concentration of sol can be obtained, spherical particles cannot be obtained, and the abrasion resistance and fluidity of the catalyst will be poor, which is not preferable. Moreover, such colloidal silica generally contains a large amount of alkali metal as a stabilizer, which is undesirable as it contributes to a decrease in catalytic activity. Furthermore, if a silica sol containing colloidal silica with an average particle diameter of less than 4 nm is used, it will be difficult to obtain spherical particles when spray-drying and shaping the catalyst into spherical particles, resulting in poor wear resistance of the catalyst. Not only is the fluidity poor, but when the catalyst is used, the specific surface area and pore volume of the catalyst are reduced due to the influence of low-melting substances such as sulfuric compounds and potassium compounds, which ultimately leads to a decrease in catalytic activity, which is undesirable. On the other hand, when colloidal silica having an average particle diameter of more than 50 nm is used, the specific surface area of the catalyst becomes small, which not only lowers the catalytic activity but also reduces the abrasion resistance of the catalyst, which is not preferable. Therefore, in the present invention, the average particle diameter is 4 to 4.
Colloidal silica in the range of 50 nm, preferably 4 to 25 nm, is used. When colloidal silica in this range is used, the specific surface area of the catalyst to be prepared is in the range of 250 to 50 m 2 /g, and varies depending on the specific surface area of the colloidal silica. That is, by using colloidal silica with a large specific surface area, a catalyst with a large specific surface area can be obtained. Moreover, the pore volume and bulk density can also be controlled, and a catalyst with desired characteristics can be obtained. In addition, when a silica sol containing colloidal silica with an average particle diameter of 4 to 50 nm is used, the sphericity of the adjusted catalyst particles increases, resulting in improved wear resistance and
A catalyst with excellent fluidity can be obtained. As such a silica sol, one obtained by polymerizing low molecular weight silicic acid under alkaline conditions can be used. Such silica sol is 20wt as SiO 2
% and is characterized by a viscosity of less than 50 c.P. and stability for months to years. Therefore, it is different from a polysilicate solution immediately after neutralizing or ion-exchanging low concentration sodium silicate or potassium silicate, which is generally called silica sol.
In other words, polysilicate liquid, which is generally referred to as silica sol, is essentially a sol of polysilicate with a very low molecular weight, and unless the concentration of SiO 2 is less than 7wt%, stable polysilicate liquid cannot be obtained. Not obtained,
Moreover, these differ from the silica sol used in the present invention in that they become gel-like after several minutes to several days. As the silica sol that can be used in the present invention, commercially available silica sol can be used as long as the average particle size of the colloidal silica is 4 to 50 nm. SI−
45P, SI−50, SI−40, SI−30, SI−350, SI−
550, SN, (products of Catalysts Kasei Kogyo Co., Ltd.), -30, -N, -O (products of Nissan Chemical Industries, Ltd.) under the trade name Snotex, HS-40, HS- under the trade name Rudotx
Examples include 30, LS, SM-30, TM, and AS (all EIDupont products). However, when using it, Na 2 O/
0.005 to 0.05 as SiO 2 (weight ratio) The content of sodium contained in advance is 0.015 as Na 2 O / SiO 2
In the prepared catalyst,
It is preferable that the amount of Na 2 O is 1.0 wt% or less, preferably 0.3 wt% or less. in catalyst
This is because if the amount of Na 2 O exceeds 1.0 wt%, the reaction rate of naphthalene will decrease, which is not preferable. Therefore, among the commercially available silica sol, Cataloid S-20L, SN, Snotex -O, -N and Rudotux AS, which have low sodium content,
It is preferable to use LS etc. as is, but
Other foods containing relatively large amounts of sodium include
It is preferable to reduce sodium before use. As a method for removing sodium, well-known methods can be used, such as a method using a cation exchange resin, and a method in which sodium is neutralized with an acid and then removed as a salt using an ultrafiltration membrane or the like. In the present invention, the silica sol as described above has a pH of
1 regardless of whether it is acidic or basic.
The method is characterized in that the silica hydrogel obtained by adding acid to make an acidic silica sol, neutralizing it by adding a base, and heating it is used as a silica source for a catalyst. The reason why silica sol is made acidic once and then neutralized to obtain silica hydrogel is to obtain silica with a gel structure that does not change during subsequent steps such as preparation and use of the catalyst. This is to obtain a silica hydrogel that maintains a strongly aggregated state. To obtain such silica hydrogel,
Add acid to silica sol to adjust the pH to acidic range, preferably
After setting the pH to 2 or less, more preferably 1.5 or less,
It is advisable to adjust the pH of the silica sol to 6-11, preferably 6.5-10 by adding a base. If the neutralization pH is below 6, the gelation reaction will not be sufficient and it will be difficult to obtain a light catalyst, and the silica hydrogel will change significantly due to mechanical forces such as stirring or spray drying conditions, making it difficult to obtain a stable catalyst. Have difficulty. On the other hand, if the neutralization pH is 11 or more, the specific surface area of the catalyst obtained by heating decreases, which is not preferable. Examples of acids and bases used include acids such as nitric acid and organic acids that volatilize during calcination, and bases such as ammonia, ethanolamine, and propylamine; however, sulfuric acid and hydroxide that remain and become active components of the catalyst Potassium and the like are also suitable. Here, if the amount of salt generated by neutralization is too small, a strong gel may not be obtained.
It is preferable to adjust the amount of acid and base added so that the amount is 0.01 g or more, preferably 0.03 g or more per 1 g of SiO 2 . There is no particular limit to the silica concentration during neutralization, but from the viewpoint of production efficiency, 3 to 30% SiO 2 is preferable. The heating conditions after neutralization are determined depending on the desired catalyst form, since the pore volume and bulk density of the catalyst can be controlled by changing them. For example, if it is desired to increase the pore volume and therefore decrease the bulk density, the heating temperature may be increased and the heating time may be increased. However, the heating temperature is preferably 60°C or higher, preferably 70°C or higher. Temperatures below 60°C are not practical because it takes a very long time to obtain a stable gel. The higher the temperature, the shorter the heating time may be.
At a temperature of 60°C, heating for at least 2 hours is required. As described above, the silica sol is made acidic, neutralized to a neutral pH of 6 to 11, and then heated to obtain a silica hydrogel, which is then used as a silica source for the catalyst, to form the desired pore size. Although a catalyst having a large volume and bulk density and a large specific surface area can be obtained, the silica hydrogel obtained as described above may be mixed with the original silica sol as a silica source for the catalyst. By using a mixture of silica hydrogel and silica sol, or by using a silica hydrogel obtained by mixing silica hydrogel and silica sol, adding an acid and then adding a base to neutralize the mixture, and repeating this operation several times. It is possible to further control the bulk density of the catalyst and improve wear resistance. The method for producing a catalyst according to the present invention includes preparing a mixed slurry of the silica hydrogel as described above, a vanadium compound, a potassium compound, and a sulfuric acid compound, and then
It consists of spray drying and firing. Vanadium compounds used in the present invention include those that are soluble in water and turn into vanadium oxide when fired in air, such as ammonium metavanadate, vanadyl sulfate (vanadium oxysulfate), vanadium acetate, vanadium oxalate, and oxalic acid. Examples include ammonium vanadium and vanadium oxyhalide. Potassium compounds used in the present invention include potassium hydroxide, potassium sulfate, potassium chloride, potassium nitrate, potassium oxyhalide, potassium thiosulfate, potassium nitrite, potassium sulfite, potassium hydrogen sulfite, potassium hydrogen sulfate, and potassium sulfate. Potassium acid, potassium hydrogen oxalate, and the like can be mentioned, but among these, potassium sulfate, whose residual component after firing becomes the active component, is particularly suitable. As the sulfuric acid compound, sulfuric acid, ammonium sulfate, etc. can be used. The blending amounts of these silica hydrogels, vanadium compounds, potassium compounds, and sulfuric compounds are such that the silica content in the catalyst is 45 to 90 wt% as SiO 2 ,
Preferably, the content of active ingredients is 65-85wt%
55-10wt as the sum of V2O5 , K2SO4 , and SO3
%, preferably 35 to 15 wt%. If the content of the active component in the catalyst is less than 10 wt%, the activity of the catalyst will be low, which is not preferable. In this case, raising the reaction temperature in order to increase the activity is not preferable because it promotes a decrease in selectivity and deterioration of the activity. On the other hand, the content of active ingredients is 55wt
%, the bulk density of the catalyst increases.
This is undesirable because the specific surface area decreases and the activity and fluidity decrease due to crystallization of the active ingredient. Further, in the catalyst according to the present invention, the content ratio of each active component is such that the SO 3 /K 2 O molar ratio is 2.0 ± 0.4, preferably 2.0 ± 0.2, and the K 2 O / V 2 O 5 molar ratio is 4.0.
The range is selected to be ±1.0, preferably 4.0±0.4. In the method for producing a catalyst according to the present invention, when producing a mixed slurry, the mixing order of the silica hydrogel and each active component can be changed arbitrarily, and two or more components may be dissolved together in water. Alternatively, the active ingredient may be dissolved by the water retained in the silica hydrogel. However, the amount of water in the mixed slurry is preferably 50 to 95 wt%. The mixed slurry obtained as described above is concentrated as required by a conventional method to adjust the concentration to an appropriate concentration, and then spray-dried to obtain fine spherical particles. As the spray drying method, a known method can be adopted, and the temperature at the time of drying (the outlet temperature of the dryer)
Although there is no particular restriction on the temperature, a temperature of 100 to 200°C is suitable.
Regarding spraying, the weight average particle diameter of the obtained spherical fine particles is 60 ± 20 μm, and the particle size distribution is 44 μm or less.
It is preferable to set spray conditions so that the amount is ~40 wt%. The obtained spherical particles have a density of 300-600 in air.
℃, preferably at a temperature of 400-550℃. By the production method of the present invention as described above, a catalyst having the following properties can be obtained. Particle shape Solid spherical Bulk density (g/cc) 0.7±0.3 Specific surface area (m 2 /g) 150±100 Pore volume (cc/g) 0.2-0.6 Wear rate (wt%/15hr) Weight average particles of 3 or less Diameter (μm) 60±20 Particle size distribution 44 μm or less (%) 10-40 Distribution of active components within catalyst particles Uniform Distribution of active component content between catalyst particles Uniform In the above properties, the wear resistance of the catalyst is is mainly correlated with pore volume, but the wear rate of the catalyst obtained by the present invention is 3wt%/15hr or less,
This shows that the wear resistance is superior to that of conventional post-deposition or impregnation catalysts with the same pore volume. Such excellent wear resistance reduces the decrease in specific surface area when used in a reaction, thereby suppressing a decrease in catalyst activity. In addition, since the catalyst according to the present invention has a uniform distribution of active components within catalyst particles and a uniform content distribution of active components between catalyst particles, when used in a reaction, low melting point components will not melt due to local heat generation on the catalyst. , it does not reduce the specific surface area of the catalyst and cause a decrease in activity. The excellent heat resistance of the catalyst according to the present invention means that the rate of decrease in specific surface area is small even after heat treatment at 600°C for 2 hours in a Matsufuru furnace, and the activity decreases even after long-term use in a fluidized bed. This is demonstrated by the fact that the ratio is significantly lower than that of conventional catalysts. <Example> The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below. Example 1 (Preparation of Na-free silica sol) As a silica sol, the average particle diameter of colloidal silica was 5 nm, and sodium as a stabilizer was Na 2 O/
Cataloid SI− containing 0.035 as SiO 2 (weight ratio)
550 (manufactured by Catalysts Kasei Kogyo Co., Ltd.) (50 kg) was diluted to a concentration of approximately 10% by adding ion-exchanged water. This solution was packed in a column in advance, and the 7 cation exchange resin (Diaion SK-1B, Mitsubishi Chemical Industries, Ltd.) layer was added to the column at a superficial velocity.
Passage was carried out at SV = 12 hr -1 to obtain 93 kg of Na-free silica sol. Table 1 shows the properties of this Na-free silica sol.
Moreover, this sol did not gel for more than one month at room temperature.

【表】 (シリカヒドロゲルの調製) 撹拌機、スチームジヤケツトを備えた150の
ステンレス製容器に先に得られた脱Naシリカゾ
ルを仕込み、これに63%硝酸液1.46Kgを混合して
PHを0.8とした後、15%アンモニア水を添加して
PHを8.5に調整した。アンモニア水の添加中途よ
りシリカヒドロゲルが生成するのが観察された。 ジヤケツトにスチームを通じ、シリカヒドロゲ
ルを80℃一定温度になるように加熱した。 生じるシリカヒドロゲルの一部を一定時間毎に
採取し、触媒調製のシリカ源とした。 (混合スラリーの調合〜焼成) 硫酸カリウムの結晶0.23Kgを加温したイオン交
換水1.5Kgに添加した後よく撹拌溶解し、硫酸カ
リウム溶液を調製した。一方、硫酸アンモニウム
0.17Kgをイオン交換水0.4Kgに溶解し硫酸アンモ
ニウム溶液を得た。 30のスチームジヤケツトを備えたステンレス
製容器に、上記のシリカヒドロゲルの調製におい
て5時間加熱後に採取したシリカヒドロゲル
(SiO2濃度10.1重量%)10.9Kgをとり、撹拌しな
がら硫酸バナジル溶液(V2O5として19.9%)0.30
Kgと先に溶解した硫酸カリウム溶液、硫酸アンモ
ニウム溶液を添加しよく混合すると同時にジヤケ
ツトにスチームを通じ加熱濃縮を行つた。得られ
た混合スラリーは固型分(V2O5、K2SO4、SO3
およびSiO2を含む)を17.2%含み、25℃における
PHは3.5であつた。このスラリーをホモジナイザ
ーで処理してゲルをよく分散させた後、噴霧乾燥
機により乾燥温度150℃で噴霧乾燥して粉末を得、
その粉末を空気中500℃で2時間焼成して平均粒
子径が60μmで、粒子径44μm以下が27wt%であ
る触媒を調製した。ここで本触媒を触媒Dとし
た。 先にシリカヒドロゲルの調製において一定時間
毎に採取したシリカヒドロゲルを用い、触媒Dと
全く同様の方法で触媒を調製し、触媒A、B、
C、Eを得た。これらの触媒に用いたシリカヒド
ロゲルの加熱時間と触媒の特性について表2に記
載する。 なお、触媒の比表面積、細孔容積はB.E.T.法
により、嵩密度はメスシリンダー法により、摩耗
率は英国特許737429号公報(ACC社)に記載の
設備方法により測定した。
[Table] (Preparation of silica hydrogel) The previously obtained Na-free silica sol was placed in a stainless steel container equipped with a stirrer and a steam jacket, and 1.46 kg of 63% nitric acid solution was mixed therein.
After setting the pH to 0.8, add 15% ammonia water.
The pH was adjusted to 8.5. Formation of silica hydrogel was observed midway through the addition of ammonia water. Steam was passed through the jacket and the silica hydrogel was heated to a constant temperature of 80°C. A portion of the resulting silica hydrogel was collected at regular intervals and used as a silica source for catalyst preparation. (Preparation of mixed slurry to firing) 0.23 kg of potassium sulfate crystals were added to 1.5 kg of heated ion-exchanged water, and then thoroughly stirred and dissolved to prepare a potassium sulfate solution. On the other hand, ammonium sulfate
0.17Kg was dissolved in 0.4Kg of ion-exchanged water to obtain an ammonium sulfate solution. 10.9 kg of silica hydrogel (SiO 2 concentration 10.1% by weight) collected after heating for 5 hours in the preparation of the silica hydrogel described above was placed in a stainless steel container equipped with a steam jacket, and a vanadyl sulfate solution (V 2 19.9% as O5 ) 0.30
Kg, the previously dissolved potassium sulfate solution, and ammonium sulfate solution were added and mixed well, and at the same time steam was passed through the jacket to heat and concentrate. The obtained mixed slurry contains solid components (V 2 O 5 , K 2 SO 4 , SO 3
and SiO2 ) at 25°C.
The pH was 3.5. This slurry was treated with a homogenizer to disperse the gel well, and then spray-dried with a spray dryer at a drying temperature of 150°C to obtain a powder.
The powder was calcined in air at 500° C. for 2 hours to prepare a catalyst with an average particle size of 60 μm and 27 wt % of particles with a particle size of 44 μm or less. Here, this catalyst was designated as catalyst D. Using the silica hydrogel sampled at regular intervals during the preparation of silica hydrogel, catalysts were prepared in exactly the same manner as catalyst D, and catalysts A, B,
I got C and E. Table 2 shows the heating time of the silica hydrogel used in these catalysts and the properties of the catalyst. The specific surface area and pore volume of the catalyst were measured by the BET method, the bulk density by the graduated cylinder method, and the wear rate by the equipment method described in British Patent No. 737429 (ACC).

【表】 実施例 2 低Naシリカゾル(商品名カタロイドS−20L、
触媒化成工業製)をイオン交換水で希釈して得た
SiO2濃度13.0%のシリカゾル72Kgに63%硝酸2.1
Kgを混合してPHを0.68とした後、15%アンモニア
水を添加してPHを9.4に調製した。PH調整直後よ
りゲルが生成するのが観察された。その後ゲルを
90℃一定温度になるように6時間加熱した。この
ゲルの9.2Kgを用い実施例1と同様の方法で触媒
を調製し触媒Fを得た。得られた触媒Fの特性は
次のようであつた。 嵩密度 g/c.c. 0.55 比表面積 m2/g 90 細孔容積 c.c./g 0.58 摩耗率 %/15hrs 2.6 実施例 3 実施例1のシリカヒドロゲルの調製時に中和に
用いるアンモニア水の量を加減してPHを6.9、
10.6、11.7と変えた後80℃で5時間加熱して中和
PHの異なる3種のシリカヒドロゲルを調製した。
このヒドロゲルを用い実施例1と同様の方法で触
媒を調製し、本発明の実施例の触媒G、H、と比
較例の触媒を得た。これらの触媒の特性を表3
に記載する。なお、便宜上触媒Dの特性もあわせ
て記載した。
[Table] Example 2 Low Na silica sol (trade name Cataloid S-20L,
Catalysts & Chemicals Co., Ltd.) was diluted with ion-exchanged water.
63% nitric acid 2.1 to 72Kg of silica sol with SiO2 concentration 13.0%
After mixing Kg to adjust the pH to 0.68, 15% aqueous ammonia was added to adjust the pH to 9.4. Gel formation was observed immediately after pH adjustment. then gel
It was heated for 6 hours to maintain a constant temperature of 90°C. A catalyst was prepared using 9.2 kg of this gel in the same manner as in Example 1 to obtain catalyst F. The characteristics of the obtained catalyst F were as follows. Bulk density g/cc 0.55 Specific surface area m 2 /g 90 Pore volume cc/g 0.58 Wear rate %/15hrs 2.6 Example 3 The amount of ammonia water used for neutralization was adjusted when preparing the silica hydrogel of Example 1. PH 6.9,
After changing to 10.6 and 11.7, heat at 80℃ for 5 hours to neutralize.
Three types of silica hydrogels with different pH values were prepared.
Catalysts were prepared using this hydrogel in the same manner as in Example 1 to obtain catalysts G and H of Examples of the present invention and catalysts of Comparative Examples. Table 3 shows the characteristics of these catalysts.
Describe it in Note that, for convenience, the characteristics of catalyst D are also described.

【表】 実施例 4 実施例1の加熱5時間後のシリカヒドロゲル
に、脱Naシリカゾルを混合したものをシリカ源
とした以外は実施例1と同様に触媒を調製した。
混合割合をゲル中のシリカ/ゾルのシリカの比で
30/70、50/50、60/40、75/25としたものを用
い触媒J、K、L、Mを得た。これらの触媒の特
性を表4に記載する。なお、便宜上触媒Dの特性
もあわせて記載する。
[Table] Example 4 A catalyst was prepared in the same manner as in Example 1, except that the silica source was a mixture of the silica hydrogel prepared after heating for 5 hours and Na-free silica sol.
The mixing ratio is the ratio of silica in gel to silica in sol.
Catalysts J, K, L, and M were obtained using catalysts of 30/70, 50/50, 60/40, and 75/25. The properties of these catalysts are listed in Table 4. For convenience, the characteristics of catalyst D will also be described.

【表】 実施例 5 実施例1の加熱9時間後のシリカヒドロゲル
69.3Kg(SiO2として7.0Kg)に脱Naシリカゾル
28.6Kg(SiO2として3.0Kg)を混合したスラリー
に63%硝酸1.8Kgを添加してPHを0.8とした。 これを15%アンモニア水で中和してPH6.9に調
整し、80℃で9時間加熱して得られたシリカヒド
ロゲルを用いて実施例1と同様の方法で触媒Nを
調製した。また、同様にシリカヒドロゲルに脱
Naシリカゾルを混合した後再度ゲル化させる方
法を3回繰返し(いずれもゲル中のSiO2/ゾル
中のSiO2比は70/30)てシリカヒドロゲルを得、
このシリカヒドロゲルを用いて実施例1と同様に
触媒Oを調製した。 表5に触媒N、Oの特性を記載し、便宜上触媒
Eの特性もあわせて記載する。
[Table] Example 5 Silica hydrogel after 9 hours of heating in Example 1
Na-free silica sol to 69.3Kg (7.0Kg as SiO 2 )
1.8Kg of 63% nitric acid was added to the slurry containing 28.6Kg (3.0Kg as SiO2 ) to adjust the pH to 0.8. Catalyst N was prepared in the same manner as in Example 1 using the silica hydrogel obtained by neutralizing this with 15% aqueous ammonia to adjust the pH to 6.9 and heating at 80° C. for 9 hours. Similarly, silica hydrogel was desorbed.
The method of mixing Na-silica sol and then gelling it again was repeated three times (in each case, the ratio of SiO 2 in the gel / SiO 2 in the sol was 70/30) to obtain a silica hydrogel.
Catalyst O was prepared in the same manner as in Example 1 using this silica hydrogel. Table 5 shows the characteristics of catalysts N and O, and for convenience, the characteristics of catalyst E are also shown.

【表】 比較例 1 ケイ酸ソーダ(洞海化学工業性、3号ケイ酸ソ
ーダ、SiO2濃度24.0%、SiO2/Na2Oモル比3.1)
をイオン交換水でSiO2として5.7%となるように
希釈した後、陽イオン交換樹脂層を通過させてナ
トリウムイオンを除去しSiO2濃度5.4%、PH2.4の
ケイ酸液150Kgを得た。 500のステンレス製容器に126Kgのイオン交換
水と22.3Kgのケイ酸ソーダを入れよく混合して希
ケイ酸ソーダ液を調製し、これを50℃で加熱しな
がら先に得たケイ酸液全量を1.8時間かけて添加
した。添加終了後さらに1時間加熱してシリカゾ
ルを得た。 このシリカゾルを陽イオン交換樹脂層を通過さ
せて表1に示す脱Naの過小粒子シリカゾルを得、
これの165Kgを用いて実施例1と同様の方法で触
媒Pを調製した。 得られた触媒Pの特性は次のようであつた。 嵩密度 g/c.c. 0.64 比表面積 m2/g 26 細孔容積 c.c./g 0.17 摩耗率 % 21.6 また、触媒粒子は球形でなくドーナツ状であつ
た。 なお、前記シリカゾルを濃縮した後、脱Naシ
リカゾルを得ようとしたが、シリカゾルを減圧濃
縮した際にSiO2濃度約11%で粘度が上昇し、そ
れ以上の濃縮は出来なかつた。さらに濃縮液を陽
イオン交換樹脂層に流入したところ瞬時にゲルと
なり脱Naは不可能であつた。 また、触媒の調製に使用したシリカゾルは、放
置すると6日でゲル化した。 比較例 2 イオン交換水でSiO2として4.0%に希釈したケ
イ酸ソーダ液250Kgに撹拌下1N硫酸を10分間で添
加してPHを6.8とした。液は初めはゾル状であつ
たが、数分後には、液全体がゲルとなつた。これ
を80℃で30分間熟成した後、平板式過器で脱水
すると同時に5000のイオン交換水を掛けて洗浄
してSiO2濃度5.2%、Na2O/SiO2重量比0.009、
ゲルの構成粒子径3.1nmのヒドロゲル154Kgを得
た。 本ヒドロゲルを用い実施例1と同様な方法で硫
酸バナジル、硫酸カリウム、硫酸アンモニウム液
を混合した後、ホモジナイザーを用いてゲルを分
散させた。 その後、加熱濃縮を行つたが固形分濃度7.2%
で粘稠な液となり、それ以上の濃縮は出来なかつ
た。このスラリーを噴霧乾燥、焼成して触媒Qを
得た。 この触媒Qの特性は次のようであつた。 嵩密度 g/c.c. 0.47 比表面積 m2/g 67 細孔容積 c.c./g 0.63 摩耗率 % 10 また、触媒は球形度が低く、表面は平滑度を欠
いた粒子であつた。 比較例 3 比較例2で得られたヒドロゲルをSiO2として
6.9%まで濃縮し、ホモジナイザー処理を行つた
後、触媒の活性成分と混合することなくシリカヒ
ドロゲルのみで噴霧乾燥を行つて粉末を得、その
粉末を500℃で2時間焼成してシリカ粉末を得た。
この粉末の性状は次のようであつた。 嵩密度 g/c.c. 0.28 比表面積 m2/g 720 細孔容積 c.c./g 1.01 平均粒径 μm 67 この粉末74Kgを減圧含浸設備に入れ−600mmHg
(160mmHg)の減圧下実施例1と同様の方法で調
製した硫酸バナジル、硫酸カリウム、硫酸アンモ
ニウムの混合液を添加して含浸担持させた後130
℃で8時間乾燥し、500℃で2時間焼成して触媒
Rを得た。 この触媒Rの特性は次のようであつた。 嵩密度 g/c.c. 0.58 比表面積 m2/g 300 細孔容積 c.c./g 0.50 摩耗率 % 8.2 また、触媒粒子は球形度、表面平滑度ともに低
いものであつた。 比較例 4 コロイダルシリカの平均粒子径の大きなシリカ
ゾルであるカタロイドSI−80p(平均粒子径80.2n
m)を用い実施例1と同様な方法で脱Naシリカ
ゾルを得た。 これを触媒Dと同一条件でヒドロゲル調製、触
媒化を行い触媒Sを得た。 得られた触媒Sの特性は次のようであつた。 嵩密度 g/c.c. 0.91 比表面積 m2/g 19 細孔容積 c.c./g 0.20 摩耗率 %/15hrs 24.7 (実施例1〜5(触媒A〜H、K〜O)、比較例1
〜4(触媒I、P〜S)および市販触媒の活性評
価) 実施例1〜5・比較例1〜4の触媒A〜Sおよ
び市販触媒について次のような活性評価()〜
()を行つた。結果を表6に示す。 なお、市販触媒はナフタリンの気相接触酸化反
応を目的として唯一市販されている触媒(U.S.
DAVISON)を使用した。この市販触媒は次の
性状を有していた。 嵩密度 g/c.c. 0.54 比表面積 m2/g 358 細孔容積 c.c./g 0.57 摩耗率 % 11.1 粒子形状:破砕品の形状 粒子間の活性成分含有量:不均一 流動性:劣 () 固定床活性評価 固定床反応操作(温度355℃、ナフタリン供
給速度1ml/hr、空気供給速度7.5Nl/hr、触
媒量5g)における、ナフタリンからのナフト
キノンおよび無水フタル酸の収率より求めた反
応速度定数の和(k1+k2)(但しk1;ナフタリ
ン→ナフトキノン、k2;ナフタリン→無水フタ
ル酸)をもつて評価した。 () 流動床48時間テストでの活性低下率 流動床反応操作(温度355℃、ナフタリン供
給速度105g/hr、空気供給速度960Nl/hr、
触媒量3.75Kg)において固定床評価と同様に反
応速度の和(k1+k2)を求め、その48時間後の
低下率をもつて評価した。 () 耐熱劣化性 触媒をマツフル炉中5mmの厚さに置き、600
℃で2時間熱処理したときの比表面積の低下率
を測定して耐熱劣化性とした。
[Table] Comparative example 1 Sodium silicate (Dokai Chemical Industry Co., Ltd., No. 3 sodium silicate, SiO 2 concentration 24.0%, SiO 2 /Na 2 O molar ratio 3.1)
was diluted with ion-exchanged water to a concentration of 5.7% SiO 2 , and then passed through a cation-exchange resin layer to remove sodium ions, yielding 150 kg of silicic acid solution with an SiO 2 concentration of 5.4% and a pH of 2.4. Put 126 kg of ion-exchanged water and 22.3 kg of sodium silicate into a stainless steel container and mix well to prepare a dilute sodium silicate solution.While heating this at 50℃, add the entire amount of the silicate solution obtained earlier. Added over 1.8 hours. After the addition was completed, the mixture was further heated for 1 hour to obtain a silica sol. This silica sol was passed through a cation exchange resin layer to obtain the deNa-reduced, small-particle silica sol shown in Table 1.
Catalyst P was prepared in the same manner as in Example 1 using 165 kg of this. The characteristics of the obtained catalyst P were as follows. Bulk density g/cc 0.64 Specific surface area m 2 /g 26 Pore volume cc/g 0.17 Wear rate % 21.6 Moreover, the catalyst particles were not spherical but doughnut-shaped. After concentrating the silica sol, an attempt was made to obtain a Na-free silica sol, but when the silica sol was concentrated under reduced pressure, the viscosity increased at a SiO 2 concentration of about 11%, and further concentration was not possible. Furthermore, when the concentrated solution was poured into the cation exchange resin layer, it instantly became a gel, making it impossible to remove sodium. Moreover, the silica sol used for preparing the catalyst gelled in 6 days when left to stand. Comparative Example 2 1N sulfuric acid was added to 250 kg of a sodium silicate solution diluted with ion-exchanged water to 4.0% SiO 2 with stirring over 10 minutes to adjust the pH to 6.8. Initially, the liquid was in the form of a sol, but after a few minutes, the entire liquid became a gel. After aging this at 80°C for 30 minutes, it was dehydrated using a flat plate strainer and at the same time washed with 5000 ion exchanged water to obtain a SiO 2 concentration of 5.2%, a Na 2 O/SiO 2 weight ratio of 0.009,
154 kg of hydrogel with a gel constituent particle size of 3.1 nm was obtained. Using this hydrogel, vanadyl sulfate, potassium sulfate, and ammonium sulfate solutions were mixed in the same manner as in Example 1, and then the gel was dispersed using a homogenizer. After that, heating and concentration was performed, but the solid content concentration was 7.2%.
It became a viscous liquid and could not be concentrated any further. This slurry was spray dried and fired to obtain catalyst Q. The characteristics of this catalyst Q were as follows. Bulk density g/cc 0.47 Specific surface area m 2 /g 67 Pore volume cc/g 0.63 Attrition rate % 10 In addition, the catalyst had low sphericity and the surface was particles lacking smoothness. Comparative Example 3 The hydrogel obtained in Comparative Example 2 was used as SiO 2
After concentrating to 6.9% and performing homogenizer treatment, spray drying was performed with only silica hydrogel without mixing with the active component of the catalyst to obtain a powder, and the powder was calcined at 500 ° C for 2 hours to obtain silica powder. Ta.
The properties of this powder were as follows. Bulk density g/cc 0.28 Specific surface area m 2 /g 720 Pore volume cc/g 1.01 Average particle size μm 67 74 kg of this powder was placed in a vacuum impregnation equipment at -600 mmHg
After adding a mixed solution of vanadyl sulfate, potassium sulfate, and ammonium sulfate prepared in the same manner as in Example 1 under reduced pressure (160 mmHg) and impregnating and supporting the solution,
It was dried at ℃ for 8 hours and calcined at 500 ℃ for 2 hours to obtain catalyst R. The characteristics of this catalyst R were as follows. Bulk density g/cc 0.58 Specific surface area m 2 /g 300 Pore volume cc/g 0.50 Wear rate % 8.2 Moreover, the catalyst particles had low sphericity and low surface smoothness. Comparative Example 4 Cataloid SI-80p, a silica sol with a large average particle size of colloidal silica (average particle size 80.2n)
A sodium-free silica sol was obtained in the same manner as in Example 1 using (m). This was hydrogel prepared and catalyzed under the same conditions as Catalyst D to obtain Catalyst S. The characteristics of the obtained catalyst S were as follows. Bulk density g/cc 0.91 Specific surface area m2 /g 19 Pore volume cc/g 0.20 Wear rate %/15hrs 24.7 (Examples 1 to 5 (catalysts A to H, K to O), Comparative example 1
- 4 (Activity evaluation of catalysts I, P - S) and commercially available catalysts) The following activity evaluations () -
I did (). The results are shown in Table 6. The commercially available catalyst is the only commercially available catalyst (US
DAVISON) was used. This commercially available catalyst had the following properties. Bulk density g/cc 0.54 Specific surface area m 2 /g 358 Pore volume cc/g 0.57 Wear rate % 11.1 Particle shape: Shape of crushed product Active ingredient content between particles: Heterogeneous fluidity: Poor () Fixed bed activity Evaluation Sum of reaction rate constants determined from the yields of naphthoquinone and phthalic anhydride from naphthalene in fixed bed reaction operation (temperature 355°C, naphthalene feed rate 1 ml/hr, air feed rate 7.5 Nl/hr, catalyst amount 5 g) (k 1 +k 2 ) (k 1 ; naphthalene→naphthoquinone; k 2 ; naphthalene→phthalic anhydride). () Activity reduction rate in 48-hour fluidized bed test Fluidized bed reaction operation (temperature 355°C, naphthalene feed rate 105 g/hr, air feed rate 960 Nl/hr,
The sum of the reaction rates (k 1 + k 2 ) was determined in the same manner as in the fixed bed evaluation using a catalyst amount of 3.75 kg), and the rate of decrease after 48 hours was used for evaluation. () Heat deterioration resistance The catalyst was placed in a Matsufuru furnace with a thickness of 5 mm, and
The rate of decrease in specific surface area after heat treatment at ℃ for 2 hours was measured and defined as heat deterioration resistance.

【表】 (触媒の細孔容積と摩耗率との関係) 実施例1〜5・比較例1〜4の触媒A〜Sおよ
び市販触媒について摩耗率の対数値を細孔容積に
対してプロツトして第1図を得た。 第1図から本発明による触媒の摩耗率は細孔容
積と相関関係を有し、シリカ源としてシリカヒド
ロゲルを使用した場合(図中、実線で示す)と、
シリカヒドロゲルおよびシリカゾルの混合物を使
用した場合(図中、点線で示す)とでは図中異な
る直線上にのること、またシリカヒドロゲルの加
熱時間と細孔容積との間、およびシリカヒドロゲ
ル/シリカゾルの混合比と細孔容積との間にも相
関関係があることがわかる。 一方、比較例の触媒の特性値は本発明の触媒の
ような相関関係を示さない。 従つて、本発明によれば、シリカヒドロゲルの
加熱時間、シリカヒドロゲルとシリカゾルとの混
合比等を制御することにより所望の特性を有する
触媒を得られることがわかる。 (触媒の粒子形状) 実施例1〜5・比較例1〜4の触媒A〜Sおよ
び市販触媒を顕微鏡により表面観察したが、本発
明の実施例の触媒はいずれも中実形状であつた。 実施例1の触媒D、比較例2の触媒Qおよび市
販触媒の顕微鏡写真を第2図に示す。 <効果> 本発明による触媒は流動床を用いるナフタリン
の気相接触酸化により無水フタル酸を生成する反
応に於て従来の触媒が満足し得なかつた高活性、
耐熱劣化性、高い耐摩耗性を同時に満足する。 ここで、本発明による触媒は単にシリカゾルを
そのままシリカ源として用いる製法による触媒に
比較して高比表面積で耐摩耗性の向上した触媒と
なる。 さらに、本発明によれば、比表面積、細孔容
積、嵩密度を任意に制御することが可能であり、
広範囲の反応条件に対応する触媒を製造すること
ができる。
[Table] (Relationship between catalyst pore volume and wear rate) The logarithm of the wear rate is plotted against the pore volume for catalysts A to S of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 and commercially available catalysts. Figure 1 was obtained. From FIG. 1, the wear rate of the catalyst according to the present invention has a correlation with the pore volume, and when silica hydrogel is used as the silica source (indicated by a solid line in the figure),
In the case of using a mixture of silica hydrogel and silica sol (indicated by a dotted line in the figure), the difference between the heating time and the pore volume of silica hydrogel and the pore volume of silica hydrogel/silica sol lies on a different straight line. It can be seen that there is also a correlation between the mixing ratio and the pore volume. On the other hand, the characteristic values of the catalyst of the comparative example do not show the same correlation as the catalyst of the present invention. Therefore, it can be seen that according to the present invention, a catalyst having desired characteristics can be obtained by controlling the heating time of the silica hydrogel, the mixing ratio of the silica hydrogel and the silica sol, etc. (Particle shape of catalyst) The surfaces of catalysts A to S of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 and commercially available catalysts were observed using a microscope, and all of the catalysts of Examples of the present invention had a solid shape. FIG. 2 shows micrographs of catalyst D of Example 1, catalyst Q of Comparative Example 2, and a commercially available catalyst. <Effects> The catalyst of the present invention has high activity, which conventional catalysts could not satisfy, in the reaction of producing phthalic anhydride through gas phase catalytic oxidation of naphthalene using a fluidized bed.
Satisfies heat deterioration resistance and high wear resistance at the same time. Here, the catalyst according to the present invention has a higher specific surface area and improved wear resistance than a catalyst manufactured using a method that simply uses silica sol as a silica source. Furthermore, according to the present invention, it is possible to arbitrarily control the specific surface area, pore volume, and bulk density.
Catalysts can be produced that are compatible with a wide range of reaction conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例、比較例、市販触媒の細孔容積
と摩耗率との関係を表わす図面である。第2図a
〜cはそれぞれ実施例、比較例、市販触媒の粒子
構造を表わす図面代用写真(顕微鏡写真)であ
る。
FIG. 1 is a drawing showing the relationship between pore volume and wear rate of Examples, Comparative Examples, and commercially available catalysts. Figure 2a
- c are drawing-substituting photographs (microscopic photographs) representing the particle structures of Examples, Comparative Examples, and commercially available catalysts, respectively.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 ナフタリンの気相接触酸化用流動触媒を、シ
リカ源、バナジウム化合物、カリウム化合物およ
び硫酸化合物を混合後、噴霧乾燥、焼成すること
により製造する方法において、該シリカ源として
平均粒子径が4〜50nmのコロイダルシリカを含
有するシリカゾルに酸を添加して酸性とした後、
塩基を添加して該シリカゾルのPHを6〜11に調整
し、加熱して得られるシリカヒドロゲルを用いる
ことを特徴とするナフタリンの気相接触酸化用流
動触媒の製造方法。
1. A method for producing a fluidized catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene by mixing a silica source, a vanadium compound, a potassium compound and a sulfuric acid compound, followed by spray drying and sintering, wherein the silica source has an average particle size of 4 to 50 nm. After adding acid to the silica sol containing colloidal silica to make it acidic,
A method for producing a fluidized catalyst for gas phase catalytic oxidation of naphthalene, which comprises using a silica hydrogel obtained by adjusting the pH of the silica sol to 6 to 11 by adding a base and heating.
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