DE10344265A1 - (Meth)acrylic acid production in high yield, for use as monomer, by gas-phase oxidation of saturated hydrocarbon precursor(s) over two beds of mixed metal oxide catalysts with specific selectivity properties - Google Patents
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Abstract
Description
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von (Meth)acrylsäure durch heterogen katalysierte Gasphasenpartialoxidation wenigstens einer gesättigten Kohlenwasserstoffvorläuferverbindung bei erhöhter Temperatur, bei dem man ein die wenigstens eine gesättigte Kohlenwasserstoffvorläuferverbindung, molekularen Sauerstoff und wenigstens ein Inertgas enthaltendes Reaktionsgasausgangsgemisch mit einem Eingangsdruck P durch eine in einer Reaktoreinheit befindliche Katalysatorbeschickung führt, deren Katalysatoren so beschaffen sind, dass ihre Aktivmasse wenigstens ein Multimetalloxid M ist, das die Elemente Mo und V, wenigstens eines der Elemente Te, Sb und Bi sowie wenigstens eines der Elemente aus der Gruppe umfassend Nb, Ta, W, Ce und Ti enthält und dessen Röntgendiffraktogramm ein Röntgendiffraktrogramm ist, das Beugungsreflexe h, i und k aufweist, deren Scheitelpunkte bei den Beugungsreflexen (2⊝) 22,2 ± 0,5° (h), 27,3 ± 0,5° (i) und 28,2 ± 0,5° (k) liegen, wobei der Beugungsreflex h innerhalb des Röntgendiffraktogramms der intensitätsstärkste ist sowie eine Halbwertsbreite von höchstens 0,5° aufweist und die Halbwertsbreite des Beugungsreflexes i und des Beugungsreflexes k jeweils ≤ 1° beträgt.This The invention relates to a process for the preparation of (meth) acrylic acid by heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of at least one saturated Hydrocarbon precursor compound with increased Temperature at which one of the at least one saturated hydrocarbon precursor compound, molecular Oxygen and at least one reaction gas starting mixture containing inert gas with an inlet pressure P by a pressure in a reactor unit Catalyst feed leads, whose catalysts are designed so that their active mass at least is a multimetal oxide M, the elements Mo and V, at least one of the elements Te, Sb and Bi and at least one of the elements from the group comprising Nb, Ta, W, Ce and Ti and its X-ray diffraction an X-ray diffraction program which has diffraction reflexes h, i and k, the apexes of which diffraction reflexes (2⊝) 22.2 ± 0.5 ° (h), 27.3 ± 0.5 ° (i) and 28.2 ± 0.5 ° (k), the diffraction reflex h being the most intense within the X-ray diffractogram as well as a full width at half maximum 0.5 ° and the half-width of the diffraction reflex i and the diffraction reflex k is ≤ 1 ° in each case.
Die Schreibweise (Meth)acrylsäure steht in dieser Schrift vorkürzend für Methacrylsäure oder Acrylsäure.The Spelling (meth) acrylic acid is foreshortened in this writing for methacrylic acid or Acrylic acid.
(Meth)acrylsäure bildet reaktive Monomere, die z.B. zur Herstellung von Polymerisaten, die u.a. als Klebstoffe Verwendung finden können, geeignet sind.Forms (meth) acrylic acid reactive monomers, e.g. for the production of polymers which et al can be used as adhesives are suitable.
Großtechnisch kann (Meth)acrylsäure u.a. durch heterogen katalysierte Gasphasenpartialoxidation von Propan oder iso-Butan hergestellt werden.Industrially can (meth) acrylic acid et al by heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of Propane or isobutane can be produced.
Durch heterogen katalysierte partielle Gasphasenpartialoxidation eines Gemisches aus Propan und iso-Butan können Acrylsäure und Methacrylsäure im Gemisch erzeugt werden.By heterogeneously catalyzed partial gas phase partial oxidation of a Mixtures of propane and isobutane can be mixed with acrylic acid and methacrylic acid be generated.
Propan und iso-Butan werden deshalb in dieser Schrift als gesättigte Kohlenwasserstoftvorläuferverbindungen von (Meth)acrylsäure bezeichnet.propane and isobutane are therefore described in this document as saturated hydrocarbon precursor compounds of (meth) acrylic acid designated.
Verfahren
zur Herstellung von (Meth)acrylsäure
durch heterogen katalysierte Gasphasenpartialoxidation wenigstens
einer gesättigten
Kohlenwasserstoffverbindung gemäß der Präambel dieser
Schrift sind bekannt (vgl. z.B.
Nachteilig an diesen Verfahren ist, dass die bei ansonsten vorgegebenen Verfahrensbedingungen in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur bei einmaligem Durchgang des Reaktionsgasgemischs durch die Katalysatorbeschickung (Reaktoreinheit) maximal erzielbare Ausbeute an (Meth)acrylsäure nicht in vollem Umfang zu befriedigen vermag.adversely What is important about these processes is that the process conditions are otherwise specified dependent on from the reaction temperature in one pass of the reaction gas mixture maximum achievable by the catalyst feed (reactor unit) Yield of (meth) acrylic acid cannot fully satisfy.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von (Meth)acrylsäure zur Verfügung zu stellen, das erhöhte Ausbeuten an (Meth)acrylsäure ermöglicht.The The object of the present invention was therefore an improved Processes for the production of (meth) acrylic acid are available too ask, the heightened Yields of (meth) acrylic acid allows.
Demgemäss wurde
ein Verfahren zur Herstellung von (Meth)acrylsäure durch heterogen katalysierte Gasphasenpartialoxidation
wenigstens einer gesättigten
Kohlenwasserstoffvorläuferverbindung
bei erhöhter Temperatur,
bei dem man ein die wenigstens eine gesättigte Kohlenwasserstoffvorläuferverbindung,
molekularen Sauerstoff und wenigstens ein Inertgas enthaltendes
Reaktionsgasausgangsgemisch mit einem Eingangsdruck P durch eine
in einer Reaktoreinheit befindliche Katalysatorbeschickung führt, deren
Katalysatoren so beschalten sind, dass ihre Aktivmasse wenigstens
ein Multimetalloxid M ist, das die Elemente Mo und V, wenigstens
eines der Elemente Te und Sb sowie wenigstens eines der Elemente
aus der Gruppe umfassend Nb, Ta, W, Ce und Ti enthält und dessen
Röntgendiffraktogramm
ein Röntgendiffraktrogramm
ist, das Beugungsreflexe h, i und k aufweist, deren Scheitelpunkte
bei den Beugungsreflexen (2⊝)
22,2 ± 0,5° (h), 27,3 ± 0,5° (i) und
28,2 ± 0,5° (k) liegen,
wobei der Beugungsreflex h innerhalb des Röntgendiffraktorgramms der intensitätsstärkste ist
sowie eine Halbwertsbreite von höchstens
0,5° aufweist
und die Halbwertsbreite des Beugungsreflexes i und des Beugungsreflexes
k jeweils ≤ 1° beträgt, gefunden,
das
dadurch gekennzeichnet ist,
dass die Katalysatorbeschickung
in ihrer Gesamtheit aus zwei in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemischs
räumlich
aufeinanderfolgenden, voneinander verschiedene Katalysatoren enthaltenden,
Katalysatorbetten I, II besteht, wobei das Katatysatorbett I so
beschaffen ist, dass wenn die Gesamtkatalysatorbeschickung derselben
Reaktoreinheit nur aus Katatysatorbett vom Typ I bestehen würde, die
Selektivität
SI der (Meth)acrylsäurebildung bei ansonsten identischen
Bedingungen der Gasphasenpartialoxidation in Abhängigkeit vom durch Erhöhung der
Reaktionstemperatur erhöhten
Umsatz der gesättigten
Kohlenwasserstoffvorläufenrerbindung,
bezogen auf einmaligen Durchgang des Reaktionsgasgemischs durch
die Reaktoreinheit, einen maximalen Wert SI max durchläuft,
und das Katatysatorbett
II so beschaffen ist, dass wenn die Gesamtkatalysatorbeschickung
derselben Reaktoreinheit nur aus Katatysatorbett vom Typ II bestehen
würde, die
Selektivität
SII der (Meth)acrylsäurebildung bei ansonsten identischen
Bedingungen der Gasphasenpartialoxidation in Abhängigkeit vom durch Erhöhung der
Reaktionstemperatur erhöhten
Umsatz der gesättigten
Kohlenwasserstoffvorläuferverbindung,
bezogen auf einmaligen Durchgang des Reaktionsgasgemischs durch
die Reaktoreinheit, einen maximalen Wert SII max durchläuft,
mit der Maßgabe, dass
der Wert SI max bei
einem geringeren Umsatz der gesättigten
Kohlenwasserstoffvorläuferverbindung
liegt als der Wert SII max und
mit zunehmendem Umsatz der gesättigten
Kohlenwasserstoffvorläuferverbindung
SI < SII gilt, wohingegen SI max > SII max ist.Accordingly, a process for the production of (meth) acrylic acid by heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of at least one saturated hydrocarbon precursor compound at elevated temperature, in which a reaction gas starting mixture containing the at least one saturated hydrocarbon precursor compound, molecular oxygen and at least one inert gas has an inlet pressure P through a in a reactor unit located catalyst feed, the catalysts are connected so that their active composition is at least one multimetal oxide M, which contains the elements Mo and V, at least one of the elements Te and Sb and at least one of the elements from the group comprising Nb, Ta, W, Ce and Contains Ti and whose X-ray diffractogram is an X-ray diffraction program that has diffraction reflections h, i and k, the apexes of the diffraction reflections (2⊝) 22.2 ± 0.5 ° (h), 27.3 ± 0.5 ° (i) and 28.2 ± 0.5 ° (k), with the diffraction reflection reflex h is the most intense within the X-ray diffraction program and has a half-value width of at most 0.5 ° and the half-value width of the diffraction reflex i and the diffraction reflex k is ≤ 1 °,
which is characterized by
that the catalyst feed in its entirety consists of two catalyst beds I, II which are spatially consecutive in the flow direction of the reaction gas mixture and contain different catalysts, the catalyst bed I being such that when the total catalyst coat The same reactor unit would only consist of type I catalyst bed, the selectivity S I of the (meth) acrylic acid formation under otherwise identical conditions of the gas phase partial oxidation depending on the conversion of the saturated hydrocarbon precursor compound increased by increasing the reaction temperature, based on a single passage of the reaction gas mixture through the reactor unit, passes through a maximum value S I max ,
and the catalytic bed II is such that if the total catalyst feed of the same reactor unit would only consist of type II catalytic bed, the selectivity S II of the (meth) acrylic acid formation under otherwise identical conditions of the gas phase partial oxidation depending on the increased conversion of the saturated hydrocarbon precursor compound by increasing the reaction temperature , based on a single passage of the reaction gas mixture through the reactor unit, a maximum value S II max passes through,
with the proviso that the value S I max with a lower conversion of the saturated hydrocarbon precursor compound than the value S II max and with increasing conversion of the saturated hydrocarbon precursor compound S I <S II applies, whereas S I max > S II max .
Der Gedanke, die Herstellung von (Meth)acrylsäure durch heterogen katalysierte Gasphasenpartialoxidation wenigstens einer gesättigten Kohlenwasserstoffverbindung in einer strukturierten Katalysatorbeschickung durchzuführen, ist aus Catalysis Letters Vol. 87, Nos. 3-4, April 2003, S. 195 bis 199 in abstrakter Form bekannt. Nachteilig an dieser Veröffentlichung ist jedoch, dass sie sich über die Art und Weise der Strukturierung ausschweigt.The Thought the production of (meth) acrylic acid by heterogeneously catalyzed Gas phase partial oxidation of at least one saturated hydrocarbon compound to be carried out in a structured catalyst feed from Catalysis Letters Vol. 87, Nos. 3-4, April 2003, p. 195 bis 199 known in abstract form. A disadvantage of this publication however is that they are over the way of structuring remains silent.
In
der
Hintergrund der vorliegenden Erfindung ist die Beobachtung, dass die Selektivität der (Meth)acrylsäurebildung bei einem Verfahren gemäß der Präambel dieser Schrift in der Regel ein Maximum durchläuft, wenn man, unter ansonsten konstanten Verfahrensbedingungen, den Umsatz der wenigstens einen gesättigten Kohlenwasserstoffvorläuferverbindung bei einmaligem Durchgang des Reaktionsgasgemischs durch die Katalysatorbeschickung durch Steigerung der Reaktionstemperatur erhöht.background the present invention is the observation that the selectivity of (meth) acrylic acid formation in a procedure according to the preamble to this Font usually goes through a maximum if you, under otherwise constant process conditions, sales of at least one saturated hydrocarbon precursor with one pass of the reaction gas mixture through the catalyst feed increased by increasing the reaction temperature.
Ferner wurde beobachtet, dass es, bei im wesentlichen gleicher Herstellweise von Katalysatoren mit Multimetalloxiden M als Aktivmasse, Elementzusammensetzungen des Mulitmetalloxids M gibt, die dadurch charakterisiert sind, dass das vorgenannte Selektivitätsmaximum bei Katalysatorbeschickungen mit Aktivmasssen aus einem solchen Multimetalloxid M aufweisenden Katalysatoren bei vergleichsweise niederen Umsätzen der wenigstens einen gesättigten Kohlenwasserstoffvorläuferverbindung liegt und sehr ausgeprägt ist, mit zunehmenden Umsatz jedoch stark abfällt (solche Elementzusammensetzungen des Multimetalloxids M werden nachfolgend als Elementzusammensetzungen A bezeichnet), während bei einer anderen Gruppe von Elementzusammensetzungen des Mulitmetalloxids M (nachfolgend als Elementzusammensetzungen B bezeichnet) das entsprechende Selektivitätsmaximum bei vergleichsweise hohen Umsätzen liegt, weniger ausgeprägt ist und mit zunehmendem Umsatz weniger stark abfällt.Further it was observed that, with essentially the same method of manufacture of catalysts with multimetal oxides M as active material, element compositions of the multi-metal oxide M, which are characterized in that the aforementioned selectivity maximum in the case of catalyst feeds with active materials from such Multimetal oxide M catalysts with comparative low sales the at least one saturated Hydrocarbon precursor compound lies and very pronounced is, but decreases sharply with increasing sales (such element compositions of the multimetal oxide M are hereinafter referred to as element compositions A)) while in another group of element compositions of the multi-metal oxide M (hereinafter referred to as element compositions B) the corresponding maximum selectivity with comparatively high sales lies, less pronounced and decreases less with increasing sales.
Multimetalloxide M des Typs A eignen sich beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise zur Beschickung des Katalysatorbetts I, während sich Multimetalloxide M des Typs B vorzugsweise zur Beschickung des Katalysatorbetts II eignen.Multi metal oxides M of type A are preferably suitable in the process according to the invention to feed the catalyst bed I while multimetal oxides M of type B, preferably for feeding the catalyst bed II suitable.
In
der Regel gehören
zu den Mulitmetalloxiden M des Typs A die Multimetalloxide der Stöchiometrie
A,
X1 = Ag, Ga, Pd und/oder Sm,
a = 0,01
bis 1,
b = > 0
bis 1,
c = > 0
bis 1,
d = > 0
bis 0,5 und
n = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in A bestimmt wird.As a rule, the multi-metal oxides M of type A include the multi-metal oxides of stoichiometry A,
X 1 = Ag, Ga, Pd and / or Sm,
a = 0.01 to 1,
b => 0 to 1,
c => 0 to 1,
d => 0 to 0.5 and
n = a number determined by the valency and frequency of the elements in A other than oxygen.
Zu
den Multimetalloxiden M des Types B gehören in der Regel Multimetalloxide
der Stöchiometrie
B,
X2 = Ni, Co, Bi, Cu, Fe, Mn, Nd, Pb, Re und/oder
Pt,
a = 0,01 bis 1,
b = > 0
bis 1,
c = > 0
bis 1,
e = ≥ 0
bis 0,5 und
x = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in B bestimmt wird.The multimetal oxides M of type B generally include multimetal oxides of stoichiometry B,
X 2 = Ni, Co, Bi, Cu, Fe, Mn, Nd, Pb, Re and / or Pt,
a = 0.01 to 1,
b => 0 to 1,
c => 0 to 1,
e = ≥ 0 to 0.5 and
x = a number determined by the valency and frequency of the elements in B other than oxygen.
Bevorzugt beträgt der stöchiometrische Koeffizient a sowohl im Fall der Stöchiometrie A als auch im Fall der Stöchiometrie B, unabhängig von den Vorzugsbereichen für die anderen stöchiometrischen Koeffizienten der beiden Stöchiometrien A, B 0,05 bis 0,6, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,6 oder 0,5.Prefers is the stoichiometric Coefficient a both in the case of stoichiometry A and in the case of stoichiometry B, independently from the preferred areas for the other stoichiometric Coefficients of the two stoichiometries A, B 0.05 to 0.6, particularly preferably 0.1 to 0.6 or 0.5.
Unabhängig von den Vorzugsbereichen für die anderen stöchiometrischen Koeffizienten der beiden Stöchiometrien A, B beträgt der stöchiometrische Koeffizient b bevorzugt 0,01 bis 1, und besonders bevorzugt 0,01 bzw. 0,05 oder 0,1 bis 0,5 oder 0,4.Independent of the preferred areas for the other stoichiometric Coefficients of the two stoichiometries A, B is the stoichiometric Coefficient b preferably 0.01 to 1, and particularly preferably 0.01 or 0.05 or 0.1 to 0.5 or 0.4.
Der stöchiometrische Koeffizient c der erfindungsgemäß vorteilhaft zu verwendenden Multimetalloxide M der Stöchiometrie A, B beträgt, unabhängig von den Vorzugsbereichen für die anderen stöchiometrischen Koeffizienten der Stöchiometrien A, B 0,01 bis 1 und besonders bevorzugt 0,01 bzw. 0,05 oder 0,1 bis 0,5 oder 0,4. Ein erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugter Bereich für den stöchiometrischen Koeffizienten c, der unabhängig von den Vorzugsbereichen für die anderen stöchiometrischen Koeffizienten der Stöchiometrien A, B kombinierbar ist, ist der Bereich 0,05 bis 0,2.The stoichiometric Coefficient c which is advantageous according to the invention to be used multimetal oxides M of stoichiometry A, B is independent of the preferred areas for the other stoichiometric coefficients of stoichiometries A, B 0.01 to 1 and particularly preferably 0.01 or 0.05 or 0.1 to 0.5 or 0.4. A very particularly preferred according to the invention Area for the stoichiometric Coefficient c that is independent from the preferred areas for the other stoichiometric Coefficient of stoichiometry A, B can be combined, the range is 0.05 to 0.2.
Erfindungsgemäß bevorzugt beträgt der stöchiometrische Koeffizient d bzw. e der Stöchiometrien A, B, unabhängig von den Vorzugsbereichen für die anderen stöchiometrischen Koeffizienten, 0,00005 bzw. 0,0005 bis 0,5, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,5, häufig 0,002 bis 0,3 und oft 0,005 bzw. 0,01 bis 0,1.Preferred according to the invention is the stoichiometric Coefficient d or e of the stoichiometries A, B, independently from the preferred areas for the other stoichiometric Coefficients, 0.00005 or 0.0005 to 0.5, particularly preferred 0.001 to 0.5, common 0.002 to 0.3 and often 0.005 or 0.01 to 0.1.
Besonders
günstige
erfindungsgemäß zu verwendende
Mulitmetalloxide M der Stöchiometrie
A bzw. B sind jene, deren stöchiometrische
Koeffizienten a, b, c und d bzw. e gleichzeitig im nachfolgenden
Raster liegen:
a = 0,05 bis 0,6;
b = 0,01 bis 1 (bzw.
0,01 bis 0,5);
c = 0,01 bis 1 (bzw. 0,01 bis 0,5); und
d,
e = 0,0005 bis 0,5 (bzw. 0,001 bis 0,3).Particularly favorable multi-metal oxides M of stoichiometry A or B to be used according to the invention are those whose stoichiometric coefficients a, b, c and d or e are simultaneously in the following grid:
a = 0.05 to 0.6;
b = 0.01 to 1 (or 0.01 to 0.5);
c = 0.01 to 1 (or 0.01 to 0.5); and
d, e = 0.0005 to 0.5 (or 0.001 to 0.3).
Ganz
besonders günstige
erfindungsgemäß zu verwendende
Multimetalloxide M des Typs A, B sind jene, deren stöchiometrische
Koeffizienten a, b, c und d bzw. e gleichzeitig im nachfolgenden
Raster liegen:
a = 0,1 bis 0,6;
b = 0,1 bis 0,5;
c
= 0,05 oder 0,1 bis 0,5; und
d, e = 0,001 bis 0,5 bzw. 0,002
bis 0,3 bzw. 0,005 bis 0,1.Very particularly favorable multimetal oxides M of type A, B to be used according to the invention are those whose stoichiometric coefficients a, b, c and d or e are simultaneously in the following grid:
a = 0.1 to 0.6;
b = 0.1 to 0.5;
c = 0.05 or 0.1 to 0.5; and
d, e = 0.001 to 0.5 or 0.002 to 0.3 or 0.005 to 0.1.
Vorgenannte Zusammenhänge bleiben im wesentlichen auch dann erhalten, wenn man in den Stöchiometrien A, B das Element Te durch das Element Sb oder durch das Element Bi oder durch wenigstens zwei der Elemente Sb, Te und Bi ersetzt.The aforementioned relationships remain essentially even if you look at the stoichiometries A, B the element Te through the element Sb or through the element Bi or replaced by at least two of the elements Sb, Te and Bi.
Ferner bleiben alle vorgenannten Zusammenhänge im wesentlichen auch dann erhalten, wenn man in den Stöchiometrien A, B das Element Nb durch eines der Elemente Ce, Ti, W oder Ta oder durch ein Gemisch aus Elementen der Gruppe umfassend Nb, Ti, W, Ta und Ce ersetzt.Further all of the above-mentioned relationships remain essentially the same get if you look at the stoichiometries A, B the element Nb by one of the elements Ce, Ti, W or Ta or by a mixture of elements from the group comprising Nb, Ti, W, Ta and Ce replaced.
Es
ist nun allgemein bekannt, dass katalytisch aktive Multimetalloxide
M in verschiedenen kristallinen Phasen auftreten können (vgl.
z.B.
Eine der möglichen kristallinen Phasen, die sogenannte k-Phase (mit hexagonaler Struktur, häufig auch M2-Phase genannt), ist durch ein Röntgendiffraktogramm gekennzeichnet, das bei den 2⊝ Scheitelpunkt-Lagen 22,1 ± 0,5°, 28,2 ± 0,5°, 36,2, ± 0,5°, 45,2 ± 0,5° und 50,0 ± 0,3° besonders intensitätsstarke Beugungsreflexe aufweist.A the possible crystalline phases, the so-called k-phase (with a hexagonal structure, often too Called M2 phase), is characterized by an X-ray diffractogram, that at the 2⊝ vertex positions Special 22.1 ± 0.5 °, 28.2 ± 0.5 °, 36.2, ± 0.5 °, 45.2 ± 0.5 ° and 50.0 ± 0.3 ° high intensity Has diffraction reflexes.
Eine
zweite spezifische Kristallstruktur (orthorhombische Struktur) in
der die relevanten Multimetalloxide M auftreten können, wird
in der Regel als i-Phase (häufig
auch als M1-Phase) bezeichnet. Ihr Röntgendiffraktogramm ist u.a.
dadurch gekennzeichnet, dass es bei den 2⊝-Scheitelpunkt-Lagen 22,2 ± 0,5°, 27,3 ± 0,5°, 28,2, ± 0,5° besonders
intensitätsstarke
Beugungsreflexe aufweist, im Unterschied zur k-Phase bei der 2⊝-Scheitelpunktlage
50,0 ± 0,3° jedoch keinen
Beugungsreflex zeigt (vgl.
Bei
den üblichen
Herstellverfahren der relevanten Multimetalloxide M (z.B. den Herstellverfahren
gemäß WO 0206199,
Ein
Maß für den i-Phase
Anteil in diesen Mischkristallstrukturen ist das Intensitätsverhältnis
Besonders hohe i-Phase Anteile liegen dann vor, wenn 0,55 bzw. 0,65 ≤ R ≤ 0,85 ist. Hohe i-Phase Anteile in den erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxiden M sind erfindungsgemäß bevorzugt und zwar sowohl für jene der Stöchiometrie A als auch jene der Stöchiometrie B. Erfindungsgemäß vorteilhaft ist für beide Stöchiometrien A, B reine i-Phase.Especially High i-phase components are present when 0.55 or 0.65 ≤ R ≤ 0.85. High i-phase proportions in the multimetal oxides to be used according to the invention M are preferred according to the invention both for that of stoichiometry A as well as that of stoichiometry B. According to the invention advantageous is for both stoichiometries A, B pure i-phase.
Erfindungsgemäß bevorzugt gilt für beide Stöchiometrien A, B daher 0,65 ≤ R ≤ 0,85 bzw. 0,67 ≤ R ≤ 0,75 und ganz besonders bevorzugt gilt R = 0,69 bis 0,75 bzw. R = 0,71 bis 0,74 oder 0,73 bzw. R = 0,72.Preferred according to the invention applies to both stoichiometries A, B therefore 0.65 ≤ R ≤ 0.85 or 0.67 ≤ R ≤ 0.75 and R = 0.69 to 0.75 or R = 0.71 to applies with very particular preference 0.74 or 0.73 or R = 0.72.
Neben
den Beugungsreflexen h, i und k enthält das Röntgendiffraktogramm der erfindungsgemäß zu verwendenden
katalytisch aktiven Multimetalloxide M (unabhängig von ihrer Stöchiometrie)
in der Regel noch weitere Beugungsreflexe, deren Scheitelpunkte
bei den nachfolgenden Beugungswinkeln (2⊝) liegen:
9,0 ± 0,4° (l),
6,7 ± 0,4° (o) und
7,9 ± 0,4° (p).In addition to the diffraction reflections h, i and k, the X-ray diffractogram of the catalytically active multimetal oxides M to be used according to the invention (regardless of their stoichiometry) generally also contains further diffraction reflections, the apex of which lies at the following diffraction angles (2⊝):
9.0 ± 0.4 ° (l),
6.7 ± 0.4 ° (o) and
7.9 ± 0.4 ° (p).
Erfindungsgemäß günstig ist es ferner, wenn das Röntgendiffraktogramm zusätzlich einen Beugungsreflex enthält, dessen Scheitelpunkt beim Beugungswinkel (2⊝) = 45,2 ± 0,4° (q) liegt.Is cheap according to the invention it further if the x-ray diffractogram additionally contains a diffraction reflex, whose apex is at the diffraction angle (2⊝) = 45.2 ± 0.4 ° (q).
Häufig enthält das Röntgendiffraktogramm von erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxiden M (unabhängig von ihrer Stöchiometrie) auch noch die Reflexe 29,2 ± 0,4° (m) und 35,4 ± 0,4° (n) (Scheitelpunktlagen).Often contains the X-ray diffractogram of to be used according to the invention Multimetal oxides M (independent from their stoichiometry) also the reflections 29.2 ± 0.4 ° (m) and 35.4 ± 0.4 ° (n) (vertex positions).
Ordnet
man dem Beugungsreflex h die Intensität 100 zu, ist es erfindungsgemäß günstig, wenn
die Beugungsreflexe i, l, m, n, o, p, q in der gleichen Intensitätsskala
die nachfolgenden Intensitäten
aufweisen:
i: 5 bis 95, häufig
5 bis 80, teilweise 10 bis 60;
l: 1 bis 30;
m: 1 bis 40;
n:
1 bis 40
o: 1 bis 30;
p: 1 bis 30 und
q: 5 bis 60.If the intensity 100 is assigned to the diffraction reflex h, it is advantageous according to the invention if the diffraction reflexes i, l, m, n, o, p, q have the following intensities in the same intensity scale:
i: 5 to 95, often 5 to 80, sometimes 10 to 60;
l: 1 to 30;
m: 1 to 40;
n: 1 to 40
o: 1 to 30;
p: 1 to 30 and
q: 5 to 60.
Enthält das Röntgendiffraktogramm der erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxide M (unabhängig von ihrer Stöchiometrie) von den vorgenannten zusätzlichen Beugungsreflexen, ist die Halbwertsbreite derselben in der Regel ≤ 1°.Contains the X-ray diffractogram those to be used according to the invention Multimetal oxides M (independent from their stoichiometry) of the aforementioned additional Diffraction reflections, the full width at half maximum is usually ≤ 1 °.
Die spezifische Oberfläche von erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxiden M beträgt (unabhängig von ihrer Stöchiometrie) vielfach 1 bis 40 m2/g, vorteilhaft 10, bzw. 11, bzw. 12 bis 40 m2/g und häufig 15 bzw. 20 bis 40 bzw. 30 m2/g (bestimmt nach der BET-Methode, Stickstoff).The specific surface area of multimetal oxides M to be used according to the invention is (regardless of their stoichiometry) frequently 1 to 40 m 2 / g, advantageously 10 or 11 or 12 to 40 m 2 / g and frequently 15 or 20 to 40 or 30 m 2 / g (determined by the BET method, nitrogen).
Erfindungsgemäß bevorzugt (unabhängig von der Stöchiometrie) ist, wie bereits gesagt, die Verwendung solcher Multimetalloxide M, deren Röntgendiftraktogramm keinen Beugungsreflex mit der Scheitelpunktlage 2⊝ = 50,0 ± 0,3° aufweist.According to the invention, the use is preferred (regardless of the stoichiometry), as already mentioned of such multimetal oxides M, whose X-ray diffractogram has no diffraction reflex with the vertex position 2⊝ = 50.0 ± 0.3 °.
Alle
in dieser Schrift auf ein Röntgendiffraktogramm
bezogenen Angaben beziehen sich auf ein unter Anwendung von Cu-Kα-Strahlung
als Röntgenstrahlung
erzeugtes Röntgendiffraktogramm
(Siemens-Diffraktometer Theta-Theta D-5000, Röhrenspannung: 40 kV, Röhrenstrom:
40 mA, Aperturblende V20 (variabel), Streustrahlblende V20 (variabel),
Sekundärmonochromatorblende
(0,1 mm), Detektorblende (0,6 mm), Meßintervall (2⊝):0,02°, Meßzeit je
Schritt: 2,4 s, Detektor: Scintillationszählrohr; die Definition der
Intensität
eines Beugungsreflexes im Röntgendiffraktogramm
bezieht sich in dieser Schrift auf die in der
Nach
den im Stand der Technik beschriebenen Herstellverfahren (vgl. z.B.
Erfolgt die thermische Behandlung unter gasförmiger Atmosphäre, kann diese sowohl stehen als auch fließen. Vorzugsweise fließt sie. Insgesamt kann die thermische Behandlung bis zu 24 h oder mehr in Anspruch nehmen.He follows thermal treatment in a gaseous atmosphere these both stand and flow. It preferably flows. Overall, the thermal treatment can last up to 24 hours or more Claim.
Bevorzugt erfolgt die thermische Behandlung zunächst unter oxidierender (Sauerstoff enthaltender) Atmosphäre (z.B. unter Luft) bei einer Temperatur von 150 bis 400°C bzw. 250 bis 350°C (= Vorzersetzungsschritt). Im Anschluß daran wird die thermische Behandlung zweckmäßig unter Inertgas bei Temperaturen von 350 bis 700°C bzw. 400 bis 650°C oder 450 bis 600°C fortgesetzt. Selbstredend kann die thermische Behandlung auch so erfolgen, dass die Katalysatorvorläufermasse vor ihrer thermischen Behandlung zunächst (gegebenenfalls nach Pulverisierung) tablettiert (gegebenenfalls unter Zusatz von 0,5 bis 2 Gew.-% an feinteiligem Graphit), dann thermisch behandelt und nachfolgend wieder versplittet wird.Prefers the thermal treatment is first carried out under oxidizing (oxygen containing) atmosphere (e.g. in air) at a temperature of 150 to 400 ° C or 250 up to 350 ° C (= Pre-decomposition step). Subsequently, the thermal Appropriate treatment under Inert gas at temperatures from 350 to 700 ° C or 400 to 650 ° C or 450 up to 600 ° C continued. Of course, the thermal treatment can also do so take place that the catalyst precursor mass before its thermal Treatment first (optionally after pulverization) tableted (if necessary with the addition of 0.5 to 2 wt .-% of finely divided graphite), then is treated thermally and then split again.
Das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen kann in trockener oder in nasser Form erfolgen.The intimate mixing of the starting compounds can be done in dry or done in wet form.
Erfolgt es in trockener Form, werden die Ausgangsverbindungen zweckmäßigerweise als feinteilige Pulver eingesetzt und nach dem Mischen und gegebenenfalls Verdichten der Calcinierung (thermischen Behandlung) unterworfen.He follows it in dry form, the starting compounds are convenient used as a fine powder and after mixing and optionally Compacting subjected to calcination (thermal treatment).
Vorzugsweise
erfolgt das innige Vermischen jedoch in nasser Form. Üblicherweise
werden die Ausgangsverbindungen dabei in Form einer wäßrigen Lösung (gegebenenfalls
unter Mitverwendung komplexbildender Mittel; vgl. z.B.
Als
Quellen für
die elementaren Konstituenten kommen im Rahmen der Durchführung der
vorstehend beschriebenen Herstellweise von i-/k-Phase-Michkristall-Multimetalloxidmassen
alle diejenigen in Betracht, die beim Erhitzen (gegebenenfalls an
Luft) Oxide und/oder Hydroxide zu bilden vermögen. Selbstredend können als
solche Ausgangsverbindungen auch bereits Oxide und/oder Hydroxide
der elementaren Konstituenten mitverwendet oder ausschließlich verwendet
werden. D.h., insbesondere kommen alle in den Schriften
Geeignete Quellen für das Element Mo sind z.B. Molybdänoxide wie Molybdäntrioxid, Molybdate wie Ammoniumheptamolybdattetrahydrat und Molybdänhalogenide wie Molybdänchlorid.suitable Sources for the element Mo are e.g. molybdenum oxides like molybdenum trioxide, Molybdates such as ammonium heptamolybdate tetrahydrate and molybdenum halides like molybdenum chloride.
Geeignete Ausgangsverbindungen für das Element V sind z.B. Vanadiumoxysulfathydrat, Vanadylacetylacetonat, Vanadate wie Ammoniummetavanadat, Vanadinoxide wie Vanadinpentoxid (V2O5), Vanadinhalogenide wie Vanadintetrachlorid (VCl4) und Vanadinoxyhalogenide wie VOCl3. Dabei können als Vanadinausgangsverbindungen auch solche mitverwendet werden, die das Vanadin in der Oxidationsstufe +4 enthalten.Suitable starting compounds for element V are, for example, vanadium oxysulfate hydrate, vanadylacetylacetonate, vanadates such as ammonium metavanadate, vanadium oxides such as vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), vanadium halides such as vanadium tetrachloride (VCl 4 ) and vanadium oxyhalides such as VOCl 3 . It is also possible to use those starting vanadium compounds which contain the vanadium in oxidation state +4.
Als Quellen für das Element Tellur eignen sich Telluroxide wie Tellurdioxid, metallisches Tellur, Tellurhalogenide wie TeCl2, aber auch Tellursäuren wie Orthothellursäure H6TeO6.Suitable sources for the element tellurium are tellurium oxides such as tellurium dioxide, metallic tellurium, tellurium halides such as TeCl 2 , but also telluric acids such as orthothelluric acid H 6 TeO 6 .
Vorteilhafte Antimonausgangsverbindungen sind Antimonhalogenide wie SbCl3, Antimonoxide wie Antimontrioxid (Sb2O3), mit H2O2 vorbehandeltes Antimontrioxid, Antimonsäuren wie HSb(OH)6, aber auch Antimonoxid-Salze wie Antimonoxid-sulfat (SbO)2SO4 sowie Antimonacetat.Advantageous antimony starting compounds are antimony halides such as SbCl 3 , antimony oxides such as antimony trioxide (Sb 2 O 3 ), antimony trioxide pretreated with H 2 O 2 , antimonic acids such as HSb (OH) 6 , but also antimony oxide salts such as antimony oxide sulfate (SbO) 2 SO 4 and antimony.
Geeignete
Niobquellen sind z. B. Nioboxide wie Niobpentoxid (Nb2O5), Nioboxidhalogenide wie NbOCl3,
Niobhalogenide wie NbCl5, aber auch komplexe
Verbindungen aus Niob und Alkoholen (z.B. Ethanol, n-Propanol),
organischen Carbonsäuren
und/oder Dicarbonsäuren
wie z. B. Oxalate und Alkoholate. Selbstredend kommen als Niobquelle
auch die in der
Bezüglich aller anderen möglichen Elemente (insbesondere des Pb, Ni, Cu, Co, Bi und Pd) kommen als geeignete Ausgangsverbindungen vor allem deren Halogenide, Nitrate, Formiate, Oxalate, Acetate, Carbonate und/oder Hydroxide in Betracht. Geeignete Ausgangsverbindungen sind vielfach auch deren Oxoverbindungen wie z. B. Wolframate bzw. die von diesen abgeleiteten Säuren. Häufig werden als Ausgangsverbindungen auch Ammoniumsalze eingesetzt.Regarding everything other possible Elements (especially Pb, Ni, Cu, Co, Bi and Pd) come as suitable starting compounds, especially their halides, nitrates, Formates, oxalates, acetates, carbonates and / or hydroxides into consideration. Suitable starting compounds are often also their oxo compounds such as B. tungstates or the acids derived from these. Become frequent ammonium salts are also used as starting compounds.
Ferner kommen als Ausgangsverbindungen auch Polyanionen vom Anderson Typ in Betracht, wie sie z. B. in Polyhedron Vol. 6, No. 2, pp. 213-218, 1987 beschrieben sind. Eine weitere geeignete Literaturquelle für Polyanionen vom Anderson Typ bildet Kinetics and Catalysis, Vol. 40, No. 3, 1999, pp 401 bis 404.Further polyanions of the Anderson type also come as starting compounds considered as z. B. in Polyhedron Vol. 6, No. 2, pp. 213-218, 1987 are described. Another suitable literature source for polyanions of the Anderson type forms Kinetics and Catalysis, Vol. 40, No. 3, 1999, pp 401 to 404.
Andere als Ausgangsverbindungen geeignete Polyanionen sind z. B. solche vom Dawson oder Keggin Typ. Vorzugsweise werden solche Ausgangsverbindungen verwendet, die sich bei erhöhten Temperaturen entweder im Beisein oder bei Ausschluß von Sauerstoff, gegebenenfalls unter Freisetzung gasförmiger Verbindungen, in ihre Oxide umwandeln.Other suitable polyanions as starting compounds are e.g. B. such of the Dawson or Keggin type. Such starting compounds are preferred used, which increased at Temperatures either in the presence or in the absence of oxygen, optionally with the release of gaseous compounds, in their Convert oxides.
In
den wie beschrieben erhältlichen
i/k-Phase Mischkristall-Multimetalloxiden M (reine i-Phase Multimetalloxide
M werden nach der beschriebenen Verfahrensweise allenfalls zufällig erhalten)
kann nun der Anteil an i-Phase dadurch erhöht bzw. isoliert werden, dass
man die k-Phase mit geeigneten Flüssigkeiten im gewünschten
Umfang herauswäscht.
Bevorzugt wird nach der Waschung nochmals calciniert, wie es die
Als
solche Waschflüssigkeiten
kommen z.B. organische Säuren
und wässrige
Lösungen
organischer Säuren
(z.B. Oxalsäure,
Ameisensäure,
Essigsäure,
Zitronensäure
und Weinsäure),
anorganische Säuren (z.B.
Salpetersäure),
wässrige
Lösungen
anorganischer Säuren
(z.B. wässrige
Tellursäure
oder wässrige
Salpetersäure),
Alkohole und wässrige
Wasserstoffperoxidlösungen
in Betracht. Des weiteren offenbart auch die
Ein
erhöhter
Anteil an i-Phase (und in günstigen
Fällen
im wesentlichen reine i-Phase) stellt sich bei der Herstellung von
Multimetalloxiden M in der Regel dann ein, wenn ihre Herstellung
auf hydrothermalem Weg erfolgt, wie es z.B. die
Die Herstellung von erfindungsgemäß vorteilhaft zu verwendenden aktiven Multimetalloxiden M der Stöchiometrie A, B mit d oder e > 0 kann aber auch dadurch erfolgen, dass man zunächst ein Multimetalloxid M' erzeugt, das sich von einem Multimetalloxid M nur dadurch unterscheidet, dass d = 0 ist.Active multimetal oxides M of stoichiometry A, B with d or e> 0, which can advantageously be used according to the invention, can also be produced by first preparing a multimetal oxide M 'that differs from a multimetal oxide M only in that d = 0.
Eine solches, bevorzugt feinteiliges, Multimetalloxid M' kann dann mit Lösungen (z.B. wässrigen) von Elementen X1, X2 getränkt (z.B. durch Besprühen), nachfolgend getrocknet (bevorzugt bei Temperaturen ≤ 100°C) und anschließend, wie für das Multimetalloxid M' bereits beschrieben, calciniert (bevorzugt im Inertgasstrom) werden (bevorzugt wird hier auf eine Vorzersetzung an Luft verzichtet). Die Verwendung von wässrigen Nitrat- und/oder Halogenidlösungen von Elementen X1, X2 und/oder die Verwendung von wässrigen Lösungen in denen die Elemente X1, X2 mit organischen Verbindungen (z.B. Acetate oder Acetylacetonate) komplexiert vorliegen, ist für diese Herstellvariante besonders vorteilhaft.Such a, preferably finely divided, multimetal oxide M 'can then be impregnated with solutions (for example aqueous) of elements X 1 , X 2 (for example by spraying), subsequently dried (preferably at temperatures 100 100 ° C.) and then, as for the multimetal oxide M 'have already been described, calcined (preferably in an inert gas stream) (pre-decomposition in air is preferably avoided here). The use of aqueous nitrate and / or halide solutions of elements X 1 , X 2 and / or the use of aqueous solutions in which the elements X 1 , X 2 are complexed with organic compounds (for example acetates or acetylacetonates) is for this manufacturing variant particularly advantageous.
Die wie beschrieben erhältlichen erfindungsgemäß zu verwendenden aktiven Multimetalloxide M, insbesondere solche der Stöchiometrie A, B, können im erfindungsgemäßen Verfahren als solche [z.B. als Pulver oder nach Tablettieren des Pulvers (häufig unter Zusatz von 0,5 bis 2 Gew.-% an feinteiligem Graphit) und nachfolgendem Versplitten zu Splitt zerkleinert] oder auch zu Formkörpern geformt als Katalysatoren für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. Dabei kann das individuelle Katalysatorbett ein Festbett, ein Wanderbett (ein Fließbett) oder ein Wirbelbett sein.The available as described to be used according to the invention active multimetal oxides M, especially those of stoichiometry A, B, can in the method according to the invention as such [e.g. as powder or after tabletting the powder (often under Addition of 0.5 to 2% by weight of finely divided graphite) and the following Split into chippings] or formed into shaped bodies as catalysts for the inventive method be used. The individual catalyst bed can be used Fixed bed, a walking bed (a fluid bed) or a fluidized bed his.
Die
Formung zu Formkörpern
kann z.B. durch Aufbringen auf einen Trägerkörper erfolgen, wie es in der
Die für die im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden aktiven Multimetalloxide M zu verwendenden Trägerkörper sind vorzugsweise chemisch inert. D.h., sie greifen in den Ablauf der erfindungsgemäßen heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidation, die durch die erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxide M, insbesondere jene der Stöchiometrien A, B, katalysiert wird, im wesentlichen nicht ein.The for the in the method according to the invention active multimetal oxides M to be used are carrier bodies preferably chemically inert. That is, they intervene in the process of heterogeneous according to the invention catalyzed gas phase partial oxidation by the to be used according to the invention Multimetal oxides M, in particular those of stoichiometries A, B, catalyzed will, essentially not.
Als Material für die Trägerkörper kommen erfindungsgemäß insbesondere Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Silicate wie Ton, Kaolin, Steatit (bevorzugt mit geringem in Wasser löslichem Alkaligehalt sowie bevorzugt von der Fa. Ceramtec in DE, z.B. Steatit C220), Bims, Aluminiumsilicat und Magnesiumsilicat, Siliciumcarbid, Zirkondioxid und Thoriumdioxid in Betracht.As Material for the carrier bodies come according to the invention in particular Aluminum oxide, silicon dioxide, silicates such as clay, kaolin, steatite (preferably with a low water-soluble alkali content and preferably from Ceramtec in DE, e.g. Steatite C220), pumice, Aluminum silicate and magnesium silicate, silicon carbide, zirconium dioxide and thorium dioxide.
Die Oberfläche des Trägerkörpers kann sowohl glatt als auch rau sein. Mit Vorteil ist die Oberfläche des Trägerkörpers rau, da eine erhöhte Oberflächenrauhigkeit in der Regel eine erhöhte Haftfestigkeit der aufgebrachten Aktivmassenschale bedingt.The surface of the carrier body can be both smooth and rough. The surface of the Carrier body rough, because an increased surface roughness usually an increased Adhesion of the applied active material shell conditionally.
Häufig liegt die Oberflächenrauhigkeit Rz des Trägerkörpers im Bereich von 5 bis 200 μm, oft im Bereich von 20 bis 100 μm (bestimmt gemäß DIN 4768 Blatt 1 mit einem "Hommel Tester für DIN-ISO Oberflächenmeßgrößen" der Fa. Hommelwerke, DE).The surface roughness R z of the support body is often in the range from 5 to 200 μm, often in the range from 20 to 100 μm (determined in accordance with DIN 4768 Sheet 1 using a "Hommel Tester for DIN-ISO surface measurement parameters" from Hommelwerke, DE).
Ferner kann das Trägermaterial porös oder unporös sein. Zweckmäßigerweise ist das Trägermaterial unporös (Gesamtvolumen der Poren auf das Volumen des Trägerkörpers bezogen ≤ 1 Vol.-%).Further can the carrier material porous or nonporous his. Conveniently, the carrier material is non-porous (total volume of the pores based on the volume of the carrier body ≤ 1% by volume).
Die Dicke der auf den erfindungsgemäßen Schalenkatalysatoren befindlichen aktiven Oxidmassenschale liegt üblicherweise bei 10 bis 1000 μm. Sie kann aber auch 50 bis 700 μm, 100 bis 600 μm oder 150 bis 400 μm betragen. Mögliche Schalendicken sind auch 10 bis 500 μm, 100 bis 500 μm oder 150 bis 300 μm.The Thickness of the coated catalysts according to the invention active oxide mass shell is usually 10 to 1000 microns. she can but also 50 to 700 μm, 100 to 600 μm or 150 to 400 μm be. Possible Shell thicknesses are also 10 to 500 μm, 100 to 500 μm or 150 up to 300 μm.
Prinzipiell kommen für das erfindungsgemäße Verfahren beliebige Geometrien der Trägerkörper in Betracht. Ihre Längstausdehnung beträgt in der Regel 1 bis 10 mm. Vorzugsweise werden jedoch Kugeln oder Zylinder, insbesondere Hohlzylinder, als Trägerkörper angewendet. Günstige Durchmesser für Trägerkugeln betragen 1,5 bis 5 mm. Werden Zylinder als Trägerkörper verwendet, so beträgt deren Länge vorzugsweise 2 bis 10 mm und ihr Außendurchmesser bevorzugt 4 bis 10 mm. Im Fall von Ringen liegt die Wanddicke darüber hinaus üblicherweise bei 1 bis 4 mm. Erfindungsgemäß geeignete ringförmige Trägerkörper können auch eine Länge von 3 bis 6 mm, einen Außendurchmesser von 4 bis 8 mm und eine Wanddicke von 1 bis 2 mm aufweisen. Möglich ist aber auch eine Trägerringgeometrie von 7 mm × 3 mm × 4 mm oder von 5 mm × 3 mm × 2 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser).in principle come for the inventive method any geometries of the carrier body in Consideration. Your longest dimension is usually 1 to 10 mm. Preferably, however, balls or cylinders, especially hollow cylinder, used as a carrier body. Favorable diameter for carrier balls 1.5 to 5 mm. If cylinders are used as carrier bodies, their Length preferred 2 to 10 mm and their outer diameter preferably 4 to 10 mm. In the case of rings, the wall thickness is also usually more at 1 to 4 mm. Suitable according to the invention annular Carrier bodies can also a length from 3 to 6 mm, an outer diameter of 4 to 8 mm and a wall thickness of 1 to 2 mm. Is possible but also a carrier ring geometry of 7 mm × 3 mm × 4 mm or 5 mm × 3 mm × 2 mm (Outer diameter × length × inner diameter).
Die Herstellung erfindungsgemäß zu verwendender Schalenkatalysatoren kann in einfachster Weise z.B. so erfolgen, dass man erfindungsgemäß zu verwendende Multimetalloxide M, insbesondere solche der allgemeinen Stöchiometrie A, B, vorbildet, sie in eine feinteilige Form überführt und abschließend mit Hilfe eines flüssigen Bindemittels auf die Oberfläche des Trägerkörpers aufbringt. Dazu wird die Oberfläche des Trägerkörpers in einfachster Weise mit dem flüssigen Bindemittel befeuchtet und durch Inkontaktbringen mit feinteiliger aktiver Oxidmasse, z.B. solcher der allgemeinen Stöchiometrie A, B, eine Schicht der Aktivmasse auf der befeuchteten Oberfläche angeheftet. Abschließend wird der beschichtete Trägerkörper getrocknet. Selbstredend kann man zur Erzielung einer erhöhten Schichtdicke den Vorgang periodisch wiederholen. In diesem Fall wird der beschichtete Grundkörper zum neuen "Trägerkörper" etc.. Nach erfolgter Beschichtung kann nochmals unter den bereits genannten Bedingungen calciniert werden (bevorzugt wieder unter Inertgas).Shell catalysts to be used according to the invention can be produced in a very simple manner, for example by forming multimetal oxides M to be used according to the invention, in particular those of the general stoichiometry A, B, converting them into a finely divided form and finally using a liquid binder on the surface of the Carrier body applies. The surface of the Trä body moistened in the simplest way with the liquid binder and attached to the moistened surface by contacting finely divided active oxide mass, for example those of the general stoichiometry A, B, a layer of the active mass. Finally, the coated carrier body is dried. Of course, the process can be repeated periodically to achieve an increased layer thickness. In this case, the coated base body becomes the new “support body” etc. After coating, it can be calcined again under the conditions already mentioned (preferably again under inert gas).
Die Feinheit des auf die Oberfläche des Trägerkörpers aufzubringenden katalytisch aktiven Multimetalloxids, z.B. jenes der allgemeinen Stöchiometrie A, B, wird selbstredend an die gewünschte Schalendicke angepasst. Für den Schalendickenbereich von 100 bis 500 μm eignen sich z. B. solche Aktivmassenpulver, von denen wenigstens 50 % der Gesamtzahl der Pulverpartikel ein Sieb der Maschenweite 1 bis 20 μm passieren und deren numerischer Anteil an Partikeln mit einer Längstausdehnung oberhalb von 50 mm weniger als 10 % beträgt. In der Regel entspricht die Verteilung der Längstausdehnungen der Pulverpartikel herstellungsbedingt einer Gaußverteilung. Häufig ist die Korngrößenverteilung wie folgt beschaffen: The fineness of the catalytically active multimetal oxide to be applied to the surface of the carrier body, for example that of the general stoichiometry A, B, is of course adapted to the desired shell thickness. For the shell thickness range from 100 to 500 μm, z. B. those active mass powders, of which at least 50% of the total number of powder particles pass through a sieve with a mesh size of 1 to 20 μm and whose numerical proportion of particles with a longest dimension above 50 mm is less than 10%. As a rule, the distribution of the longest dimensions of the powder particles corresponds to a Gaussian distribution due to the manufacturing process. The grain size distribution is often as follows:
Dabei
sind:
D = Durchmesser des Korns,
x = der prozentuale Anteil
der Körner,
deren Durchmesser ≥ D
ist; und
y = der prozentuale Anteil der Körner, deren Durchmesser < D ist.Here are:
D = diameter of the grain,
x = the percentage of grains whose diameter is ≥ D; and
y = the percentage of grains whose diameter is <D.
Für eine Durchführung des
beschriebenen Beschichtungsverfahrens im technischen Maßstab empfiehlt
sich z. B. die Anwendung des in der
Bei Bedarf durchläuft der so grundbeschichtete Trägerkörper im Verlauf der darauffolgenden Umdrehung wiederum die Sprühdüsen, wird dabei kontrolliert befeuchtet, um im Verlauf der Weiterbewegung eine weitere Schicht feinteiliger oxidischer Aktivmasse aufnehmen zu können usw. (eine Zwischentrocknung ist in der Regel nicht erforderlich). Feinteilige oxidische Aktivmasse und flüssiges Bindemittel werden dabei in der Regel kontinuierlich und simultan zugeführt.at Passes through demand the base body so coated in Course of the subsequent rotation the spray nozzles, in turn while being humidified in order to keep moving take up another layer of finely divided oxidic active material to be able to etc. (intermediate drying is usually not necessary). Finely divided oxidic active material and liquid binder are used usually fed continuously and simultaneously.
Die Entfernung des flüssigen Bindemittels kann nach beendeter Beschichtung z. B. durch Einwirkung von heißen Gasen, wie N2 oder Luft, erfolgen. Bemerkenswerterweise bewirkt das beschriebene Beschichtungsverfahren sowohl eine voll befriedigende Haftung der aufeinanderfolgenden Schichten aneinander, als auch der Grundschicht auf der Oberfläche des Trägerkörpers.The removal of the liquid binder can be done after the coating z. B. by the action of hot gases such as N 2 or air. Remarkably, the coating method described brings about both a fully satisfactory adhesion of the successive layers to one another and also the base layer on the surface of the carrier body.
Wesentlich
für die
vorstehend beschriebene Beschichtungsweise ist, dass die Befeuchtung
der zu beschichtenden Oberfläche
des Trägerkörpers in
kontrollierter Weise vorgenommen wird. Kurz ausgedrückt heißt dies,
dass man die Trägeroberfläche zweckmäßig so befeuchtet,
dass diese zwar flüssiges
Bindemittel adsorbiert aufweist, aber auf der Trägeroberfläche keine Flüssigphase
als solche visuell in Erscheinung tritt. Ist die Trägerkörperoberfläche zu feucht,
agglomeriert die feinteilige katalytisch aktive Oxidmasse zu getrennten
Agglomeraten, anstatt auf die Oberfläche aufzuziehen. Detaillierte
Angaben hierzu finden sich in der
Die vorerwähnte abschließende Entfernung des verwendeten flüssigen Bindemittels kann in kontrollierter Weise z. B. durch Verdampfen und/oder Sublimieren vorgenommen werden. Im einfachsten Fall kann dies durch Einwirkung heißer Gase entsprechender Temperatur (häufig 50 bis 300, häufig 150°C) erfolgen. Durch Einwirkung heißer Gase kann aber auch nur eine Vortrocknung bewirkt werden. Die Endtrocknung kann dann beispielsweise in einem Trockenofen beliebiger Art (z. B. Bandtrockner) oder im Reaktor erfolgen. Die einwirkende Temperatur sollte dabei nicht oberhalb der zur Herstellung der oxidischen Aktivmasse angewendeten Calcinationstemperatur liegen. Selbstverständlich kann die Trocknung auch ausschließlich in einem Trockenofen durchgeführt werden.The aforementioned final Removal of the liquid used Binder can in a controlled manner, for. B. by evaporation and / or sublimation. In the simplest case, this can be done hotter by exposure Gases of the appropriate temperature (often 50 to 300, often 150 ° C) occur. By Exposure hotter However, gases can only be pre-dried. The final drying can then, for example, in a drying oven of any kind (e.g. B. belt dryer) or in the reactor. The acting temperature should not be above that for the production of the oxidic active material applied calcination temperature. Of course you can drying also exclusively performed in a drying oven become.
Als Bindemittel für den Beschichtungsprozess können unabhängig von der Art und der Geometrie des Trägerkörpers verwendet werden: Wasser, einwertige Alkohole wie Ethanol, Methanol, Propanol und Butanol, mehrwertige Alkohole wie Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol oder Glycerin, ein- oder mehrwertige organische Carbonsäuren wie Propionsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Glutarsäure oder Maleinsäure, Aminoalkohole wie Ethanolamin oder Diethanolamin sowie ein- oder mehrwertige organische Amide wie Formamid. Günstige Bindemittel sind auch Lösungen, bestehend aus 20 bis 90 Gew.-% Wasser und 10 bis 80 Gew.-% einer in Wasser gelösten organischen Verbindung, deren Siedepunkt oder Sublimationstemperatur bei Normaldruck (1 atm) > 100°C, vorzugsweise > 150°C, beträgt. Mit Vorteil wird die organische Verbindung aus der vorstehenden Auflistung möglicher organischer Bindemittel ausgewählt. Vorzugsweise beträgt der organische Anteil an vorgenannten wässrigen Bindemittellösungen 10 bis 50 und besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-%. Als organische Komponenten kommen dabei auch Monosaccharide und Oligosaccharide wie Glucose, Fructose, Saccharose oder Lactose sowie Polyethylenoxide und Polyacrylate in Betracht.As Binder for the coating process can independently of the type and geometry of the support body are used: water, monohydric alcohols such as ethanol, methanol, propanol and butanol, polyhydric Alcohols such as ethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol or glycerol, mono- or polyvalent organic carboxylic acids such as propionic acid, oxalic acid, malonic, glutaric or maleic acid, Amino alcohols such as ethanolamine or diethanolamine as well as one or polyvalent organic amides such as formamide. Cheap binders are also Solutions, consisting of 20 to 90 wt .-% water and 10 to 80 wt .-% one dissolved in water organic compound, its boiling point or sublimation temperature at normal pressure (1 atm)> 100 ° C, preferably> 150 ° C. With The organic compound from the above listing is advantageous potential organic binder selected. Preferably is the organic portion of the aforementioned aqueous binder solutions 10 up to 50 and particularly preferably 20 to 30% by weight. As organic Components also come in monosaccharides and oligosaccharides such as glucose, fructose, sucrose or lactose as well as polyethylene oxides and polyacrylates.
Von Bedeutung ist, dass die Herstellung erfindungsgemäß geeigneter Schalenkatalysatoren nicht nur durch Aufbringen der fertiggestellten, feingemahlenen aktiven Oxidmassen M, z.B. der allgemeinen Stöchiometrie A, B, auf die befeuchtete Trägerkörperoberfläche erfolgen kann.Of It is important that the production is more suitable according to the invention Shell catalysts not only by applying the finished, finely ground active oxide masses M, e.g. general stoichiometry A, B, on the moistened surface of the carrier body can.
Vielmehr kann anstelle der aktiven Multimetalloxide M auch eine feinteilige Vorläufermasse derselben auf die befeuchtete Trägeroberfläche (unter Anwendung der gleichen Beschichtungsverfahren und Bindemittel) aufgebracht und die Calcination nach Trocknung des beschichteten Trägerkörpers durchgeführt werden (es können auch Trägerkörper mit einer Vorläuferlösung getränkt, nachfolgend getrocknet und anschließend calciniert werden). Abschließend kann die von der i-Phase verschiedene k-Phase ausgewaschen werden. Nachfolgend kann nochmals in der beschriebenen Weise calciniert werden.Much more can also be a finely divided instead of the active multimetal oxides M. precursor material the same on the moistened carrier surface (under Application of the same coating method and binder) applied and the calcination is carried out after the coated carrier body has dried (es can also carrier body with impregnated with a precursor solution, below dried and then calcined become). Finally the k phase different from the i phase can be washed out. following can be calcined again in the manner described.
Als eine solche feinteilige Vorläufermasse kommt z. B. diejenige Masse in Betracht, die dadurch erhältlich ist, dass man aus den Quellen der elementaren Konstituenten des gewünschten erfindungsgemäß zu verwendenden aktiven Multimetalloxids M, z.B. jener der allgemeinen Stöchiometrie A, B, zunächst ein möglichst inniges, vorzugsweise feinteiliges, Trockengemisch erzeugt (z. B. durch Sprühtrocknung einer wässrigen Suspension oder Lösung der Quellen) und dieses feinteilige Trockengemisch (gegebenenfalls nach Tablettierung unter Zusatz von 0,5 bis 2 Gew.-% an feinteiligem Graphit) bei einer Temperatur von 150 bis 350°C, vorzugsweise 250 bis 350°C unter oxidierender (Sauerstoff enthaltender) Atmosphäre (z. B. unter Luft) thermisch behandelt (wenige Stunden) und abschließend bei Bedarf einer Mahlung unterwirft.As such a finely divided precursor mass comes z. B. the mass that can be obtained, that one can get from the sources of the elementary constituents of the desired to be used according to the invention active multimetal oxide M, e.g. that of general stoichiometry A, B, first one if possible intimate, preferably finely divided, dry mixture (e.g. by spray drying an aqueous suspension or solution the sources) and this finely divided dry mixture (if necessary after tableting with the addition of 0.5 to 2% by weight of fine particles Graphite) at a temperature of 150 to 350 ° C, preferably 250 to 350 ° C under oxidizing (Oxygen-containing) atmosphere (e.g. under air) thermally treated (a few hours) and finally subject to grinding if necessary.
Nach der Beschichtung der Trägerkörper mit der Vorläufermasse wird dann, bevorzugt unter Inertgasatmosphäre (alle anderen Atmosphären kommen auch in Betracht) bei Temperaturen von 360 bis 700°C bzw. 400 bis 650°C oder 450 bis 600°C calciniert.To the coating of the carrier body with the precursor mass will then come, preferably under an inert gas atmosphere (all other atmospheres also possible) at temperatures from 360 to 700 ° C or 400 up to 650 ° C or 450 to 600 ° C calcined.
Selbstredend kann die Formgebung erfindungsgemäß verwendbarer aktiver Multimetalloxide M, z.B. solcher der allgemeinen Stöchiometrie A, B, auch durch Extrusion und/oder Tablettierung sowohl von feinteiligem Multimetalloxid M, als auch von feinteiliger Vorläufermasse eines aktiven Multimetalloxids M erfolgen (falls erforderlich kann das Auswaschen der von der i-Phase verschiedenen Phasen abschließend erfolgen, gegebenenfalls einschließlich einer Recalcinierung).Needless to say, can the shaping of active multimetal oxides which can be used according to the invention M, e.g. those of general stoichiometry A, B, also by Extrusion and / or tableting of both fine-particle multimetal oxide M, as well as of finely divided precursor mass of an active multimetal oxide M (if necessary, washing out of the i phase different phases in conclusion take place, possibly including recalcination).
Als Geometrien kommen dabei Kugeln, Vollzylinder und Hohlzylinder (Ringe) in Betracht. Die Längstausdehnung der vorgenannten Geometrien beträgt dabei in der Regel 1 bis 10 mm. Im Fall von Zylindern beträgt deren Länge vorzugsweise 2 bis 10 mm und ihr Außendurchmesser bevorzugt 4 bis 10 mm. Im Fall von Ringen liegt die Wanddicke darüber hinaus üblicherweise bei 1 bis 4 mm. Erfindungsgemäß geeignete ringförmige Vollkatalysatoren können auch eine Länge von 3 bis 6 mm, einen Außendurchmesser von 4 bis 8 mm und eine Wanddicke von 1 bis 2 mm aufweisen. Möglich ist aber auch eine Vollkatalysatorringgeometrie von 7 mm × 3 mm × 4 mm oder von 5 mm × 3 mm × 2 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser).Balls, solid cylinders and hollow cylinders (rings) come into consideration as geometries. The longest The dimensions of the aforementioned geometries are usually 1 to 10 mm. In the case of cylinders, their length is preferably 2 to 10 mm and their outside diameter is preferably 4 to 10 mm. In the case of rings, the wall thickness is also usually 1 to 4 mm. Annular unsupported catalysts suitable according to the invention can also have a length of 3 to 6 mm, an outer diameter of 4 to 8 mm and a wall thickness of 1 to 2 mm. However, a fully catalytic converter ring geometry of 7 mm × 3 mm × 4 mm or 5 mm × 3 mm × 2 mm (outer diameter × length × inner diameter) is also possible.
Selbstredend
kommen für
das erfindungsgemäße Verfahren
für die
Geometrie der zu verwendenden Multimetalloxid-M-Katalysatoren, insbesondere
jener der allgemeinen Stöchiometrie
A, B, auch all jene der
Die
Definition der Intensität
eines Beugungsreflexes im Röntgendiffraktogramm
bezieht sich in dieser Schrift, wie bereits gesagt, auf die in der
D.h., bezeichnet A1 den Scheitelpunkt eines Reflexes 1 und bezeichnet B1 in der Linie des Röntgendiffraktogramms bei Betrachtung entlang der zur 2⊝-Achse senkrecht ste henden Intensitätsache das nächstliegende ausgeprägte Minimum (Reflexschultern ausweisende Minima bleiben unberücksichtigt) links vom Scheitelpunkt A1 und B2 in entsprechender Weise das nächstliegende ausgeprägte Minimum rechts vom Scheitelpunkt A1 und bezeichnet C1 den Punkt, an dem eine vom Scheitelpunkt A1 senkrecht zur 2⊝-Achse gezogene Gerade eine die Punkte B1 und B2 verbindende Gerade schneidet, dann ist die Intensität des Reflexes 1 die Länge des Geradenabschnitts A1C1, der sich vom Scheitelpunkt A1 zum Punkt C1 erstreckt. Der Ausdruck Minimum bedeutet dabei einen Punkt, an dem der Steigungsgradient einer an die Kurve in einem Basisbereich des Reflexes 1 angelegten Tangente von einem negativen Wert auf einen positiven Wert übergeht, oder einen Punkt, an dem der Steigungsgradient gegen Null geht, wobei für die Festlegung des Steigungsgradienten die Koordinaten der 20 Achse und der Intensitätsachse herangezogen werden.That is, A 1 denotes the vertex of a reflex 1 and B 1 in the line of the X-ray diffractogram, when viewed along the intensity axis perpendicular to the 2⊝ axis, is the closest pronounced minimum (minima showing reflex shoulders are not taken into account) to the left of the vertex A 1 and B. 2 in a corresponding manner, the closest pronounced minimum to the right of the vertex A 1 and C 1 denotes the point at which a straight line drawn from the vertex A 1 perpendicular to the 2⊝ axis intersects a straight line connecting the points B 1 and B 2 , then the Intensity of the reflex 1 is the length of the straight line section A 1 C 1 , which extends from the apex A 1 to the point C 1 . The expression minimum means a point at which the gradient gradient of a tangent applied to the curve in a base region of the reflex 1 changes from a negative value to a positive value, or a point at which the gradient gradient goes towards zero, whereby for the definition of the gradient gradient, the coordinates of the 20 axis and the intensity axis are used.
Die Halbwertsbreite ist in dieser Schrift in entsprechender Weise die Länge des Geradenabschnitts, der sich zwischen den beiden Schnittpunkten H1 und H2 ergibt, wenn man in der Mitte des Geradenabschnitts A1C1 eine Parallele zur 2⊝-Achse zieht, wobei H1, H2 den jeweils ersten Schnittpunkt dieser Parallelen mit der wie vorstehend definierten Linie des Röntgendiffraktogramms links und rechts von A1 meinen.In this document, the half-width is in a corresponding manner the length of the straight line section that results between the two intersection points H 1 and H 2 if a parallel to the 2⊝ axis is drawn in the middle of the straight line section A 1 C 1 , where H 1 , H 2 mean the first intersection of these parallels with the line of the X-ray diffractogram as defined above on the left and right of A 1 .
Eine
beispielhafte Durchführung
der Bestimmung von Halbwertsbreite und Intensität zeigt auch die Figur 6 in
der
Selbstredend können die erfindungsgemäß zu verwendenden aktiven Multimetalloxide M, insbesondere jene der allgemeinen Stöchiometrie A, B, auch in mit feinteiligen, z.B. kolloidalen, Materialien, wie Siliciumdioxid, Titandioxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Nioboxid, verdünnter Form als katalytische Aktivmassen eingesetzt werden.Needless to say, can those to be used according to the invention active multimetal oxides M, especially those of general stoichiometry A, B, also in with finely divided, e.g. colloidal, materials, such as Silicon dioxide, titanium dioxide, aluminum oxide, zirconium oxide, niobium oxide, diluted Form can be used as catalytic active materials.
Das Verdünnungsmassenverhältnis kann dabei bis zu 9 (Verdünner): 1 (Aktivmasse) betragen. D.h., mögliche Verdünnungsmassenverhältnis betragen z.B. 6 (Verdünner): 1 (Aktivmasse) und 3 (Verdünner): 1 (Aktivmasse). Die Einarbeitung der Verdünner kann vor und/oder nach der Calcination, in der Regel sogar vor der Trocknung erfolgen. Normalerweise erfolgt sie vor der Formgebung. Erfolgt die Einarbeitung vor der Trocknung bzw. vor der Calcination, muss der Verdünner so gewählt werden, dass er im fluiden Medium bzw. bei der Calcination im wesentlichen erhalten bleibt. Dies ist z.B. im Fall von bei entsprechend hohen Temperaturen gebrannten Verdünnungsoxiden in der Regel gegeben.The Dilution mass ratio can up to 9 (thinner): 1 (active mass). That is, possible Dilution mass ratio e.g. 6 (thinner): 1 (active composition) and 3 (thinner): 1 (active mass). The diluents can be incorporated before and / or after the calcination, usually even before drying. It is usually done before shaping. The induction takes place before drying or before calcination, the thinner must do so chosen be that in the fluid medium or in the calcination essentially preserved. This is e.g. in the case of correspondingly high Temperatures burned dilution oxides usually given.
Eine Differenzierung in eher für ein Katalysatorbett I oder eher für ein Katalysatorfestbett II geeignete Katalysatoren ist aber nicht nur über die Stöchiometrie des ihre Aktivmasse bildenden Multimetalloxids M möglich. Vielmehr kann eine solche Differenzierung bei gleicher Stöchiometrie z.B. auch über das Herstellverfahren bewirkt werden.A Differentiation in rather for a catalyst bed I or rather for a fixed catalyst bed II Suitable catalysts is not only about the stoichiometry of their active mass forming multimetal oxide M possible. Rather, such a differentiation can be made with the same stoichiometry e.g. also about the manufacturing process can be effected.
Bewegt sich die maximale angewandte Calcinationstemperatur z.B. im Bereich von 470 bis 570°C, resultiert ein Katalysator, der eher für ein Katalysatorbett I geeignet ist. Bewegt sich die maximale angewandte Calcinationstemperatur dagegen im Bereich von > 570°C bis 670°C, resultiert ein Katalysator, der sich eher für ein Katalysatorbett II eignet.Emotional the maximum calcination temperature used e.g. in the area from 470 to 570 ° C, the result is a catalyst that is more suitable for a catalyst bed I. is. The maximum applied calcination temperature is moving however, in the range from> 570 ° C to 670 ° C results a catalyst that is more for a Catalyst bed II is suitable.
Durch wie beschrieben durchgeführtes Waschen des Multimetalloxids M mittels geeigneter Waschflüssigkeiten (z.B. organische Säuren, anorganische Säuren, Wasserstoffperoxidlösungen, etc.) kann ebenfalls eine Verschiebung des Multimetalloxids M von „eher für ein Katalysatorbett II geeignet" nach „eher für ein Katalysatorbett I geeignet" bewirkt werden.Washing the multimetal oxide M as described using suitable washing liquids (for example organic acids, inorganic acids, hydrogen peroxide solutions, etc.) can also be used a shift in the multimetal oxide M from "more suitable for a catalyst bed II" to "more suitable for a catalyst bed I".
Zusätzlich kann der Arbeitsdruck oder die GHSV in den beiden Katalysatorbetten I, II dunterschiedlich gewählt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt wird in den Katalysatorbetten II ein (z.B. gegenüber den Katalysatorbetten I) erhöhter Arbeitsdruck gewählt.In addition can the working pressure or the GHSV in the two catalyst beds I, II selected differently become. Preferred according to the invention is placed in the catalyst beds II (e.g. opposite the catalyst beds I) increased Working pressure selected.
Ganz
allgemein eignen sich für
das erfindungsgemäße Verfahren
daher Katalysatoren, deren Multimetalloxid M der nachfolgenden allgemeinen
Stöchiometrie
C
M1 = wenigstens eines der Elemente aus der
Gruppe umfassend Te und Sb;
M2 = wenigstens
eines der Elemente aus der Gruppe umfassend Nb, Ti, W, Ta und Ce;
M3 = wenigstens eines der Elemente aus der
Gruppe umfassend Pb, Ni, Co, Bi, Pd, Ca, Mg, Fe, Mn, Ag, Pt, Cu,
Au, Ga, Zn, Sn, In, Re, Ir, Sm, Sc, Y, Pr, Nd und Tb;
a = 0,01
bis 1,
b = > 0
bis 1,
c = > 0
bis 1,
d = ≥ 0
bis 0,5 (vorzugsweise > 0
bis 0,5) und
m = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in (C) bestimmt wird.In general, therefore, catalysts are suitable for the process according to the invention whose multimetal oxide M has the following general stoichiometry C
M 1 = at least one of the elements from the group comprising Te and Sb;
M 2 = at least one of the elements from the group comprising Nb, Ti, W, Ta and Ce;
M 3 = at least one of the elements from the group comprising Pb, Ni, Co, Bi, Pd, Ca, Mg, Fe, Mn, Ag, Pt, Cu, Au, Ga, Zn, Sn, In, Re, Ir, Sm , Sc, Y, Pr, Nd and Tb;
a = 0.01 to 1,
b => 0 to 1,
c => 0 to 1,
d = ≥ 0 to 0.5 (preferably> 0 to 0.5) and
m = a number determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in (C).
Hinsichtlich der stöchiometrischen Koeffizienten a, b, c und d der Multimetalloxide C gilt das beim Multimetalloxid A gesagte. Das gleiche gilt bezüglich des Röntgendiffraktrogramms der Multimetalloxide C.Regarding the stoichiometric Coefficients a, b, c and d of the multimetal oxides C apply to the Multimetal oxide A said. The same applies to the X-ray diffractogram of the multimetal oxides C.
Sowohl das Katalysatorbett I als auch das Katalysatorbett II kann beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Wirbelbett, Fließbett oder ein Festbett sein. Dabei können sich das Katalysatorbett I und das Katalysatorbett II sowohl in einem Reaktor als auch in verschiedenen hintereinandergeschalteten Reaktoren befinden. D.h., die Reaktorein heit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nur aus einem Reaktor oder aus mehreren, z.B. hintereinandergeschalteten Reaktoren bestehen. Dabei können die verschiedenen vorgenannten Betttypen auch kombiniert angewendet werden.Either the catalyst bed I as well as the catalyst bed II can at method according to the invention Fluid bed, fluid bed or be a fixed bed. You can the catalyst bed I and the catalyst bed II both in one reactor as well as in different series Reactors. That is, the reactor unit of the process according to the invention can only consist of one reactor or of several, e.g. cascaded Reactors exist. You can the various bed types mentioned above can also be used in combination become.
Im einfachsten Fall handelt es sich sowohl bei dem Katalysatorbett I als auch bei dem Katalysatorbett II jeweils um ein Festbett, die sich allesamt in einem einzigen Reaktor, vorzugsweise in einem Rohrbündelreaktor, befinden.in the The simplest case is both the catalyst bed I and the catalyst bed II each have a fixed bed all in a single reactor, preferably in a tube bundle reactor, are located.
Befinden sich die Katalysatorbetten in verschiedenen Reaktoren, kann das Reaktionsgasgemisch beim Übergang vom einem zum anderen Reaktor gegebenenfalls durch Inertgas und/oder Sauerstoff ergänzt werden.Are located the catalyst beds in different reactors can do that Reaction gas mixture at the transition from one to the other reactor, optionally by inert gas and / or Oxygen can be supplemented.
Insbesondere wenn die Katalysatorbetten sich in einem einzigen Reaktor befinden, bleibt das Reaktionsgasgemisch beim Übergang vom Katalysatorbett I ins Katalysatorbett II in der Regel erhalten.In particular if the catalyst beds are in a single reactor, the reaction gas mixture remains at the transition from the catalyst bed I usually get into the catalyst bed II.
Selbstverständlich kann
man beim erfindungsgemäßen Verfahren
aus dem die Katalysatorbeschickung verlassenden Produktgasgemisch
darin enthaltenes Zielprodukt abtrennen und dabei verbleibendes Restproduktgasgemisch
als Kreisgas rückführen und
als Bestandteil von Reaktionsgasausgangsgemisch wieder in die Reaktionseinheit
rückführen, wie
es z.B. in der
Weiterhin können beim erfindungsgemäßen Verfahren die Katalysatorbetten I, II auf im wesentlichen einheitlicher oder auf unterschiedlicher Temperatur gehalten werden (unter Temperatur eines Katalysatorbetts wird dabei in dieser Schrift die Temperatur des Katalysatorbetts bei Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch in fiktiver Abwesenheit einer chemischen Reaktion (d.h., ohne den Einfluss der Reaktionswärme) verstanden).Farther can in the method according to the invention the catalyst beds I, II on substantially uniform or are kept at different temperatures (below temperature the temperature of a catalyst bed is in this document the catalyst bed when exercising of the method according to the invention however in the fictitious absence of a chemical reaction (i.e., without the influence of the heat of reaction) Roger that).
Vorzugsweise wird die Temperatur des Katalysatorbetts I auf den Wert eingestellt, bei dem für den Fall, dass die Gesamtkatalysatorbeschickung derselben Reaktoreinheit nur aus Katalysatorbett vom Typ I bestehen würde, die Selektivität SI der (Meth)acrylsäurebildung bei ansonsten identischen Bedingungen der Gasphasenpartialoxidation, ihren maximalen Wert SI max erreicht.The temperature of the catalyst bed I is preferably set to the value at which, in the event that the total catalyst feed of the same reactor unit would only consist of type I catalyst bed, the selectivity S I of the (meth) acrylic acid formation under otherwise identical conditions of the gas phase partial oxidation, their maximum value S I max reached.
Die Temperatur des Katalysatorbetts II wird beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise auf den Wert eingestellt, bei dem für den Fall, dass die Gesamtkatalysatorbeschickung derselben Reaktoreinheit nur aus Katalysatorbett vom Typ II bestehen würde, die Selektivität SII der (Meth)acrylsäurebildung bei ansonsten identischen Bedingungen der Gasphasenpartialoxidation, ihren maximalen Wert SII max erreicht.In the process according to the invention, the temperature of the catalyst bed II is preferably set to the value at which, in the event that the total catalyst feed of the same reactor unit would only consist of type II catalyst bed, the selectivity S II of the (meth) acrylic acid formation under otherwise identical conditions of the gas phase partial oxidation , reaches its maximum value S II max .
Der Umfang des Katalysatorbetts I (z.B. die Länge der entsprechenden Katalysatorschüttung) wird erfindungsgemäß vorteilhaft so gewählt, dass unter den gewählten Verfahrensbedingungen der am Ende des Katalysatorbetts I bestehende Umsatz der gesättigten Kohlenwasserstoffvorläuferverbindung nicht mehr als 20 oder 10 mol.-%, vorzugsweise nicht mehr als 5 mol.-% von demjenigen Umsatzwert abweicht, zu dem SI max gehört, wobei dieser Umsatzwert gleichzeitig die Basis für vorgenannte prozentuale Abweichung bildet.The scope of the catalyst bed I (for example the length of the corresponding catalyst bed) is advantageously chosen according to the invention such that under the process conditions selected, the conversion of the saturated hydrocarbon precursor compound existing at the end of the catalyst bed I does not exceed 20 or 10 mol%, preferably not more than 5 mol% deviates from the sales value to which S I max belongs, this sales value simultaneously forming the basis for the aforementioned percentage deviation.
Befinden
sich das Katalysatorbett I und das Katalysatorbett II in unterschiedlichen
Reaktoren, ist die Einstellung unterschiedlicher Betttemperaturen
trivial. Aber auch dann, wenn sie sich in ein und demselben Reaktor
befinden, ist eine unterschiedliche Katalysatorbett-Temperatur z.B.
durch Anwendung eines Mehrzonenreaktors wie ihn die
Erfindungsgemäß wesentlich kann die Aktivmasse der Katalysatoren des Katalysatorbetts I bzw. II jeweils nur aus einem oder aber auch aus mehr als einem Multimetalloxid M bestehen. Auch können sich längs eines Katalysatorbetts I (oder II) die enthaltenen Katalysatoren ändern. Ferner können die Katalysatoren des Katalysatorbetts I bzw. II im jeweiligen Katalysatorbett auch mit inerten Verdünnungsformkörpern verdünnt vorliegen. Als Materialien für solche inerten Verdünnungsformkörper kommen alle diejenigen in Betracht, aus denen auch die Trägerkörper für die Schalenkatalysatoren bestehen können. Die Geometrie der jeweiligen Verdünnungsformkörper entspricht vorzugsweise derjenigen der zu verdünnenden Katalysatoren. Sie kann aber auch von deren Geometrie verschieden sein.Essential according to the invention the active mass of the catalysts of the catalyst bed I or II each from only one or from more than one multimetal oxide M exist. Can too along one Catalyst bed I (or II) change the catalysts contained. Further can the catalysts of the catalyst bed I or II in the respective catalyst bed are also diluted with inert shaped diluent bodies. As materials for such inert shaped diluents come all those are considered, from which also the support bodies for the coated catalysts can exist. The geometry of the respective shaped dilution body preferably corresponds that of the ones to be diluted Catalysts. But it can also differ from their geometry his.
Ferner kann innerhalb der individuellen Katalysatorbetten I, II der Anteil der inerten Verdünnungsformkörper in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemischs kontinuierlich, abrupt, oder stufenförmig abnehmen bzw. zunehmen. Zwischen Katalysatorbett I und Katalysatorbett II können sich bei Bedarf beim erfindungsgemäßen Verfahren reine inerte Verdünnungsformkörper befinden.Further can the proportion within the individual catalyst beds I, II the inert shaped diluent in flow direction decrease the reaction gas mixture continuously, abruptly or stepwise or increase. Between catalyst bed I and catalyst bed II if necessary in the method according to the invention pure inert dilution tablets.
Die Temperatur der Katalysatorbetten I, II beträgt erfindungsgemäß vorteilhaft 200 bis 550°C, häufig 230 bis 480°C bzw. 300 bis 440°C.The The temperature of the catalyst beds I, II is advantageous according to the invention 200 to 550 ° C, often 230 up to 480 ° C or 300 to 440 ° C.
Als Quelle für den benötigten molekularen Sauerstoff kann beim erfindungsgemäßen Verfahren z.B. Luft, mit Sauerstoff angereicherte oder an Sauerstoff entreicherte Luft oder reiner Sauerstoff verwendet werden.As Source for the needed molecular oxygen can be used e.g. Air, with Air enriched or de-oxygenated or pure oxygen can be used.
Im übrigen kann das Reaktionsgasausgangsgemisch neben der gesättigten Kohlenwasserstoffvorläuferverbindung und molekularem Sauerstoff sowie gegebenenfalls Wasserdampf als inerte Verdünnungsgase (darunter werden ganz allgemein solche Gase verstanden, die beim erfindungsgemäßen Verfahren (bezogen auf einmaligen Durchgang) zu mehr als 95 mol.-%, bevorzugt zu mehr als 98 mol.-% chemisch unverändert erhalten bleiben) z.B. N2 und CO2 umfassen. Häufig enthält das Reaktionsgasausgangsgemisch auch CO, z.B. bei Kreisgasfahrweise.In addition to the saturated hydrocarbon precursor compound and molecular oxygen and, if appropriate, water vapor, the reaction gas starting mixture can be considered as inert diluent gases (which are generally understood to be gases which are more than 95 mol%, preferably more than, in the process according to the invention (based on a single pass) 98 mol% remain unchanged chemically) include, for example, N 2 and CO 2 . The reaction gas starting mixture often also contains CO, for example in the cycle gas mode.
D.h.,
das Reaktionsgasausgangsgemisch, mit dem die gesamte Katalysatorbeschickung
bei Drücken von
in der Regel 1 bis 10 bar, bzw. 2 bis 5 bar zu belasten ist (es
kann prinzipiell auch Unterdruck angewendet werden), kann z.B. nachfolgende
Gehalte aufweisen:
1 bis 15 oder 20, vorzugsweise 1 bis 10
bzw. 7 Vol.-% Vorläuferverbindung
(z.B. Propan),
0 oder 5 bis 25 oder 50 Vol.-% Wasserdampf und
10
bis 80 Vol.-% Luft.This means that the reaction gas starting mixture with which the entire catalyst feed is to be loaded at pressures of generally 1 to 10 bar or 2 to 5 bar (in principle, negative pressure can also be used) can have the following contents, for example:
1 to 15 or 20, preferably 1 to 10 or 7% by volume of precursor compound (for example propane),
0 or 5 to 25 or 50 vol.% Water vapor and
10 to 80 vol .-% air.
Es
kann aber auch folgende Gehalte aufweisen:
2 bis 10 Vol.-%
Vorläuferverbindung
(z.B. Propan),
5 bis 20 Vol.-% Wasserdampf,
60 bis 85
Vol.-% Stickstoff, und
5 bis 15 Vol.-% Sauerstoff.However, it can also have the following contents:
2 to 10% by volume of precursor compound (eg propane),
5 to 20 vol.% Water vapor,
60 to 85 vol .-% nitrogen, and
5 to 15 vol .-% oxygen.
Im übrigen kann
erfindungsgemäß als Reaktionsgasausgangsgemisch
auch ein Reaktionsgasausgangsgemisch verwendet werden, wie es in
den Schriften
Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
deaktivierte Multimetalloxidaktivmassen können wie in der
Wird
als gesättigter
Kohlenwasserstoff beim erfindungsgemäßen Verfahren Roh-Propan eingesetzt, ist
dieses bevorzugt wie in der
Die
Inbetriebnahme einer frischen Katalysatorbeschickung kann wie in
der
Bezogen auf das im Reaktionsgasausgangsgemisch enthaltene Propan und/oder iso-Butan wird der Umsatz an Propan und/oder iso-Butan beim erfindungsgemäßen Ver fahren, bezogen auf einmaligen Durchgang des Reaktionsgasgemischs durch die gesamte Katalysatorbeschickung (= die Summe aller hintereinander angeordneten individuellen Katalysatorbetten) in der Regel 10 oder 20 bis 90 bzw. 70 mol.-%, häufig 30 bis 60 mol.-% und vielfach 40 bis 60 mol.-% bzw. 45 bis 55 mol.-% betragen.Based to the propane and / or contained in the reaction gas starting mixture Sales of isobutane of propane and / or isobutane in the process according to the invention, based on one pass of the reaction gas mixture through the whole Catalyst feed (= the sum of all consecutively arranged individual catalyst beds) usually 10 or 20 to 90 or 70 mol%, often 30 to 60 mol% and frequently 40 to 60 mol% or 45 to 55 mol% be.
Die Selektivität der Zielproduktbildung ((Meth)acrylsäure) wird üblicherweise 40 bis 98 oder 95 bis 90 mol.-%, vielfach 50 bis 80 mol.-%, oft 60 bis 80 mol.-% betragen.The selectivity the target product formation ((meth) acrylic acid) is usually 40 to 98 or 95 to 90 mol%, often 50 to 80 mol%, often 60 to 80 mol% be.
Die
Zielproduktabtrennung und eventuelle Kreisgasführung kann wie in der
Die Belastung der gesamten Katalysatorbeschickung (reine Inertzonen nicht einbezogen) mit Propan und/oder iso-Butan kann 10 bis 1000 Nl/l (Katalysatorbeschickung)/h oder 20 bis 800 Nl/l/h, oder 50 bis 600 Nl/l/h, oder 100 bis 500 Nl/l/h, oder 150 bis 300 Nl/l/h betragen.The Load on the entire catalyst feed (pure inert zones not included) with propane and / or iso-butane can be 10 to 1000 Nl / l (catalyst feed) / h or 20 to 800 Nl / l / h, or 50 up to 600 Nl / l / h, or 100 to 500 Nl / l / h, or 150 to 300 Nl / l / h be.
Die Belastung der gesamten Katalysatorbeschickung (reine Inertzonen nicht einbezogen) mit Reaktionsgasausgangsgemisch kann dabei 10 bis 10000 Nl/l/h, oder 300 bis 6000 Nl/l/h oder 600 bis 3000 Nl/l/h betragen. Die mittlere Verweilzeit in der Katalysatorbeschickung kann 0,01s bis 10s, oder 0,1 bis 10s, oder 2 bis 6s betragen.The Load on the entire catalyst feed (pure inert zones not included) with reaction gas starting mixture 10 up to 10000 Nl / l / h, or 300 to 6000 Nl / l / h or 600 to 3000 Nl / l / h be. The average residence time in the catalyst feed can be 0.01s to 10s, or 0.1 to 10s, or 2 to 6s.
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine erhöhte maximale Ausbeute an (Meth)acrylsäure bezogen auf einmaligen Durchgang des Reaktionsgasgemischs durch die Katalysatorbeschickung der Reaktoreinheit.advantage of the method according to the invention is an elevated maximum yield of (meth) acrylic acid based on one time Passage of the reaction gas mixture through the catalyst feed the reactor unit.
Beispiele und VergleichsbeispieleExamples and comparative examples
A) Herstellung eines Schalenkatalysators A mit einer Multimetalloxidaktivmasse A die eine Stöchiometrie A der folgenden Zusammensetzung aufweist:A) Production of a coated catalytic converter A with a multimetal oxide active composition A which is a stoichiometry A has the following composition:
79,65 g Ammoniummetavanadat (78,55 Gew.-% V2O5, Fa. G.f.E. Nürnberg) wurden bei 80°C in 3000 ml Wasser (Dreihalskolben mit Rührer, Thermometer und Rückflusskühler, Heizung) gelöst. Es entstand eine gelbliche klare Lösung. Diese Lösung wurde auf 60°C abgekühlt und dann unter Aufrechterhaltung der 60°C in der genannten Reihenfolge nacheinander 122,34 g Tellursäure (99 Gew.-% H6TeO6, Fa. Aldrich) und 400,00 g Ammoniumheptamolybdat (82,52 Gew.-% MoO3, Fa. Starck/Goslar) in die Lösung eingerührt. Die resultierende tiefrote Lösung wurde auf 30°C abgekühlt und dann unter Aufrechterhaltung der 30°C mit einer Lösung von 33,40 g Gallium-(III)-nitrat Hydrat (19,17 Gew.-% Ga, Fa. Aldrich), in 40 g Wasser (Lösung erfolgte bei 25°C) versetzt. Es wurde so eine Lösung A erhalten, die 30°C aufwies.79.65 g of ammonium metavanadate (78.55% by weight of V 2 O 5 , GfE Nürnberg) were dissolved at 80 ° C. in 3000 ml of water (three-necked flask with stirrer, thermometer and reflux condenser, heating). A yellowish, clear solution resulted. This solution was cooled to 60 ° C. and then, while maintaining the 60 ° C. in the order mentioned, 122.34 g telluric acid (99% by weight H 6 TeO 6 , Aldrich) and 400.00 g ammonium heptamolybdate (82, 52% by weight of MoO 3 from Starck / Goslar) were stirred into the solution. The resulting deep red solution was cooled to 30 ° C. and then, while maintaining the 30 ° C. with a solution of 33.40 g of gallium (III) nitrate hydrate (19.17% by weight Ga, from Aldrich), in 40 g of water (solution was carried out at 25 ° C) was added. A solution A was thus obtained which had 30 ° C.
In einem Becherglas wurden davon getrennt bei 60°C 81,94 g Ammoniumnioboxalat (20,8 Gew.-% Nb, Fa. Starck/Goslar) in 500 ml Wasser unter Erhalt einer Lösung B gelöst. Lösung B wurde auf 30°C abgekühlt und bei dieser Temperatur mit der dieselbe Temperatur aufweisenden Lösung A vereinigt, wobei die Lösung B zur Lösung A gegeben wurde. Die Zugabe erfolgte stetig über einen Zeitraum von 5 min. Es entstand eine orangefarbene Suspension.In 81.94 g of ammonium nioboxalate were separated from this in a beaker at 60 ° C (20.8% by weight of Nb, from Starck / Goslar) in 500 ml of water with retention a solution B solved. solution B was at 30 ° C cooled and at this temperature combined with solution A having the same temperature, being the solution B to the solution A was given. The addition took place continuously over a period of 5 min. An orange suspension was formed.
Diese Suspension wurde anschließend in einem Sprühtrockner der Fa. Niro (Sprühtrockner Niro A/S Atomizer, Transportable Minor Anlage, Zentrifugalzerstäuber der Fa. Niro, DK), innerhalb von 1,5 h sprühgetrocknet. Die Vorlagetemperatur betrug 30°C. Die Gaseintrittstemperatur Tein betrug 320°C, die Gasaustrittstemperatur Taus betrug 110°C. Das resultierende Sprühpulver war ebenfalls orangefarben.This suspension was then spray-dried in a spray dryer from Niro (spray dryer Niro A / S Atomizer, portable minor system, centrifugal atomizer from Niro, DK) within 1.5 hours. The initial temperature was 30 ° C. The gas inlet temperature T was 320 ° C, the gas exit temperature from T was 110 ° C. The resulting spray powder was also orange.
In das Sprühgut wurde 1 Gew.-% feinteiliges Graphit (Siebanalyse: min. 50 Gew.-% ≤ 24 μm, max. 10 Gew.-% > 24 μm und ≤ 48 um, max. 5 Gew.-% > 48 μm, BET-Oberfläche: 6 bis 13 m2/g) eingemischt.1% by weight of finely divided graphite (sieve analysis: min. 50% by weight ≤ 24 μm, max. 10% by weight> 24 μm and ≤ 48 μm, max. 5% by weight> 48 μm) was added to the spray material , BET surface area: 6 to 13 m 2 / g) mixed.
Das resultierende Gemisch wurde zu Hohlzylindern (Ringen) der Geometrie 16 mm × 25 mm × 8 mm (Außendurchmesser × Höhe × Innendurchmesser) so kompaktiert (verpresst), dass die resultierende Seitendruckfestigkeit der Ringe ca. 10 N betrug.The resulting mixture became hollow cylinders (rings) of geometry 16 mm × 25 mm × 8 mm (outer diameter × height × inner diameter) so compacted (pressed) that the resulting lateral compressive strength the rings were approximately 10 N.
Zwei
Portionen zu 100 g der Ringe wurden jeweils in einem Drehkugelofen
gemäß Figur
1 der
Es wurden schwarze Ringe der Zusammensetzung Mo1,0V0,30Te0,21Nb0,08Ga0,04On (Einwaagestöchiometrie: Mo1,0V0,30Te0,23Nb0,08Ga0,04On) erhalten.Black rings of the composition Mo 1.0 V 0.30 Te 0.21 Nb 0.08 Ga 0.04 O n (weighing stoichiometry: Mo 1.0 V 0.30 Te 0.23 Nb 0.08 Ga 0, 04 O n ) received.
Die Ringe wurden anschließend in einer Retsch-Mühle (Zentrifugalmühle, Typ ZM 100, Fa. Retsch, DE) gemahlen (Korngröße ≤ 0,12 mm).The Rings were then in a Retsch mill (Centrifugal, Type ZM 100, Retsch, DE) ground (grain size ≤ 0.12 mm).
100 g dieses Pulvers wurden in 1000 ml einer 10 gew.-%igen wässrigen HNO3-Lösung während 7 h bei 70°C unter Rückfluss gerührt, der Feststoff aus der resultierenden Aufschlämmung abfiltriert und mit Wasser nitratfrei gewaschen. Der Filterkuchen wurde über Nacht unter Luft bei 110°C in einem Muffelofen getrocknet.100 g of this powder were stirred in 1000 ml of a 10% strength by weight aqueous HNO 3 solution at 70 ° C. under reflux for 7 h, the solid was filtered off from the resulting slurry and washed with water until free of nitrates. The filter cake was dried in air at 110 ° C. in a muffle furnace overnight.
Die resultierende Aktivmasse A hatte die Zusammensetzung Mo1V0,28Te0,13Nb0,1Ga0,019On.The resulting active composition A had the composition Mo 1 V 0.28 Te 0.13 Nb 0.1 Ga 0.019 O n .
Das zugehörige Röntgendiffraktrogramm weist reine i-Phase aus.The associated Röntgendiffraktrogramm shows pure i-phase.
38 g des erhaltenen Aktivmassepulvers wurden auf 150 g kugelförmige Trägerkörper mit einem Durchmesser von 2,2 bis 3,2 mm (Rz = 45 mm, Trägermaterial = Steatit der Fa. Ceramtec, DE, Porengesamtvolumen des Trägers ≤ 1 Vol.-% bezogen auf das Trägergesamtvolumen) aufgebracht. Dazu wurde der Träger in eine Dragiertrommel mit 2 l Innenvolumen (Neigungswinkel der Trommelmittelachse gegen die Horizontale = 30°) vorgelegt. Die Trommel wurde mit 25 Umdrehungen je Minute in Rotation versetzt. Über eine mit 300 Nl/h Druckluft betriebene Zerstäuberdüse wurden über 60 min. hinweg ca. 25 ml eines Gemisches aus Glycerin und Wasser (Gewichtsverhältnis Glycerin:Wasser = 1:3) auf den Träger gesprüht. Die Düse war dabei derart installiert, dass der Sprühkegel die in der Trommel durch Mitnahmebleche an den obersten Punkt der geneigten Trommel beförderten Trägerkörper in der oberen Hälfte der Abrollstrecke benetzte. Das feinteilige Aktivmassenpulver wurde über eine Pulverschnecke in die Trommel eingetragen, wobei der Punkt der Pulverzugabe innerhalb der Abrollstrecke oder unterhalb des Sprühkegels lag. Durch die periodische Wiederholung von Benetzung und Pulveraufdosierung wurde der grundbeschichtete Trägerkörper in der darauffolgenden Periode selbst zum Trägerkörper.38 g of the active mass powder obtained were based on 150 g of spherical support bodies with a diameter of 2.2 to 3.2 mm (R z = 45 mm, support material = steatite from Ceramtec, DE, total pore volume of the support ≤ 1% by volume) applied to the total carrier volume). For this purpose, the carrier was placed in a coating drum with 2 l internal volume (angle of inclination of the drum center axis against the horizontal = 30 °). The drum was rotated at 25 revolutions per minute. An atomizer nozzle operated with 300 Nl / h of compressed air was used for 60 min. about 25 ml of a mixture of glycerol and water (weight ratio glycerol: water = 1: 3) was sprayed onto the carrier. The nozzle was installed in such a way that the spray cone moistened the carrier bodies in the drum, which were transported by driving plates to the uppermost point of the inclined drum, in the upper half of the rolling path. The finely divided active material powder was introduced into the drum via a powder screw, the point at which the powder was added being within the rolling zone or below the spray cone. Due to the periodic repetition of wetting and powder metering, the base-coated carrier body itself became the carrier body in the subsequent period.
Nach Abschluss der Beschichtung wurde der beschichtete Trägerkörper unter Luft während 16 h bei 150°C im Muffelofen getrocknet. Es resultierte ein Schalenkatalysator A mit 20 Gew.-% Aktivmassenanteil.To At the end of the coating, the coated carrier body was under Air while 16 h at 150 ° C dried in a muffle furnace. The result was a coated catalyst A with 20 wt .-% active mass fraction.
B) Herstellung eines Schalenkatalysators B mit einer Multimetalloxidaktivmasse B, die eine Stöchiometrie B der folgenden Zusammensetzung aufweist:B) Manufacture of a coated catalytic converter B with a multimetal oxide active composition B, which has a stoichiometry B has the following composition:
87,61 g Ammoniummetavanadat (78,55 Gew.-% V2O5, Fa. G.f.E. Nürnberg, DE) wurden bei 80°C in 3040 ml Wasser (Dreihalskolben mit Rühren, Thermometer, Rückflußkühler und Heizung) unter Rühren gelöst. Es entstand eine klare, gelbliche Lösung. Diese Lösung wurde auf 60°C abgekühlt und dann unter Aufrechterhaltung der 60°C in der genannten Reihenfolge nacheinander 117,03 g Tellursäure (99 Gew.-% H6TeO6, Fa. Aldrich) und 400,00 g Ammoniumheptamolybdat (82,52 Gew.-% MoO3, Fa. Starck/Goslar) in die Lösung eingerührt. Die resultierende tiefrote Lösung wurde auf 30°C abgekühlt und dann unter Aufrechterhaltung der 30°C mit 25,60 g einer wäßrigen Lösung von 5,60 g Nickel-(II)-nitrat Hexahydrat (98 Gew.-%, Fa. Fluka) in 20 g Was ser (Lösung erfolgte bei 25°C) versetzt. Es wurde so eine Lösung A erhalten, die 30°C aufwies.87.61 g of ammonium metavanadate (78.55% by weight of V 2 O 5 , from GfE Nuremberg, DE) were dissolved at 80 ° C. in 3040 ml of water (three-necked flask with stirring, thermometer, reflux condenser and heating) with stirring. A clear, yellowish solution resulted. This solution was cooled to 60 ° C. and then, while maintaining the 60 ° C. in the order mentioned, 117.03 g of telluric acid (99% by weight H 6 TeO 6 , from Aldrich) and 400.00 g of ammonium heptamolybdate (82, 52% by weight of MoO 3 from Starck / Goslar) were stirred into the solution. The resulting deep red solution was cooled to 30 ° C. and then, while maintaining the 30 ° C., with 25.60 g of an aqueous solution of 5.60 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (98% by weight, from Fluka) in 20 g of water (solution was carried out at 25 ° C.). A solution A was thus obtained which had 30 ° C.
In einem Becherglas wurden davon getrennt bei 60°C 112,67 g Ammoniumnioboxolat (20,8 Gew.-% Nb, Fa. Starck/Goslar) in 500 ml Wasser unter Erhalt einer Lösung B gelöst. Lösung B wurde auf 30°C abgekühlt und bei dieser Temperatur mit der dieselbe Temperatur aufweisenden Lösung A vereinigt, wobei die Lösung B zur Lösung A gegeben wurde. Die Zugabe erfolgte stetig über einen Zeitraum von 5 min.. Es entstand eine orangefarbene Suspension.In 112.67 g of ammonium nioboxolate were separated from this in a beaker at 60 ° C (20.8% by weight of Nb, from Starck / Goslar) in 500 ml of water with retention a solution B solved. solution B was at 30 ° C chilled and at this temperature with the same temperature solution A united, being the solution B to the solution A was given. The addition took place continuously over a period of 5 minutes. An orange suspension was formed.
Diese Suspension wurde anschließend in einem Sprühtrockner der Fa. Niro (Sprühstrockner Niro A/S Atomizer, Transportable Minor Anlage, Zentrifugalzerstäuber der Fa. Niro, DK) innerhalb von 1,5 h sprühgetrocknet. Die Vorlagetemperatur betrug 30°C. Die Gaseintrittstemperatur Tein betrug 320°C, die Gasaustrittstemperatur Taus betrug 110°C. Das resultierende Sprühpulver war ebenfalls orangefarben.This suspension was then spray-dried in a spray dryer from Niro (spray dryer Niro A / S Atomizer, portable minor system, centrifugal atomizer from Niro, DK) within 1.5 hours. The initial temperature was 30 ° C. The gas inlet temperature T was 320 ° C, the gas exit temperature from T was 110 ° C. The resulting spray powder was also orange.
In das Sprühgut wurde 1 Gew.-% feinteiliges Graphit (Siebanalyse: min. 50 Gew.-% ≤ 24 μm, max. 10 Gew.-% > 24 μm und ≤ 48 μm, max. 5 Gew.-% > 48 μm, BET-Oberfläche: 6 bis 13 m2/g) eingemischt.1% by weight of finely divided graphite (sieve analysis: min. 50% by weight ≤ 24 μm, max. 10% by weight> 24 μm and ≤ 48 μm, max. 5% by weight> 48 μm) was added to the spray material , BET surface area: 6 to 13 m 2 / g) mixed.
Das resultierende Gemisch wurde zu Hohlzylindern (Ringen) der Geometrie 16 mm × 2,5 mm × 8 mm (Außendurchmesser × Höhe × Innendurchmesser) so kompaktiert (verpresst), dass die resultierende Seitendruckfestigkeit der Ringe ca. 10 N betrug.The resulting mixture became hollow cylinders (rings) of geometry 16mm x 2.5 mm × 8 mm (outer diameter × height × inner diameter) so compacted (pressed) that the resulting lateral compressive strength the rings were approximately 10 N.
Zwei
Portionen zu 100 g der Ringe wurden jeweils in einem Drehkugelofen
gemäß Figur
1 der
Es wurden schwarze Ringe der Zusammensetzung Mo1,0V0,33Te0,19Nb0,11Ni0,01Ox (Einwaagestöchiometrie: Mo1,0V0,33Te0,22Nb0,11Ni0,01Ox) erhalten.Black rings of the composition Mo 1.0 V 0.33 Te 0.19 Nb 0.11 Ni 0.01 O x (weighing stoichiometry: Mo 1.0 V 0.33 Te 0.22 Nb 0.11 Ni 0, 01 O x ) received.
Die Ringe wurden anschließend in einer Retsch-Mühle (Zentrifugalmühle, Typ ZM 100, Fa. Retsch, DE) gemahlen (Korngröße ≤ 0,12 mm).The Rings were then in a Retsch mill (Centrifugal, Type ZM 100, Retsch, DE) ground (grain size ≤ 0.12 mm).
100
g dieses Pulvers wurden in 1000 ml einer 10 gew.-%igen wässrigen
NHO3-Lösung
während
7 h bei 70°C
unter Rückfluss
gerührt,
der Feststoff aus der resultierenden Aufschlämmung abfiltriert und mit Wasser
nitratfrei gewaschen. Der Filterkuchen wurde über Nacht unter Luft bei 110°C in einem
Muffelofen getrocknet. Die resultierende Aktivmasse B hatte die
Zusammensetzung
Das zugehörige Röntgendiffraktogramm wies reine i-Phase aus.The associated X-ray diffraction showed pure i-phase.
38 g des erhaltenen Aktivmassenpulvers wurden auf 150 g kugelförmige Trägerkörper mit einem Durchmesser von 2,2 bis 3,2 mm (Rz = 45 μm, Trägermaterial = Steatit der Fa. Ceramtec, DE, Porengesamtvolumen des Trägers ≤ 1 Vol.-% bezogen auf das Trägergesamtvolumen) aufgebracht. Dazu wurde der Träger in eine Dragiertrommel mit 2 l Innenvolumen (Neigungswinkel der Trommelmittelachse gegen die Horizontale = 30°) vorgelegt. Die Trommel wurde mit 25 Umdrehungen je Minute in Rotation versetzt. Über eine mit 300 Nl/h Druckluft betriebene Zerstäuberdüse wurden über 60 min. hinweg ca. 25 ml eines Gemisches aus Glycerin und Wasser (Gewichtsverhältnis Glycerin: Wasser = 1:3) auf den Träger gesprüht. Die Düse war dabei derart installiert, dass der Sprühkegel die in der Trommel durch Mitnahmebleche an den obersten Punkt der geneigten Trommel beförderten Trägerkörper in der oberen Hälfte der Abrollstrecke benetzte. Das feinteilige Aktivmassenpulver wurde über eine Pulverschnecke in die Trommel eingetragen, wobei der Punkt der Pulverzugabe innerhalb der Abrollstrecke oder unterhalb des Sprühkegels lag. Durch die periodische Wiederholung von Benetzung und Pulveraufdosierung wurde der grundbeschichtete Trägerkörper in der darauffolgenden Periode selbst zum Trägerkörper.38 g of the active mass powder obtained were based on 150 g of spherical support bodies with a diameter of 2.2 to 3.2 mm (R z = 45 μm, support material = steatite from Ceramtec, DE, total pore volume of the support ≤ 1% by volume) applied to the total carrier volume). To do this became the carrier placed in a coating drum with 2 l internal volume (angle of inclination of the drum center axis against the horizontal = 30 °). The drum was rotated at 25 revolutions per minute. An atomizer nozzle operated with 300 Nl / h of compressed air was used for 60 min. about 25 ml of a mixture of glycerol and water (weight ratio glycerol: water = 1: 3) was sprayed onto the carrier. The nozzle was installed in such a way that the spray cone moistened the carrier bodies in the drum, which were transported by driving plates to the uppermost point of the inclined drum, in the upper half of the rolling path. The finely divided active material powder was introduced into the drum via a powder screw, the point at which the powder was added being within the rolling zone or below the spray cone. Due to the periodic repetition of wetting and powder metering, the base-coated carrier body itself became the carrier body in the subsequent period.
Nach Abschluss der Beschichtung wurde der beschichtete Trägerkörper unter Luft während 16 h bei 150°C im Muffelofen getrocknet. Es resultierte ein Schalenkatalysator B mit 20 Gew.-% Aktivmassenanteil.To At the end of the coating, the coated carrier body was under Air while 16 h at 150 ° C dried in a muffle furnace. The result was a coated catalyst B with 20% by weight of active mass.
C) Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure durch heterogen katalysierte Gasphasenpartialoxidation von PropanC) Manufacturing process of acrylic acid by heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of propane
1. Vergleichsbeispiele1. Comparative examples
35,0 g des jeweiligen Schalenkatalysators A, B werden jeweils in einen Einzelrohrreaktor eingebaut (Rohrlänge: 140 cm, Innendurchmesser: 8,5 mm, Außendurchmesser: 60 mm, V2A Stahl, Katalysatorschüttlänge: 53,0 cm, zusätzlich zum Anwärmen der Reaktionsgasausgangsgemischs eine 30 cm lange Vorschüttung aus Steatitkugeln der Fa. Ceramtec (C 220, 2,2 bis 3,2 mm Durchmesser), weiterhin wird das Reaktionsrohr mit den selben Steatitkugeln nach der Katalysatorzone abschließend aufgefüllt), der durch elektrische Heizmatten beheizt wird. Der Einbau des jeweiligen Schalenkatalysators erfolgt bei einer Mattentemperatur von 350°C an Luft.35.0 g of the respective shell catalyst A, B are each in one Single tube reactor installed (tube length: 140 cm, inner diameter: 8.5 mm, outer diameter: 60 mm, V2A steel, catalyst bed length: 53.0 cm, in addition to warm up the reaction gas starting mixture from a 30 cm long pre-fill Steatite balls from Ceramtec (C 220, 2.2 to 3.2 mm diameter), Furthermore, the reaction tube with the same steatite balls the catalyst zone finally ) Filled, which is heated by electric heating mats. The installation of each Shell catalyst takes place at a mat temperature of 350 ° C in air.
Danach
wird das jeweilige Reaktionsrohr unter Aufrechterhaltung der Mattentemperatur
von 350°C
für 24
h mit einem Reaktionsgasausgangsgemisch (Beschickungsgasgemisch)
eingefahren, das folgende Zusammensetzung aufweist:
3,3 Vol.-%
Propan,
10 Vol.-% O2,
40 Vol.-%
N2 und
46,7 Vol.-% H2O.The respective reaction tube is then run in while maintaining the mat temperature of 350 ° C. for 24 h with a reaction gas starting mixture (feed gas mixture) which has the following composition:
3.3 vol .-% propane,
10 vol.% O 2 ,
40 vol% N 2 and
46.7 vol.% H 2 O.
Die Verweilzeit (bezogen auf das Katalysatorschüttvolumen) wird dabei zu 2,4 s gewählt, der Reaktionsrohreingangsdruck beträgt 2 bar absolut, die GHSV beträgt 1500 h–1 (bezogen auf das Beschickungsgasgemisch).The residence time (based on the bulk catalyst volume) is chosen to be 2.4 s, the reaction tube inlet pressure is 2 bar absolute, the GHSV is 1500 h −1 (based on the feed gas mixture).
Dann wird die (Propan) Umsatz U-Selektivität S (der Acrylsäurebildung) Abhängigkeit ermittelt, indem unter Beibehalt der anderen Randbedingungen die Heizmattentemperatur entsprechend erhöht wird (bis 410°C).Then the (propane) conversion U-selectivity S (the acrylic acid formation) dependence determined by maintaining the other boundary conditions Heating mat temperature is increased accordingly (up to 410 ° C).
Die nachfolgende Tabelle zeigt die Ergebnisse in Abhängigkeit vom verwendeten Schalenkatalysator. Außerdem zeigt sie die Ausbeute an Acrylsäure (sich in 1 h bildende molare Menge an Acrylsäure).The The following table shows the results depending on the shell catalyst used. Also shows the yield of acrylic acid (Molar amount of acrylic acid formed in 1 h).
Tabelle 1 Table 1
2. Beispiele2. Examples
Die Vergleichsbeispiele werden wie beschrieben wiederholt. Die Katalysatorschüttlänge (Beschickung) ist jedoch wie folgt strukturiert:The Comparative examples are repeated as described. The catalyst bed length (feed) is structured as follows:
Beispiel 1: in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemischs zunächst auf 10 % der Schüttlänge Schalenkatalysator A (Bett I), dann auf 90 % der Schüttlänge Schalenkatalysator B (Bett II).Example 1: in the direction of flow of the reaction gas mixture initially to 10% of the bulk length of the coated catalyst A (bed I), then to 90% of the packed bed catalyst B (bed II).
Beispiel 2: in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemischs zunächst auf 20 % der Schüttlänge Schalenkatalysator A (Bett I), dann auf 80 % der Schüttlänge Schalenkatalysator B (Bett II).Example 2: in the direction of flow of the reaction gas mixture initially on 20% of the bulk length shell catalyst A (bed I), then to 80% of the packed bed catalyst B (bed II).
Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.The Table 2 below shows the results.
Tabelle 2 Table 2
Erhöht man den Reaktionsrohreingangsdruck auf 3 bar absolut, lauten die Ergebnisse wie folgt: Tabelle 3 If the reaction tube inlet pressure is increased to 3 bar absolute, the results are as follows: Table 3
Claims (21)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10344265A DE10344265A1 (en) | 2003-09-23 | 2003-09-23 | (Meth)acrylic acid production in high yield, for use as monomer, by gas-phase oxidation of saturated hydrocarbon precursor(s) over two beds of mixed metal oxide catalysts with specific selectivity properties |
US10/934,624 US7012157B2 (en) | 2003-09-23 | 2004-09-07 | Preparation of (meth)acrylic acid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10344265A DE10344265A1 (en) | 2003-09-23 | 2003-09-23 | (Meth)acrylic acid production in high yield, for use as monomer, by gas-phase oxidation of saturated hydrocarbon precursor(s) over two beds of mixed metal oxide catalysts with specific selectivity properties |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10344265A1 true DE10344265A1 (en) | 2004-10-28 |
Family
ID=33039363
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE10344265A Withdrawn DE10344265A1 (en) | 2003-09-23 | 2003-09-23 | (Meth)acrylic acid production in high yield, for use as monomer, by gas-phase oxidation of saturated hydrocarbon precursor(s) over two beds of mixed metal oxide catalysts with specific selectivity properties |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10344265A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007118871A1 (en) * | 2006-04-18 | 2007-10-25 | Leibniz-Institut Für Katalyse E.V. An Der Universität Rostock | MIXED OXIDES OF THE Cs(WNb)5O14 – STRUCTURE TYPE CONTAINING VANADIUM |
EP2179790A1 (en) | 2008-10-21 | 2010-04-28 | Sued-Chemie AG | Bismuth-containing mixed oxide catalysts |
EP2179793A1 (en) | 2008-10-21 | 2010-04-28 | Sued-Chemie AG | Phosphorous-containing mixed oxide catalysts |
-
2003
- 2003-09-23 DE DE10344265A patent/DE10344265A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007118871A1 (en) * | 2006-04-18 | 2007-10-25 | Leibniz-Institut Für Katalyse E.V. An Der Universität Rostock | MIXED OXIDES OF THE Cs(WNb)5O14 – STRUCTURE TYPE CONTAINING VANADIUM |
EP2179790A1 (en) | 2008-10-21 | 2010-04-28 | Sued-Chemie AG | Bismuth-containing mixed oxide catalysts |
EP2179793A1 (en) | 2008-10-21 | 2010-04-28 | Sued-Chemie AG | Phosphorous-containing mixed oxide catalysts |
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