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EP2321045A2 - Catalyst for the catalytic gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons to form aldehydes, carboxylic acids and/or carboxylic acid anhydrides, in particular phthalic acid anhydride, and method for producing said type of catalyst - Google Patents

Catalyst for the catalytic gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons to form aldehydes, carboxylic acids and/or carboxylic acid anhydrides, in particular phthalic acid anhydride, and method for producing said type of catalyst

Info

Publication number
EP2321045A2
EP2321045A2 EP09777410A EP09777410A EP2321045A2 EP 2321045 A2 EP2321045 A2 EP 2321045A2 EP 09777410 A EP09777410 A EP 09777410A EP 09777410 A EP09777410 A EP 09777410A EP 2321045 A2 EP2321045 A2 EP 2321045A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
catalyst
vanadium
oxide
silver
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09777410A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Josef Breimair
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Stesatec GmbH
Original Assignee
Breimair Josef
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Breimair Josef filed Critical Breimair Josef
Publication of EP2321045A2 publication Critical patent/EP2321045A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/21Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
    • C07C51/255Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting
    • C07C51/265Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of compounds containing six-membered aromatic rings without ring-splitting having alkyl side chains which are oxidised to carboxyl groups
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    • C07D307/77Heterocyclic compounds containing five-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom ortho- or peri-condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D307/87Benzo [c] furans; Hydrogenated benzo [c] furans
    • C07D307/89Benzo [c] furans; Hydrogenated benzo [c] furans with two oxygen atoms directly attached in positions 1 and 3
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    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08Heat treatment

Definitions

  • Carboxylic anhydrides especially to phthalic anhydride
  • a molecular oxygen-containing gas for example air
  • the hydrocarbon to be oxidized for example o-xylene or naphthalene
  • the tubes filled with catalyst are surrounded by a heat transfer medium, for example a molten salt.
  • hot spots can occur in the catalyst bed, which can lead to undesirable effects, such as the total oxidation of the starting material or the formation of by-products which are difficult to separate, up to a limited throughput of starting material.
  • catalysts with different activity and chemical composition layer by layer in the reaction tubes to arrange in layers which according to the prior art usually the catalyst has the lowest activity in the region of the largest temperature maximum and the catalyst layers following in the direction of gas exit have an increased activity.
  • coated catalysts which generally consist of an inert, non-porous carrier material, on which at least one thin layer of the catalytically active material is applied in the form of a dish.
  • the composition of the catalytically active material plays a crucial role.
  • Such additives are, for example, cesium, antimony, phosphorus, boron, molybdenum, tungsten, tin, bismuth, silver, niobium, iron, potassium, rubidium, chromium and calcium.
  • multilayer catalysts which differ in activity and selectivity due to their different composition of active material
  • Catalyst bed several, different catalysts sequentially arranged in layers to perform different tasks depending on the location in the catalyst bed. This is essentially the requirement to control the exothermic reaction at high throughputs of starting material, while high selectivity and stability of the catalyst, safely.
  • EP A 21 325 describes catalysts for the preparation of phthalic anhydride whose active material comprises 60 to 99% by weight of titanium dioxide, 1 to 40% by weight of vanadium pentoxide and, based on the total amount of TiO 2 and V 2 O 5 up to 2% by weight Phosphorus and up to 1, 5 weight% rubidium and / or cesium, wherein the catalytically active material is applied in two layers on the support.
  • the inner layer contains 0 to 2.0% by weight of phosphorus and no rubidium and / or cesium
  • the outer layer contains 0 to 0.20% by weight of phosphorus and 0.02 to 1.5% by weight of rubidium and / or cesium
  • the catalytically active composition of these catalysts may contain, in addition to the constituents mentioned, further substances, for example up to 10% by weight of an oxide of the metals molybdenum, tungsten, niobium, tin, silicon, antimony, hafnium.
  • inert carrier material steatite is used as inert carrier material steatite is used.
  • EP A 286448 describes a process for the preparation of phthalic anhydride, in which two different catalysts are used with similar content of titanium dioxide and vanadium pentoxide. They differ essentially in that one catalyst additionally contains 2 to 5% by weight of a cesium compound, in particular cesium sulfate, but no phosphorus, tin, antimony, bismuth, tungsten or molybdenum compounds, and the second catalyst additionally contains 0, 1 to 3.0% by weight of a phosphorus, tin, antimony, bismuth, tungsten or molybdenum compound.
  • a cesium compound in particular cesium sulfate
  • the second catalyst additionally contains 0, 1 to 3.0% by weight of a phosphorus, tin, antimony, bismuth, tungsten or molybdenum compound.
  • US 4,864,036 relates to a catalyst for the production of phthalic anhydride, which is prepared in several steps.
  • a catalyst for the production of phthalic anhydride which is prepared in several steps.
  • a first step a catalyst for the production of phthalic anhydride, which is prepared in several steps.
  • a first step a catalyst for the production of phthalic anhydride, which is prepared in several steps.
  • Tungsten compound on titanium dioxide in the anatase modification and then calcined. Thereafter, in a second step, the calcined
  • GB 1140264 relates to an oxidation catalyst for aromatic and non-aromatic hydrocarbons to carboxylic acids, which consists of an inert, nonporous support and a 0.02 to 2 mm thick layer of active material, which in turn from 1 to 15% V 2 O 5 and 85 to 99 % Titanium dioxide, wherein the vanadium content of the total catalyst is in the range of 0.05 to 3%. It describes a catalyst in which the active material in addition to titanium dioxide and vanadium pentoxide additionally contains 0.1 to 3% by weight of at least one metal oxide from the group of silver, iron, cobalt, nickel, chromium, molybdenum or tungsten.
  • EP 0 447 267 describes a catalyst for the preparation of phthalic anhydride which comprises as catalytically active composition: (A) 1 to 20% by weight of V 2 O 5 and 99 to 80% by weight of a titanium dioxide in the anatase modification with a BET Surface of 10 to 60n ⁇ 7g and (B), based on 100 parts by weight of this mixture (A), 0.05 to 1, 2 parts by weight of at least one element from the group K, Cs, Rb and Tl as oxide and 0.05 to 2 parts by weight Silver, calculated as silver oxide.
  • EP 0522 871 B1 relates to a catalyst which, in addition to titanium dioxide and vanadium pentoxide, also contains 0.01 to 1% by weight of niobium as niobium pentoxide, 0.05 to 2% by weight of at least one element selected from potassium, cesium, rubidium or thallium as oxide, 0.2 to 1.2% by weight of phosphorus as P2O5, and 0.55 to 5.5% by weight of antimony oxide and 0.05 to 2% by weight of silver as Ag2O, using a pentavalent antimony compound as the source of the antimony becomes.
  • CN1108996 relates to a catalyst with two layers based on titanium dioxide / 2O5 which additionally contains at least one rare earth compound and at least one oxide of the elements antimony, phosphorus, zinc and silver, wherein the layer closer to the gas inlet additionally contains at least one alkali metal compound
  • Silver-vanadium oxide compounds with an atomic ratio Ag: V ⁇ 1 are known as silver bronzes.
  • the use of silver vanadium bronzes as the oxidation catalyst is well known in the literature.
  • WO 2005/092496 A1 describes a catalyst for the preparation of aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides whose active composition comprises a phase A and a phase B in the form of three-dimensionally extended delimited regions, the phase A being a silver vanadium oxide bronze and Phase B is a mixed element oxide phase based on titania and vanadium pentoxide.
  • the molar ratio of Ag: V in phase A is 0.15 to 0.95.
  • the present invention is therefore based on the object to develop an improved catalyst for the gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides, in particular to phthalic anhydride, which results in high raw material throughput improved selectivity and long service life.
  • the technical and economic costs for the large-scale production of the catalyst should be kept as low as possible.
  • a catalyst for the catalytic gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides in particular to phthalic anhydride, claimed in which the active composition vanadium oxide, preferably vanadium pentoxide, titanium dioxide, preferably in the anatase modification, and at least one Mixed element oxide of silver with defined elements, preferably vanadium and / or molybdenum and / or tungsten and / or niobium and / or antimony, and / or a mixed element oxide of vanadium with defined elements, preferably bismuth and / or molybdenum and / or tungsten and / or Antimony and / or niobium.
  • mixed element oxides preferably of mixed metal oxides, of silver with, for example, vanadium, molybdenum, tungsten, niobium and / or antimony
  • mixed element oxides preferably of mixed metal oxides, of vanadium with, for example, bismuth, Molybdenum, tungsten, niobium and / or antimony, or their precursor compounds as a raw material source in the preparation of the catalyst suspension or in the preparation of a powder mixture used for the coating process and / or as part of the active material of the catalysts in addition to the components titanium dioxide and vanadium oxide
  • silver as a constituent of the active material has been described many times.
  • the catalyst suspension used in addition to silver oxide and corresponding salts such as silver nitrate, silver sulfate, silver halides, silver sulfide, silver phosphate, silver salts of organic acids, silver hydroxide, ammonium salts of silver and amine complexes of silver.
  • Most of these sources are mononuclear converted into silver oxide upon heating of the catalyst in the reactor and are thus present in the active mass as silver oxide, while, for example, silver phosphates and silver halides are present in the active mass unchanged and are not converted to silver oxide during the thermal treatment.
  • An essential aspect of the catalysts according to the invention is that conventional catalysts which contain at least titanium dioxide and vanadium oxide in the active composition contain as additional dopants mixed element oxides of silver with vanadium and / or other defined elements and / or mixed element oxides of vanadium with other defined elements at least one mixed element oxide of silver and / or vanadium and / or a corresponding precursor compound is added to at least one of these mixing element compounds in the preparation of the catalyst suspension or in the preparation of a powder mixture used for the coating of the carrier.
  • the invention also expressly also relates to a process for the preparation of the catalysts according to the invention just described, comprising preparing a catalyst suspension or a mixture of the various components containing at least titanium dioxide in the anatase modification and a vanadium compound and at least one mixed element oxide of the silver and / or Vanadiums with defined elements or a corresponding precursor compound contains at least one of these mixed element oxides as a raw material source.
  • All components are advantageously mixed together in an aqueous medium and then applied by a spray process (preferably fluidized bed or drum method) on a ceramic support.
  • the Mischelementoxidphase of silver and / or vanadium or their Mischelementoxid precursor compounds are advantageously added directly to the catalyst suspension with the main constituents of titanium dioxide and vanadium oxide and other promoters and are generally not spatially ⁇ separate phases to a phase consisting of titanium dioxide and vanadium oxide before.
  • all constituents of the catalyst suspension form a uniform phase which, in addition to the components titanium dioxide and vanadium oxide, also contains the relevant mixed element oxides and optionally further components.
  • the respective mixed element oxides may also be used alone or in combination with other compounds in one or more coating layers which do not contain titanium dioxide and / or vanadium oxide in the active composition.
  • catalysts or precursors for the production and preparation of catalysts for the gas phase partial oxidation of aromatic hydrocarbons can thus be realized with a gas containing molar oxygen, which are composed of an inert, non-porous support material and one or more layers (s) applied thereon, wherein at least one of these layers contains 0.01 to 15% by weight, based on the total weight of these layers, of one or more of the above-mentioned mixed element oxides or their precursor compounds.
  • a concrete process procedure for the production of carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides by the partial oxidation of aromatic hydrocarbons in the gas phase with a molecular oxygen-containing gas at elevated temperature on a catalyst whose active mass is applied shell-shaped on an inert carrier claimed that characterized in that a shell catalyst whose catalytically active composition, based on their total weight, 0.01 to 15% by weight of a Mischelementoxids of silver with vanadium and / or a Mischelementoxids of silver with other defined elements and / or 0.01 to 10% by weight of a mixed element oxide of vanadium with bismuth and / or a Mixed element oxide of vanadium with other defined elements and simultaneously titanium dioxide in the anatase modification and a vanadium compound (preferably V2O5), wherein the mixed element oxide compound (s) or their precursor compound (s) already for the preparation of the catalyst suspension and / or the powder mixture, from which the active composition is formed after coating the support by thermal treatment is or will be used
  • At least one non-inventive coated catalyst the vanadium oxide in its active material as essential constituents, in particular
  • Hydrocarbons to carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides or absent and be used in a combined bed (that is, in a single or multi-layered mixture) together with one or more of the inventive catalysts described above.
  • the gaseous stream is preferably passed over a bed of at least two layers of catalysts, wherein the catalyst located closer to the gas inlet contains a catalyst according to the invention and the bed of the downstream catalyst contains at least one catalyst whose catalytically active material comprises vanadium oxide and a titanium dioxide in the Anatase modification contains, but no mixed element oxide of the silver with elements such as vanadium, molybdenum, tungsten, niobium, antimony and / or no mixed element oxide of vanadium with elements such as bismuth, molybdenum, tungsten, niobium, antimony.
  • catalyst beds consisting of at least two layers may also be used, all catalyst layers containing catalysts according to the invention.
  • the catalysts used according to the invention can differ by the type and amount of the respective mixed element oxides in the active composition,
  • At least one part, particularly preferably all catalyst layers used in the catalyst bed, including the catalysts according to the invention having a catalytically active composition comprising 1 to 40% by weight of vanadium oxide (calculated as V 2 O 5 ), 50 to 99% by weight of titanium dioxide (calculated as TiO 2 ), up to 1% by weight of an alkali metal compound (preferably a cesium compound, calculated as alkali metal), up to 1.5% by weight of a phosphorus compound (calculated as P) and up to 10% by weight of an antimony compound (calculated as Sb 2 O 3 ).
  • a catalytically active composition comprising 1 to 40% by weight of vanadium oxide (calculated as V 2 O 5 ), 50 to 99% by weight of titanium dioxide (calculated as TiO 2 ), up to 1% by weight of an alkali metal compound (preferably a cesium compound, calculated as alkali metal), up to 1.5% by weight of a phosphorus compound (calculated as P) and up to 10% by weight of
  • the catalysts according to the invention preferably contain 0.01 to 15% by weight of at least one mixed element oxide of silver with at least one element from the group vanadium, niobium, tantalum, titanium, zirconium, chromium, molybdenum, tungsten, cerium, lanthanum, Aluminum, boron, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gold, cadmium, tin, lead, bismuth, antimony, arsenic, hafnium, rhenium, ruthenium, rhodium and palladium, and / or preferably 0.01 to 10 weight % of at least one mixed element oxide of vanadium with at least one of bismuth, antimony, niobium, tantalum, titanium, zirconium, chromium, molybdenum, tungsten, cerium, lanthanum, aluminum, boron, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Zinc
  • the content of mixed element oxides of silver with defined elements, in particular with, for example, vanadium and / or tungsten and / or molybdenum and / or niobium and / or antimony, in the active mass of catalysts in a preferred embodiment is in a range of 0.01 to 15% by weight, in a further preferred embodiment in a range of 0.01 to 10% by weight and in a particularly preferred embodiment in a range of 0.01 to 5% by weight.
  • the content of mixed element oxides of vanadium with defined elements is in the active mass of catalysts in a preferred embodiment in a range of 0.01 to 10% by weight and in a particularly preferred embodiment in a range of 0.01 to 5% by weight.
  • a catalyst according to the invention is used in a first catalyst layer located closest to the gas inlet, which is also the location with the highest hot spot. In the direction of gas outlet at least one further catalyst layer is connected, which generally has a higher activity than the first catalyst layer and which is generally a catalyst according to the prior art.
  • the catalyst according to the invention in this case contains at least one mixed element oxide of silver, preferably silver vanadate, and preferably a mixed element oxide of vanadium, preferably bismuth vanadate.
  • Gas inlet up to and including the location with the highest hot spot containing a catalyst according to the invention and for subsequent layers conventional, prior art catalysts are used and / or catalysts of the invention are used with a reduced content of the claimed mixed element oxides in the active material.
  • At least one of the catalyst layers located in front of the highest hotspot layer contains a mixed element oxide of silver, preferably a mixed element oxide of silver with molybdenum and / or tungsten, and more preferably a mixed element oxide of silver with vanadium the layer with the highest hot spot and the layers downstream therefrom do not contain mixed element oxide of the silver.
  • the layer with the highest hot spot advantageously contains a mixed element oxide of the vanadium with bismuth.
  • the catalyst layers following in the direction of the gas outlet of the hot spot catalyst layer preferably correspond to the prior art and generally do not contain catalysts according to the invention.
  • the compounds AgVOß and / or Ag 2 MoO 4 and / or Ag 2 WO 4 and / or BiVO 4 are used in the preparation of the catalyst suspension and / or are contained in the active material of the catalysts.
  • Mischelementoxiden of silver too small, comes the selectivity-enhancing effect not fully bear, while too much content of Mischelementoxiden of silver increased activity is observed, which leads to a reduced selectivity due to increased total oxidation to CO and CO 2 .
  • Too high a content of mixed element oxides of bismuth also has a negative effect on the selectivity of the catalyst and at the same time it can lead to an increased formation of by-products which cause a poorer color stability of the desired product phthalic anhydride.
  • too low a proportion of mixed element oxides of bismuth leads to no significant increase in the selectivity.
  • the catalyst activity gradually increases from the first catalyst layer used at the gas inlet to the last layer closest to the Gaustritt.
  • the activity adjustment can be carried out by various methods familiar to the person skilled in the art. For example, an increase in the catalyst activity in the layers from the gas inlet to the gas outlet by a gradual reduction of the alkali metal content in the active mass, an increase in the average BET surface area of the titanium dioxide used or an increase in the active material content of the total weight of the catalyst. A combination of different activity-setting measures can also be used.
  • the catalysts according to the invention advantageously comprise in the active composition at least one kind of titanium dioxide in the anatase modification, at least one compound of vanadium (preferably V2O5), at least one mixed element oxide of silver and / or vanadium and optionally a compound of the antimony, a compound of an alkali element and / or a phosphorus compound.
  • at least one kind of titanium dioxide in the anatase modification at least one compound of vanadium (preferably V2O5), at least one mixed element oxide of silver and / or vanadium and optionally a compound of the antimony, a compound of an alkali element and / or a phosphorus compound.
  • the total content of titanium dioxide is 50 to 99% by weight in the active composition of the catalysts according to the invention and particularly preferably 80 to 99% by weight.
  • the average BET surface area of the titanium dioxide of the catalysts according to the invention in the case of one or more titanium dioxide grades is advantageously 10-60 m 2 / g and particularly advantageously 12-30 m 2 / g, while the BET surface area of the individual grades is in the range of 3 to 300 m 2 / g.
  • the average BET surface area of the titanium dioxide used is calculated from the amount and BET surface area of the individual types used. At least one type of titanium dioxide whose mean particle size is in the range from 0.3 to 0.8 ⁇ m is preferably used.
  • the content of vanadium oxide in the active composition (calculated as V2O5) is in a preferred range of 1 to 40% by weight and in a particularly preferred embodiment in a range of 1 to 20% by weight.
  • the raw material sources vanadium pentoxide and / or vanadium oxalate are advantageously used.
  • other vanadium compounds are also suitable, such as, for example, ammonium metavanadate, polyvanadic acid, inter alia, or a mixture of various sources.
  • these precursor compounds or raw material sources of vanadium are converted into vanadium pentoxide in the thermal treatment of the catalyst or during heating of the catalyst in the reactor in the presence of molecular oxygen, so that the vanadium is present essentially in the pentavalent oxidation state in the active composition.
  • the active materials of these catalysts in addition to titanium dioxide, vanadium oxide, one or more mixed element oxides of silver and / or vanadium and additionally one or more elements from the group of alkali metals.
  • salts for example, sulfates, carbonates, nitrates, phosphates
  • Alkali metal compounds are used to control activity while improving the selectivity of the catalysts.
  • the alkali metal content in the active composition is in a range of 0 to 1.0% by weight, and more preferably in a range of 0 to 0.6% by weight.
  • a soluble cesium compound such as cesium sulfate is used to prepare the catalyst suspension.
  • the catalysts of the invention advantageously contain, in particular in the active mass of the hot spot catalyst layer, also an antimony compound as part of the active material for improving the thermal stability.
  • the content of antimony in the active composition is advantageously in a range of 0 to 10% by weight (calculated as Sb 2 O 3), and more preferably in a range of 0 to 5% by weight, depending on the position of the catalyst in the entire catalyst bed and depending on the thermal load of the respective catalyst in the respective position.
  • various antimony compounds for example antimony salts or antimony oxides, in various oxidation states.
  • antimony III oxide is used in the preparation of the catalyst suspension.
  • the catalysts according to the invention may contain a phosphorus compound in the catalytically active composition or it may be added a phosphorus compound as a raw material source in the preparation of the catalyst suspension or a powder mixture used for the coating of the carrier.
  • the phosphorus content of the active composition is in a range from 0 to 1.5% by weight (calculated as P).
  • the raw material source for the catalysts according to the invention is preferably ammonium dihydrogen phosphate.
  • At least one layer contains a catalyst according to the invention which contains at least one of the relevant mixed element oxides.
  • the first layer which is closest to the gas inlet and which is also the location with the highest hot spot, preferably contains a catalyst according to the invention.
  • a catalyst according to the invention it is advantageous if all the layers in the
  • Catalyst bed starting from the gas inlet up to and including the location with the highest hot spot catalysts according to the invention.
  • the nature of the mixed element oxides of, for example, silver can vary in the various layers concerned. It is advantageous, also the other compositions of the active material according to their position in the
  • the layer with the highest local temperature maximum contains a mixed element oxide of the silver and / or a mixed element oxide of the bismuth with vanadium.
  • Layers in one or more beds contains at least one catalyst layer which is located upstream of the hot spot catalyst layer, at least one Mixed element oxide of the silver with the specified elements, particularly advantageously with vanadium and / or molybdenum and / or tungsten.
  • At least one of the layers from the gas inlet to the layer with the highest hot spot contains a mixed element oxide of the silver, in particular a mixed element oxide of silver with vanadium and / or molybdenum and / or tungsten, while the layer with the highest hot Spot preferably contains a mixed element oxide of vanadium, in particular a mixed element oxide of vanadium with bismuth.
  • all layers from the gas inlet to the layer with the highest hot spot contain a mixed element oxide of silver and only the layer with the highest hot spot contains an additional mixed element oxide of vanadium with bismuth.
  • polynuclear mixed element oxides or their precursor compounds as a source in the preparation of the catalyst suspension or a powder mixture used for the coating of the support material.
  • mixed element oxides of silver can also be used to prepare the catalyst suspension and / or the active material which have a smaller or greater atomic ratio to the silver than is present in the case of AgVO 3.
  • the amount of mixed element oxide and / or precursor compounds in the catalyst suspension or powder coating mixture must be adjusted to provide an optimum level of silver in the active mass of the finished catalyst to obtain.
  • the described Mischelementoxidphase or its precursor compound is already formed before it is added to the catalyst suspension or the powder mixture used for the coating of the carrier.
  • one or more corresponding precursor compounds to the catalyst suspension or to the powder mixture, which are then converted to the corresponding mixed-element oxides during the thermal treatment of the catalyst.
  • mixed element oxides of silver present with other elements and / or their precursor compounds can be used not only in the integer molar ratio as raw material source in the production of the catalyst suspension or in the active composition of the inventive catalysts, but also two- or polynuclear mixed element oxides of Silver with a large atomic deficit or excess silver.
  • the content of the relevant mixed element oxide in the catalyst suspension and / or the active composition must then be increased or decreased.
  • the two or more nuclear mixed element oxides of silver are represented by the general formula
  • x more preferably has a value of 0.1 to 5
  • the value of the variable y is preferably 0 to 0.3.
  • n a number which is determined by the valence and frequency of the elements other than oxygen in the formula I
  • Precursor compounds of the respective mixed element oxides and / or their Starting compounds are used and the catalysts of the invention with the relevant Mischelementoxiden be formed only in the reactor by calcination at elevated temperature or during the heating of the catalyst in the reactor.
  • the use of the mixed element oxides AgVO3, Ag2MoO4, Ag2WO4 and / or mixed element oxides of these elements with other atomic ratios leads to an improvement of the catalysts
  • the compound AgVO3 as a constituent of the catalysts according to the invention, which is used as an additive in the preparation of the catalyst suspension or the active composition, wherein the active composition at least still titanium dioxide in the anatase modification and a vanadium compound contains.
  • the catalyst according to the invention preferably also comprises at least one compound of an element of the first main group.
  • the catalyst according to the invention also contains an antimony compound, in particular Sb 2 O 3 in the active composition and optionally a phosphorus compound
  • one or more or all of said catalyst layers from gas entrance to and including the highest hot spot layer has a mixed element oxide of silver with vanadium and / or tungsten and / or molybdenum of from 0.01% to 15% by weight, in particular from 0.01 to 10.0% by weight and more preferably from 0.01 to 5% by weight in the active composition.
  • the silver vanadium mixed element oxides are compounds having a molar ratio of Ag: V of 1: 1, in particular the mixed element oxide AgVO3. This is not a so-called silver vanadium bronze in which the atomic ratio of Ag: V is by definition less than 1: 1.
  • the use of bismuth vanadate as a source of raw material in the preparation of the catalyst suspension or as part of the active composition has led to an improvement in the selectivity. It is advantageous if the catalysts of the invention contain BiVO4 as a constituent of the active material, in particular in one or more layers from the gas inlet up to and including the layer with the highest hotspot.
  • the catalysts of the invention can in addition to titanium dioxide and
  • Vanadium oxide simultaneously at least one mixed element oxide of the silver with one or more of said elements and at least one mixed element oxide of the
  • Vanadiums containing one or more of the said elements are used to prepare the catalyst suspension of the catalysts according to the invention and / or are present side by side in the active mass of the catalysts.
  • the catalysts according to the invention additionally contain at least one alkali metal compound, preferably a cesium compound, an antimony compound, preferably antimony I-1 oxide and optionally a phosphorus compound.
  • Mischelementoxide of vanadium with other elements or their precursor compounds can not only be used in integer atomic ratio Mischelementoxide of vanadium with other elements or their precursor compounds as a source of raw material in the preparation of the catalyst suspension or present in the active material of the catalysts of the invention, but also two or more nuclear mixed element oxides of vanadium with a large atomic Deficit or excess of vanadium.
  • the content of the relevant mixed element oxide in the catalyst suspension and / or the active mass must then be increased or decreased.
  • the two or more nuclear mixed element oxides of vanadium are described by the following general formula according to claim 12:
  • so-called coated catalysts in which the catalytically active composition is cup-shaped in one or more layers to a support material which is generally inert under the reaction conditions, such as porcelain, magnesium oxide, tin dioxide, silicon carbide, cersilicate, magnesium silicate (steatite), zirconium silicate , Alumina, quartz, or mixtures of these carrier materials is applied.
  • a support material which is generally inert under the reaction conditions
  • carrier materials made of steatite or silicon carbide have proven successful in the art.
  • an aqueous solution and / or an organic solvent-containing solution or suspension (referred to herein as "catalyst suspension") of the active composition components and / or their precursor compounds is generally applied to the support material in the fluidized bed process (DE-A 2106796) at elevated temperature.
  • the coating of the inert, non-porous carrier material with the active ingredient components or their precursor compounds as a suspension or powder mixture can likewise be carried out in a heated coating drum at elevated temperatures.
  • the coating temperature is advantageously in a range of 50-450 0 C.
  • the binder used decomposed after filling the catalyst in the reactor usually when the reactor is heated to operating temperature or at the latest when commissioning the catalyst and completely removed from the catalyst.
  • the remaining on the inert support material as a thin shell catalytically active components are referred to as active mass.
  • the components of the active material may be partially derived from the components used in the catalyst suspension
  • Raw material sources or precursor compounds differ because some of them are chemically converted by the heat treatment of the catalyst and are usually converted into the corresponding metal oxides. It has now surprisingly been found that the performance of the catalysts depends not only on the composition and amount of the active material (after heating or annealing present catalytically active compounds) of the catalysts, but used in the catalyst suspension or for the coating of the carrier Powder mixed raw material sources have a significant influence on the selectivity, activity and service life of the catalysts.
  • the invention also relates to a process for the preparation of aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic acid anhydrides comprising contacting a gaseous stream containing an aromatic hydrocarbon and a gas containing molecular oxygen at an elevated temperature with a catalyst as defined above.
  • the mixed element oxides used as raw material source for the catalyst suspension can be prepared in various ways and be added to the catalyst suspension as an isolated compound or directly as a reaction mixture. Likewise, corresponding precursor compounds of the mixed metal oxides can be added to the catalyst suspension. These are advantageously polynuclear mixed element compounds or Mischmetalloxidtimen, which generally have a different crystal structure than the corresponding present in the active composition thermally treated Mischelementoxide and also may contain water of crystallization.
  • the reaction of a solution of a metal compound with a suspension of a metal oxide at elevated temperatures in an aqueous or nonaqueous solvent is also advantageously suitable for the preparation of the mixed element oxides and / or their precursor compounds used in the catalysts according to the invention.
  • a silver vanadium oxide used for the catalysts according to the invention can advantageously be prepared by reacting silver nitrate in aqueous solution at elevated temperatures with vanadium pentoxide in the corresponding desired atomic ratios.
  • the resulting reaction mixture with the mixed metal compound contained therein can be added directly to the catalyst suspension or the corresponding mixed metal compound but also previously isolated and optionally thermally treated.
  • polar organic solvents such as polyols, polyethers or amines can also be used as solvents.
  • a metal oxide or a plurality of metal oxides such as vanadium pentoxide and molybdenum trioxide
  • a silver compound and optionally another compound such as
  • Example, a phosphorus compound may be generally carried out at room temperature or elevated temperature.
  • the reaction is carried out at temperatures of 50 to 100 0 C and takes depending on the used
  • the mixed metal compound thus formed can be isolated from the reaction mixture and optionally stored until further use or as a suspension solution of the catalyst suspension, which still contains at least titanium dioxide and a vanadium compound added.
  • the mixed metal compound obtained and isolated by the reaction may also be subjected to thermal treatment at elevated temperatures prior to addition to the catalyst suspension to effect rearrangement of the crystal structure and removal of water of crystallization.
  • this can be done by filtering off the suspension and drying of the resulting solid, wherein the drying can be carried out by various methods.
  • the drying of the mixed metal suspension is carried out by spray drying or freeze drying.
  • the mixed metal compounds may also be produced by fusing together, for example, such that various finely mixed metal oxide powders are reacted in a solid state reaction at elevated temperatures of 400 to 800 ° C.
  • the components of the catalyst suspension are generally in the form of
  • Oxides and / or in the form of compounds for example salts, which convert to oxides upon heating in the presence of oxygen.
  • metal salts such as phosphates or halides of the Catalyst suspension are added, which are unchanged in the active material of the catalyst after a thermal treatment.
  • the preparation of the catalysts according to the invention is generally carried out via a precursor of the finished catalyst, which can be stored as such.
  • This is an inert ceramic support on which the raw materials used in the catalyst suspension are applied by means of a spraying process and are advantageously fixed using an organic binder.
  • the active catalyst is usually formed by thermal treatment of this precursor or already during the heating of the catalyst in the reactor.
  • the metal compounds used are usually converted into the corresponding metal oxides.
  • vanadium oxalate is decomposed and converted to V 2 O 5 .
  • other compounds contained in the catalyst suspension can be converted to their oxidic compounds upon heating of the catalyst.
  • the ammonium dihydrogen phosphate is converted to P 2 O 5 and is present as such in the active composition.
  • hydrous mixed metal oxides are prepared and used as a raw material source in the preparation of the catalyst suspension, it is generally assumed that they lose the water of crystallization during the thermal treatment of the catalyst and possibly change its crystal structure.
  • the conversion of the raw material sources used in the catalyst suspension is preferably carried out at temperatures of 200 to 500 0 C and more preferably in the range of 300 to 500 0 C.
  • the shape of the inert carrier material is not critically important for the performance of the catalysts of the invention, however, in the prior art, in particular spheres or rings have proven to be advantageous moldings.
  • the layer thickness of the active composition or the sum of the layer thicknesses of the shells which contain the active composition is generally 20-400 ⁇ m and varies depending on the position of the catalyst according to the invention in the catalyst bed. It has further been found, surprisingly, that a spatial separation of the various components of the catalyst suspension from the mixed metal oxides used is generally not necessary in order to obtain improved catalysts. All components used in the catalyst suspension are generally mixed or mixed with the corresponding mixed element oxides and the uniformly mixed suspension is applied to the inert support. However, catalysts are also conceivable in which variously composed catalyst suspensions are applied successively to the inert ceramic support, wherein at least one layer contains a catalyst according to the invention and thus an inventive improved catalyst is formed.
  • a non-inventive catalyst suspension containing at least titanium dioxide, a vanadium compound and advantageously also an alkali metal compound first isolated and optionally thermally treated and then the resulting powder is generally mixed again with a powder (advantageous in Water) previously obtained from a catalyst suspension consisting of at least titanium dioxide, a vanadium compound and at least one mixed metal oxide or its precursor compound.
  • This new catalyst suspension can be applied as a layer alone to an inert ceramic support or else used in combination with other coating layers according to the invention and / or not according to the invention.
  • the catalysts of the invention are generally used for the partial gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides. These catalysts are particularly suitable for the gas phase oxidation of o-xylene and / or naphthalene to phthalic anhydride with a molecular oxygen-containing gas.
  • the catalysts according to the invention can be used for this purpose in a catalyst bed alone or in combination with other, differently active catalysts, for example catalysts of the prior art (vanadium pentoxide / anatase base without Mischmetalloxidkomponente).
  • the different catalysts according to the invention and not according to the invention are generally used in separate catalyst beds, which are arranged in at least one catalyst bed.
  • the use of the catalysts according to the invention in the catalyst layers closest to the gas inlet up to the position with the highest hot spot is advantageous.
  • novel catalysts and / or their precursor catalysts according to the invention are introduced into the reaction tubes of a reactor in layers.
  • the various layers may in this case consist of catalysts according to the invention and not according to the invention.
  • reaction tubes are in this case thermostated from the outside, which is generally done by means of a salt melt, which flows around the pipes.
  • the actually active catalyst is formed from the precursor of the catalyst by burning out the organic binder and generally using the respective raw material sources used in the catalyst suspension convert the corresponding oxidic compounds.
  • their chemical composition and / or their crystalline structure may also change.
  • the reaction gas at temperatures of 250-550 ° C, especially at 330 to 500 0 C and at a Kochduck of generally 0.1 to 2.5 bar, preferably 0.3 to 1, 5 bar passed, the space velocity is generally 1000 to 5000 h (-1).
  • the reaction gas supplied to the catalyst is generally produced by mixing a molecular oxygen-containing gas, preferably air, which may contain, besides oxygen, still suitable reaction moderators and or diluents such as steam, nitrogen and / or carbon dioxide, with the aromatic hydrocarbon to be oxidized
  • a molecular oxygen-containing gas preferably air
  • the molecular oxygen-containing gas is generally 1 to 100% by volume and more preferably 10 to 30% by volume oxygen, 0 to 30% by volume steam, preferably 0 to 20% by volume water vapor and 0 to 50% by volume.
  • -% preferably 0 to 1 vol .-% carbon dioxide
  • the rest may contain nitrogen.
  • the gas containing molecular oxygen is generally mixed at 20 to 200 g per Nm 3, and more preferably at 60 to 120 g per Nm 3 of the aromatic hydrocarbon to be oxidized.
  • the aromatic hydrocarbon is first on a bed of the catalyst of the invention only partially converted to a reaction mixture of starting material, intermediates and end product and this mixture reacted with at least one further catalyst, which may also be according to the invention or may be a catalyst according to the prior art.
  • the reaction can also be carried out with more than one reactor, wherein each reactor can be thermostated individually at different reaction temperatures and contains at least one catalyst bed with at least one catalyst layer. It suffices for the process according to the invention in this case if at least one of these reactors has a layer with a catalyst according to the invention.
  • the partially reacted reaction gas after passing through one or more catalyst layers with catalyst according to the invention in addition to the desired product phthalic anhydride also contains a substantial amount of unreacted o-xyloxy and intermediates such as o-tolualdehyde and o-toluic acid and phthalide.
  • the product mixture is passed without further separation over at least one further catalyst layer, which differs in terms of their chemical composition and activity of the catalyst according to the invention to ensure complete conversion of the raw material or the oxidation of the suboxidation to phthalic anhydride.
  • Catalyst bed with the catalyst according to the invention conceivable before the reaction gas is fed to one or more further catalyst beds.
  • reaction mixture successively passes through several catalyst layers without separation of starting materials or intermediates, wherein at least one of these catalyst layers, preferably the position (s) closer to the gas inlet, contains a bed of a catalyst according to the invention.
  • the catalyst according to the invention is used together with at least one further or several catalyst layers, wherein at least one of the catalyst layers from the gas inlet up to and including the layer with the highest hot spot located catalyst layers according to the invention
  • Catalyst generally contains from 1 to 40% by weight of vanadium pentoxide, calculated as V2O5, 50 to 99% by weight of titanium dioxide, calculated as TiO2, up to 1% by weight of an alkali metal compound, calculated as alkali metal
  • the catalysts used in combination generally used in layers which are closer to the gas outlet and follow the position with the highest hot spot, are based mostly on non-inventive catalysts based on titanium dioxide / V205, but contain no mixed element oxides of silver and / or vanadium. However, it is also possible to use exclusively catalysts according to the invention in all layers. In this case, the catalysts generally differ in the type and amount of mixed metal oxides present in the active composition.
  • the catalysts of the prior art used in combination with the catalysts of the invention generally have a titanium dioxide content of 60-99% by weight, a vanadium oxide content of 1 to 40% by weight, an alkali metal content up to 1% by weight, a phosphorus content of up to 1.5% by weight and an antimony content of up to 10% by weight.
  • the active materials of the catalysts according to the invention and / or not according to the invention may contain small amounts of further oxidic compounds for activity and selectivity control.
  • the various components of the catalyst suspension are added successively as solutions and / or as a powder in deionized water, and the resulting suspension is advantageously stirred for at least 12 hours.
  • Titanium dioxide in the anatase modification, V2O5 or vanadyl oxalate, cesium sulfate, ammonium dihydrogen phosphate, antimony trioxide, bismuth vanadate and silver vanadate, silver molybdate, silver tungstate and / or other mixed metal oxides of silver and vanadium are advantageously used as raw material sources for the components contained in the catalyst according to the invention.
  • an organic binder in the form of an aqueous dispersion of a vinyl acetate copolymer is added to the aqueous catalyst suspension and the total of about 20 to 25% suspension is stirred for a further 30 minutes.
  • an appropriate amount of the aqueous suspension, which contains the active ingredients and / or their precursor compounds and the organic binder spray applied to the inert support (steatite rings with 7x7x4 mm or 8x6x5 mm dimension) until a certain amount of the adhesive-containing Suspension is applied to the rings, so that results after calcination, the active mass given in the examples.
  • the proportion of active material in each case refers to the proportion of the catalytically active composition in the total weight of the catalyst, including the support in the respective catalyst layer, determined after calcining at 400 ° C. for 4 h.
  • the stated content of phosphorus refers to the amount of a phosphorus compound added in the catalyst suspension preparation. It is known to those skilled in the art that the actual content of phosphorus in the active mass may vary depending on how heavily the TiO 2 used is contaminated with phosphorus compounds.
  • the relevant multilayer catalyst system is filled, wherein in the examples described in each case the R1 layer next to the gas inlet and the R4 layer or the R5 layer is closest to the gas outlet.
  • thermowell of 2mm with built-in tension element for temperature measurement.
  • 4 Nm 3 of air at a loading of about 30 to 70 g-xylene / Nm 3 air were passed through the reaction tube hourly from top to bottom at a salt bath temperature of 340-380 0 C.
  • the reaction gas leaving the reaction tube is passed through an oil-cooled condenser, in particular by the fact that most of the phthalic anhydride formed is only completely separated off and by-products such as benzoic acid, maleic anhydride and phthalide are only partially precipitated.
  • the separated in the condensers raw PSA is using hot oil melted, collected, weighed and then determined the content of phthalic anhydride by GC analysis.
  • the yield of solid PSA thus determined is referred to as the crude PSA yield, since the pure PSA is generally a product obtained after the thermal pretreatment and distillative work-up. This is also familiar to the person skilled in the art.
  • Example 1 (Comparative Example): Catalyst System A (4 layers)
  • This catalyst system is a multi-layer system with four different layers.
  • the individual beds of this comparative catalyst contain no mixed element oxide of the silver.
  • Example 2 (Inventive): Catalyst System B (4 layers)
  • Example 2 At a loading of 58 to 63 g of o-xylene per Nm 3 of air and a total air flow of 4.0 Nm 3 per hour and 346 to 352 ° C SBT the catalyst system B described in Example 2 was tested. In this case, an average raw PSA yield (based on 100% o-xylene purity) was achieved after the run-in phase of 114.0% by weight and the phthalide content in the crude PSA was 0.06% by weight.
  • Example 3 (according to the invention): Catalyst system C (4 layers)
  • Example 3 At a loading of 58 to 65 g of o-xylene per Nm 3 of air and a total air flow of 4.0 Nm 3 per hour and 346 to 347 ° C SBT the catalyst system C described in Example 3 was tested. In this case, an average raw PSA yield (based on 100% o-xylene purity) was achieved after the run-in phase of 115.3% by weight and the phthalide content in the crude PSA was 0.04% by weight.
  • Example 4 (Inventive): Catalyst System D (4 layers)
  • Example 4 At a loading of 57 to 69 g of o-xylene per Nm 3 of air and a total air flow of 4.0 Nm 3 per hour and 346 to 348 ° C SBT the catalyst system D described in Example 4 was tested. In this case, an average raw PSA yield (based on 100% o-xylene purity) was achieved after the run-in phase of 113.9% by weight, and the phthalide content in the crude PSA averaged 0.02% by weight.
  • Example 5 (according to the invention): Catalyst system E (4 layers)
  • Example 5 At a loading of 52 to 62 g of o-xylene per Nm 3 of air and a total air flow of 4.0 Nm 3 per hour and 347 to 348 0 C SBT the catalyst system E described in Example 5 was tested. In this case, an average raw PSA yield (based on 100% o-xylene purity) was achieved after the run-in of 114.2% by weight and the phthalide content in the crude PSA was on average 0.01% by weight.
  • Example 6 (Comparative Example): Catalyst System F (5 layers)
  • Example 6 At a loading of 58 to 61 o-xylene per Nm 3 of air and a total amount of air of 4 Nm 3 per hour and 350 to 354 ° C SBT, the catalyst system F described in Example 6 was tested. In this case, an average raw PSA yield (based on 100% o-xylene purity) of 113.1% by weight was achieved after the run-in phase and the phthalide content in the crude PSA was 0.01% by weight.
  • Example 6 (Inventive): Catalyst System G (5 layers)

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a catalyst for catalytic gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons to form aldehydes, carboxylic acids and/or carboxylic acid hydrides, in particular phthalic acid anhydride. The active mass comprises vanadium oxide, preferably vanadium pentoxide, titanium dioxide, preferably in the anatas-modification, and at least one silver mixing element oxide with defined elements, preferably vanadium and/or molybdenum and/or tungsten and/or niobium and/or antimony, and/or a vanadium mixing element oxide with defined elements, preferably bismuth and/or molybdenum and/or tungsten and/or antimony and/or niobium. When producing the catalyst, in particular during the production of a catalyst suspension or a powder mixture necessary for coating a carrier, at least one silver and/or vanadium mixing element oxide and/or at least one precursor compound, in particular at least one multi-core precursor compound, of at least one silver and/or vanadium mixing element oxide is used as a raw material source.

Description

Beschreibung description
Katalysator für die katalytische Gasphasenoxidation von aromatischenCatalyst for the catalytic gas-phase oxidation of aromatic
Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oderHydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or
Carbonsäureanhydriden, insbesondere zu Phthalsäureanhydrid, sowieCarboxylic anhydrides, especially to phthalic anhydride, and
Verfahren zur Herstellung eines solchen KatalysatorsProcess for the preparation of such a catalyst
Die katalytische Gasphasenoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen wie Benzol, XyIoI, Naphthalin, Toluol oder Durol in Festbettreaktoren, vorzugsweise Rohrbündelreaktoren, ist seit langem bekannt und in der Literatur vielfach beschrieben. Auf diesem Wege werden beispielsweise Benzoesäure, Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, Isophthalsäure, Terephthalsäure und Pyromellithsäureanhydrid hergestellt.The catalytic gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons such as benzene, xylene, naphthalene, toluene or durene in fixed-bed reactors, preferably tube-bundle reactors, has long been known and described many times in the literature. For example, benzoic acid, maleic anhydride, phthalic anhydride, isophthalic acid, terephthalic acid and pyromellitic anhydride are prepared in this way.
Dazu wird im Allgemeinen ein Gemisch aus einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas, beispielsweise Luft, und dem zu oxidierenden Kohlenwasserstoff, beispielsweise o-Xylol oder Naphthalin, durch eine Vielzahl von in einem Reaktor angeordneten Rohren geleitet, in denen sich eine Schüttung aus mindestens einem Katalysator befindet.For this purpose, in general, a mixture of a molecular oxygen-containing gas, for example air, and the hydrocarbon to be oxidized, for example o-xylene or naphthalene, passed through a plurality of arranged in a reactor tubes in which a bed of at least one catalyst is located ,
Zur Temperaturregelung beziehungsweise zur Abführung der bei der exothermen Reaktion entstehenden Wärmemenge sind die mit Katalysator befüllten Rohre von einem Wärmeträgermedium, beispielsweise einer Salzschmelze, umgeben.To control the temperature or to dissipate the heat generated during the exothermic reaction, the tubes filled with catalyst are surrounded by a heat transfer medium, for example a molten salt.
Trotz einer solchen Temperaturregelung kann es in der Katalysatorschüttung zur Ausbildung von lokalen Temperaturmaxima („Hot Spots") kommen, die zu unerwünschten Effekten, wie der Totaloxidation des Ausgangsmaterials oder der Bildung schwer abtrennbarer Nebenprodukte bis hin zu einem limitierten Durchsatz an Ausgangsmaterial führen können.Despite such a temperature control, localized maximum temperatures ("hot spots") can occur in the catalyst bed, which can lead to undesirable effects, such as the total oxidation of the starting material or the formation of by-products which are difficult to separate, up to a limited throughput of starting material.
Zur Vermeidung derartiger Hot Spots ist man in der Praxis dazu übergegangen, Katalysatoren mit unterschiedlicher Aktivität und chemischer Zusammensetzung schichtweise in Lagen übereinander in den Reaktionsrohren anzuordnen, wobei nach dem Stand der Technik in der Regel der Katalysator im Bereich des größten Temperaturmaximums die niedrigste Aktivität aufweist und die in Richtung Gasaustritt folgenden Katalysatorlagen eine erhöhte Aktivität aufweisen.In order to avoid such hot spots one has gone over in practice, catalysts with different activity and chemical composition layer by layer in the reaction tubes to arrange in layers, which according to the prior art usually the catalyst has the lowest activity in the region of the largest temperature maximum and the catalyst layers following in the direction of gas exit have an increased activity.
Hierbei haben sich sogenannte Schalenkatalysatoren bewährt, die im allgemeinen aus einem inerten, nicht porösen Trägermaterial bestehen, auf das wenigstens eine dünne Schicht der katalytisch aktiven Masse schalenförmig aufgetragen ist.In this case, so-called coated catalysts have proven useful, which generally consist of an inert, non-porous carrier material, on which at least one thin layer of the catalytically active material is applied in the form of a dish.
Für die katalytischen Eigenschaften der betreffenden Katalysatoren spielt die Zusammensetzung der katalytisch aktiven Masse eine entscheidende Rolle.For the catalytic properties of the catalysts in question, the composition of the catalytically active material plays a crucial role.
Für die Herstellung von Phthalsäureanhydrid aus o-Xylol und/oder Naphthalin durch Oxidation in der Gasphase mit molekularem Sauerstoff enthaltenden Gasen an einem Festbettkatalysator wurden in der Vergangenheit eine Vielzahl von Katalysatoren vorgeschlagen.For the production of phthalic anhydride from o-xylene and / or naphthalene by oxidation in the gas phase with molecular oxygen-containing gases on a fixed bed catalyst, a large number of catalysts have been proposed in the past.
Nach dem Stand der Technik enthalten praktisch alle industriell verwendeten Phthalsäureanhydrid-Katalysatoren in ihrer katalytisch aktiven Masse die Verbindungen Titandioxid in der Anatas-Modifikation und Vanadiumpentoxid sowie weitere Komponenten beziehungsweise Promotoren in meist geringen Mengen zur Verbesserung der Aktivität, des Umsatzes, der Ausbeute, der Selektivität und der Langzeitstabilität der betreffenden Katalysatoren.According to the prior art, virtually all industrial phthalic anhydride catalysts contain in their catalytically active composition the compounds titanium dioxide in the anatase modification and vanadium pentoxide and other components or promoters in mostly small amounts to improve the activity, the conversion, the yield, the selectivity and the long-term stability of the catalysts in question.
Solche Zusatzstoffe sind zum Beispiel Cäsium, Antimon, Phosphor, Bor, Molybdän, Wolfram, Zinn, Wismut, Silber, Niob, Eisen, Kalium, Rubidium, Chrom und Calcium.Such additives are, for example, cesium, antimony, phosphorus, boron, molybdenum, tungsten, tin, bismuth, silver, niobium, iron, potassium, rubidium, chromium and calcium.
Es besteht somit das Bestreben durch eine gezielte Dotierung mit verschiedenen Stoffen die Leistungsfähigkeit und Stabilität der PSA-Katalysatoren weiter zu steigern. Dies bedeutet, dass im Laufe der Zeit immer kompliziertere Katalysatorrezepturen und Kombinationen von verschiedenen Katalysatoren zur Lösung dieser Probleme entwickelt werden.There is therefore an attempt by a targeted doping with different substances to further increase the performance and stability of the PSA catalysts. This means that, over time, more and more complicated catalyst formulations and combinations of different catalysts are being developed to solve these problems.
Zunehmend werden auch sogenannte „mehrlagige" Katalysatoren verwendet, die sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Zusammensetzung der aktiven Masse hinsichtlich Aktivität und Selektivität unterscheiden. Hierbei werden in der Katalysatorschüttung mehrere, verschiedene Katalysatoren nacheinander in Lagen angeordnet, um je nach Lage im Katalysatorbett verschiedene Aufgaben wahrzunehmen. Dabei geht es im Wesentlichen um die Anforderung, die exotherme Reaktion bei hohen Durchsätzen an Ausgangsstoff, bei gleichzeitig hoher Selektivität und Stabilität des Katalysators, sicher zu beherrschen.Increasingly, so-called "multilayer" catalysts are used, which differ in activity and selectivity due to their different composition of active material Catalyst bed several, different catalysts sequentially arranged in layers to perform different tasks depending on the location in the catalyst bed. This is essentially the requirement to control the exothermic reaction at high throughputs of starting material, while high selectivity and stability of the catalyst, safely.
EP A 21 325 beschreibt Katalysatoren zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid deren aktiven Masse zu 60 bis 99 Gewichts-% aus Titandioxid, 1 bis 40 Gewichts- % Vanadiumpentoxid und, bezogen auf die Gesamtmenge an TiO2 und V2O5 bis zu 2 Gewichts-% Phosphor und bis zu 1 ,5 Gewichts-% Rubidium und/oder Cäsium enthalten, wobei die katalytisch aktive Masse in zwei Schichten auf den Träger aufgebracht ist. Die innere Schicht enthält hierbei 0 bis 2,0 Gewichts-% Phosphor und kein Rubidium und/oder Cäsium und die äußere Schicht 0 bis 0,20 Gewichts-% Phosphor und 0,02 bis 1 ,5 Gewichts-% Rubidium und/oder Cäsium. Die katalytisch aktive Masse dieser Katalysatoren kann außer den genannten Bestandteilen noch weitere Stoffe, zum Beispiel bis zu 10 Gewichts-% eines Oxids der Metalle Molybdän, Wolfram, Niob, Zinn, Silizium, Antimon, Hafnium, enthalten. Als inertes Trägermaterial wird Steatit verwendet.EP A 21 325 describes catalysts for the preparation of phthalic anhydride whose active material comprises 60 to 99% by weight of titanium dioxide, 1 to 40% by weight of vanadium pentoxide and, based on the total amount of TiO 2 and V 2 O 5 up to 2% by weight Phosphorus and up to 1, 5 weight% rubidium and / or cesium, wherein the catalytically active material is applied in two layers on the support. The inner layer contains 0 to 2.0% by weight of phosphorus and no rubidium and / or cesium, and the outer layer contains 0 to 0.20% by weight of phosphorus and 0.02 to 1.5% by weight of rubidium and / or cesium , The catalytically active composition of these catalysts may contain, in addition to the constituents mentioned, further substances, for example up to 10% by weight of an oxide of the metals molybdenum, tungsten, niobium, tin, silicon, antimony, hafnium. As inert carrier material steatite is used.
EP A 286448 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid, bei welchem zwei verschiedenene Katalysatoren mit ähnlichen Gehalt an Titandioxid und Vanadiumpentoxid eingesetzt werden. Sie unterschieden sich im wesentlichen dadurch, dass der eine Katalysator zusätzlich 2 bis 5 Gewichts-% einer Cäsiumverbindung, insbesondere Cäsiumsulfat, jedoch keine Phosphor-, Zinn-, Antimon-, Wismut-, Wolfram- oder Molybdänverbindungen enthält und der zweite Katalysator zusätzlich 0,1 bis 3,0 Gewichts-% einer Phosphor-, Zinn-, Antimon-, Wismut, Wolfram- oder Molybdänverbindung enthält.EP A 286448 describes a process for the preparation of phthalic anhydride, in which two different catalysts are used with similar content of titanium dioxide and vanadium pentoxide. They differ essentially in that one catalyst additionally contains 2 to 5% by weight of a cesium compound, in particular cesium sulfate, but no phosphorus, tin, antimony, bismuth, tungsten or molybdenum compounds, and the second catalyst additionally contains 0, 1 to 3.0% by weight of a phosphorus, tin, antimony, bismuth, tungsten or molybdenum compound.
US 4,864,036 betrifft einen Katalysator zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid, welcher in mehreren Schritten hergestellt wird. Hierbei wird im ersten Schritt eineUS 4,864,036 relates to a catalyst for the production of phthalic anhydride, which is prepared in several steps. Here, in the first step, a
Verbindung eines Metalls der 6. Nebengruppe, vorzugsweise eine Molybdän - oderCompound of a metal of the 6th subgroup, preferably a molybdenum or
Wolframverbindung auf Titandioxid in der Anatas-Modifikation aufgetragen und anschließend kalciniert. Danach wird in einem zweiten Schritt der kalziniertenTungsten compound on titanium dioxide in the anatase modification and then calcined. Thereafter, in a second step, the calcined
Vorstufe eine Vanadiumverbindung zugesetzt und diese Vorstufe nochmals kalziniert. GB 1140264 betrifft einen Oxidationskatalysator für aromatische und nicht aromatische Kohlenwasserstoffe zu Carbonsäuren, der aus einem inerten, nichtporösen Träger und einer 0,02 bis 2 mm dicken Lage aktiver Masse besteht, welche wiederum aus 1 bis 15% V2O5 und 85 bis 99% Titandioxid besteht, wobei der Vanadium-Gehalt des Gesamtkatalysators im Bereich von 0,05 bis 3% liegt. Es wird ein Katalysator beschrieben, bei dem die aktive Masse neben Titandioxid und Vanadiumpentoxid zusätzlich 0,1 bis 3 Gewichts-% mindestens eines Metalloxides aus der Gruppe von Silber, Eisen, Cobalt, Nickel, Chrom, Molybdän oder Wolfram enthält.Added a vanadium compound precursor and this precursor calcined again. GB 1140264 relates to an oxidation catalyst for aromatic and non-aromatic hydrocarbons to carboxylic acids, which consists of an inert, nonporous support and a 0.02 to 2 mm thick layer of active material, which in turn from 1 to 15% V 2 O 5 and 85 to 99 % Titanium dioxide, wherein the vanadium content of the total catalyst is in the range of 0.05 to 3%. It describes a catalyst in which the active material in addition to titanium dioxide and vanadium pentoxide additionally contains 0.1 to 3% by weight of at least one metal oxide from the group of silver, iron, cobalt, nickel, chromium, molybdenum or tungsten.
Die EP 0447 267 beschreibt einen Katalysator zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid der als katalytisch aktive Masse folgendes umfasst: (A) 1 bis 20 Gewichts-% V2O5 und 99 bis 80 Gewichts-% eine Titandioxids in der Anatas- Modifkation mit einer BET-Oberfläche von 10 bis 60nτ7g und (B), bezogen auf 100 Gewichtsanteile dieser Mischung (A), 0,05 bis 1 ,2 Gewichtsanteile mindestens eines Elementes aus der Gruppe K, Cs, Rb und Tl als Oxid und 0,05 bis 2 Gewichtsanteile Silber, berechnet als Silberoxid.EP 0 447 267 describes a catalyst for the preparation of phthalic anhydride which comprises as catalytically active composition: (A) 1 to 20% by weight of V 2 O 5 and 99 to 80% by weight of a titanium dioxide in the anatase modification with a BET Surface of 10 to 60nτ7g and (B), based on 100 parts by weight of this mixture (A), 0.05 to 1, 2 parts by weight of at least one element from the group K, Cs, Rb and Tl as oxide and 0.05 to 2 parts by weight Silver, calculated as silver oxide.
EP 0522 871 B1 betrifft einen Katalysator, der neben Titandioxid und Vanadiumpentoxid noch 0,01 bis 1 Gewichts-% Niob als Niobpentoxid, 0,05 bis 2 Gewichts-% mindestens ein Elementes aus der Gruppe Kalium, Cäsium, Rubidium oder Thallium als Oxid, 0,2 bis 1 ,2 Gewichts-% Phosphor als P2O5, und 0,55 bis 5,5 Gewichts-% Antimonoxid und 0,05 bis 2 Gewichts-% Silber als Ag2O enthält, wobei eine fünfwertige Antimonverbindung als Quelle für das Antimon verwendet wird.EP 0522 871 B1 relates to a catalyst which, in addition to titanium dioxide and vanadium pentoxide, also contains 0.01 to 1% by weight of niobium as niobium pentoxide, 0.05 to 2% by weight of at least one element selected from potassium, cesium, rubidium or thallium as oxide, 0.2 to 1.2% by weight of phosphorus as P2O5, and 0.55 to 5.5% by weight of antimony oxide and 0.05 to 2% by weight of silver as Ag2O, using a pentavalent antimony compound as the source of the antimony becomes.
CN1108996 betrifft einen Katalysator mit zwei Lagen auf Basis TitandioxidΛ/2O5 der zusätzlich mindestens eine Seltene Erde Verbindung und mindestens ein Oxid der Elemente Antimon, Phosphor, Zink und Silber enthält, wobei die näher am Gaseintritt liegende Lage zusätzlich noch mindestens eine Alkalimetallverbindung enthältCN1108996 relates to a catalyst with two layers based on titanium dioxide / 2O5 which additionally contains at least one rare earth compound and at least one oxide of the elements antimony, phosphorus, zinc and silver, wherein the layer closer to the gas inlet additionally contains at least one alkali metal compound
Silber-Vanadiumoxid-Verbindungen mit einem atomaren Verhältnis Ag: V < 1 sind als Silberbronzen bekannt. Die Verwendung von Silber-Vanadiumbronzen als Oxidationskatalysator ist in der Literatur allgemein bekannt.Silver-vanadium oxide compounds with an atomic ratio Ag: V <1 are known as silver bronzes. The use of silver vanadium bronzes as the oxidation catalyst is well known in the literature.
DE 198 51 786 A1 beschreibt ein Multimetalloxid der allgemeinen Formel Ag3. bMbV2Ox * c H2O, wobei a einen Wert von 0,3 bis 1 ,9 hat, M ein Metall ausgewählt aus der Gruppe Li, Na, K, Rb1 Cs Tl, Mg, Ca, Sr, Ba, Cu, Zn, Cd, Pb, Cr, Au, AI, Fe, Co, Ni und/oder Mo ist und b einen Wert von 0 bis 0,5 hat, wobei a-b gleich oder größer 0,1 ist. Es wird die Verwendung der betreffenden Multimetalloxide als Vorläuferverbindung zur Herstellung von Präkatalysatoren und Katalysatoren für die Gasphasenoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen beschrieben.DE 198 51 786 A1 describes a multimetal oxide of the general formula Ag 3 . b M b V 2 O x * c H 2 O, where a has a value of 0.3 to 1, 9, M selects a metal from the group Li, Na, K, Rb 1 Cs Tl, Mg, Ca, Sr, Ba, Cu, Zn, Cd, Pb, Cr, Au, Al, Fe, Co, Ni and / or Mo and b is a value from 0 to 0.5, with equal to or greater than 0.1. The use of the relevant multimetal oxides as precursor compounds for the preparation of precatalysts and catalysts for the gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons is described.
In WO 2005/092496 A1 wird schließlich ein Katalysator zur Herstellung von Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden beschrieben, dessen aktive Masse eine Phase A und eine Phase B enthält in Form dreidimensional ausgedehnter abgegrenzter Bereiche, wobei die Phase A eine Silber- Vanadiumoxid- Bronze und die Phase B eine Mischelementoxidphase auf Basis von Titandioxid und Vanadiumpentoxid ist. Das molare Verhältnis von Ag:V in der Phase A liegt bei 0,15 bis 0,95.Finally, WO 2005/092496 A1 describes a catalyst for the preparation of aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides whose active composition comprises a phase A and a phase B in the form of three-dimensionally extended delimited regions, the phase A being a silver vanadium oxide bronze and Phase B is a mixed element oxide phase based on titania and vanadium pentoxide. The molar ratio of Ag: V in phase A is 0.15 to 0.95.
Die oben beschriebenen, im Stand der Technik bekannten Katalysatoren mit unterschiedlichster Zusammensetzung der aktiven Masse erreichen entweder nicht zufrieden stellende Selektivitäten, Ausbeuten oder Aktivitäten oder weisen eine zu geringe Standzeit auf oder aber deren industrielle Herstellung ist mit einem enormen Aufwand beziehungsweise Kosten verbunden.The above-described, known in the prior art catalysts with different composition of the active material either reach unsatisfactory selectivities, yields or activities or have too short a lifetime or their industrial production is associated with a huge effort or cost.
Es besteht daher ein kontinuierlicher Bedarf an Katalysatoren mit weiter verbesserter Selektivität und Ausbeute bei gleichzeitig hohem Rohstoffdurchsatz und langer Standzeit, welche industriell in einem akzeptablen Kosten-Nutzen-Verhältnis hergestellt werden können.There is therefore a continuing need for catalysts with further improved selectivity and yield combined with high raw material throughput and long service life, which can be produced industrially in an acceptable cost-benefit ratio.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Katalysator für die Gasphasenoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden, insbesondere zu Phthalsäureanhydrid zu entwickeln, der bei hohem Rohstoffdurchsatz eine verbesserte Selektivität bei gleichzeitig langer Standzeit ergibt. Weiter soll der technische und wirtschaftliche Aufwand für die großtechnische Herstellung des Katalysators so gering wie möglich gehalten werden.The present invention is therefore based on the object to develop an improved catalyst for the gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides, in particular to phthalic anhydride, which results in high raw material throughput improved selectivity and long service life. Next, the technical and economic costs for the large-scale production of the catalyst should be kept as low as possible.
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche, deren Offenbarungsgehalt ausdrücklich mit in diese Beschreibung aufgenommen ist. Gemäß Anspruch 1 ist ein Katalysator für die katalytische Gasphasenoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden, insbesondere zu Phthalsäureanhydrid, beansprucht, bei dem die aktive Masse Vanadiumoxid, bevorzugt Vanadiumpentoxid, Titandioxid, bevorzugt in der Anatas-Modifikation, und mindestens ein Mischelementoxid des Silbers mit definierten Elementen, bevorzugt Vanadium und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Niob und/oder Antimon, und/oder ein Mischelementoxid des Vanadiums mit definierten Elementen, bevorzugt Wismut und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Antimon und/oder Niob, aufweist. Bei der Herstellung des Katalysators, insbesondere bei der Herstellung einer Katalysatorsuspension oder eines für die Beschichtung eines Trägers benötigten Pulvergemisches, ist mindestens ein Mischelementoxid des Silbers und/oder des Vanadiums und/oder mindestens eine Vorläuferverbindung, insbesondere mindestens eine mehrkernige Vorläuferverbindung, mindestens eines Mischelementoxides des Silbers und/oder des Vanadiums ais Rohstoffquelle eingesetzt.This object is achieved with the features of claim 1. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims, the disclosure content of which is expressly included in this description. According to claim 1, a catalyst for the catalytic gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides, in particular to phthalic anhydride, claimed in which the active composition vanadium oxide, preferably vanadium pentoxide, titanium dioxide, preferably in the anatase modification, and at least one Mixed element oxide of silver with defined elements, preferably vanadium and / or molybdenum and / or tungsten and / or niobium and / or antimony, and / or a mixed element oxide of vanadium with defined elements, preferably bismuth and / or molybdenum and / or tungsten and / or Antimony and / or niobium. In the preparation of the catalyst, in particular in the preparation of a catalyst suspension or a powder mixture required for the coating of a carrier, at least one mixed element oxide of silver and / or vanadium and / or at least one precursor compound, in particular at least one polynuclear precursor compound, at least one Mischelementoxides of Silver and / or vanadium used as a source of raw materials.
Es wurde überraschend gefunden dass die Verwendung von Mischelementoxiden, bevorzugt von Mischmetalloxiden, des Silbers mit zum Beispiel Vanadium, Molybdän, Wolfram, Niob und/oder Antimon, und/oder die Verwendung von Mischelementoxiden, bevorzugt von Mischmetalloxiden, des Vanadiums mit zum Beispiel Wismut, Molybdän, Wolfram, Niob und/oder Antimon, oder deren Vorläuferverbindungen als Rohstoffquelle bei Herstellung der Katalysatorsuspension oder bei der Herstellung eines für den Beschichtungsprozess verwendeten Pulvergemisches und/oder als Bestandteil der aktiven Masse der Katalysatoren neben den Komponenten Titandioxid und Vanadiumoxid eine deutliche Steigerung der Selektivität nach sich zieht.It has surprisingly been found that the use of mixed element oxides, preferably of mixed metal oxides, of silver with, for example, vanadium, molybdenum, tungsten, niobium and / or antimony, and / or the use of mixed element oxides, preferably of mixed metal oxides, of vanadium with, for example, bismuth, Molybdenum, tungsten, niobium and / or antimony, or their precursor compounds as a raw material source in the preparation of the catalyst suspension or in the preparation of a powder mixture used for the coating process and / or as part of the active material of the catalysts in addition to the components titanium dioxide and vanadium oxide, a significant increase in the selectivity pulls.
Die Ursache hierfür ist nicht eindeutig geklärt, jedoch liegt die Vermutung nahe, dass die Interaktion des Silbers mit den anderen katalytisch aktiven Bestandteilen wie etwa der TitandioxidΛ/anadiumoxid-Monolayer wesentlich wirkungsvoller ist und deshalb die eigentliche Promotorwirkung des Silbers (die Unterdrückung der Totaloxidation vom organischen Rohstoff zu Kohlenoxiden) besser zum Tragen kommt.The reason for this is not clear, but it seems likely that the interaction of the silver with the other catalytically active components such as the titanium dioxide / anadium oxide monolayer is much more effective and therefore the actual promoter action of the silver (the suppression of total oxidation of the organic Raw material to carbon oxides) comes to fruition.
In der Technik ist die Verwendung von Silber als Bestandteil der aktiven Masse vielfach beschrieben. Hierbei wurden als Rohstoffquelle des Silbers zur Herstellung der Katalysatorsuspension neben Silberoxid auch entsprechende Salze wie Silbernitrat, Silbersulfat, Silberhalogenide, Silbersulfid, Silberphosphat, Silbersalze von organischen Säuren, Silberhydroxid, Ammoniumsalze des Silbers und Aminkomplexe des Silbers eingesetzt. Die meisten dieser Rohstoffquellen werden beim Aufheizen des Katalysators im Reaktor einkerniges in Silberoxid umgewandelt und liegen somit in der aktiven Masse als Silberoxid vor, während zum Beispiel Silberphosphate und Silberhalogenide unverändert in der aktiven Masse vorliegen und bei der thermischen Behandlung nicht in Silberoxid umgewandelt werden.In the art, the use of silver as a constituent of the active material has been described many times. Here were used as raw material source of silver for the production the catalyst suspension used in addition to silver oxide and corresponding salts such as silver nitrate, silver sulfate, silver halides, silver sulfide, silver phosphate, silver salts of organic acids, silver hydroxide, ammonium salts of silver and amine complexes of silver. Most of these sources are mononuclear converted into silver oxide upon heating of the catalyst in the reactor and are thus present in the active mass as silver oxide, while, for example, silver phosphates and silver halides are present in the active mass unchanged and are not converted to silver oxide during the thermal treatment.
Ein wesentlicher Aspekt der erfindungsgemäßen Katalysatoren ist, dass herkömmliche Katalysatoren die mindestens Titandioxid und Vanadiumoxid in der aktiven Masse enthalten, als zusätzliche Dotierstoffe Mischelementoxide des Silbers mit Vanadium und/oder anderen definierten Elementen und/oder Mischelementoxide des Vanadiums mit anderen definierten Elementen enthalten, wobei bereits mindestens ein Mischelementoxid des Silbers und/oder des Vanadiums und/oder eine entsprechende Vorläuferverbindung wenigstens einer dieser Mischelementverbindungen bei der Herstellung der Katalysatorsuspension oder bei der Herstellung eines für die Beschichtung des Trägers verwendeten Pulvergemisches zugesetzt wird.An essential aspect of the catalysts according to the invention is that conventional catalysts which contain at least titanium dioxide and vanadium oxide in the active composition contain as additional dopants mixed element oxides of silver with vanadium and / or other defined elements and / or mixed element oxides of vanadium with other defined elements at least one mixed element oxide of silver and / or vanadium and / or a corresponding precursor compound is added to at least one of these mixing element compounds in the preparation of the catalyst suspension or in the preparation of a powder mixture used for the coating of the carrier.
Die Erfindung betrifft außerdem ausdrücklich auch ein Verfahren zur Herstellung der eben beschriebenen erfindungsgemäßen Katalysatoren, bei dem man eine Katalysatorsuspension oder eine Mischung der verschiedenen Komponenten herstellt, die mindestens Titandioxid in der Anatas-Modifikation und eine Vanadiumverbindung und mindestens ein Mischelementoxid des Silbers und/oder des Vanadiums mit definierten Elementen oder eine entsprechende Vorläuferverbindung wenigstens eines dieser Mischelementoxide als Rohstoffquelle enthält.The invention also expressly also relates to a process for the preparation of the catalysts according to the invention just described, comprising preparing a catalyst suspension or a mixture of the various components containing at least titanium dioxide in the anatase modification and a vanadium compound and at least one mixed element oxide of the silver and / or Vanadiums with defined elements or a corresponding precursor compound contains at least one of these mixed element oxides as a raw material source.
Alle Komponenten werden vorteilhaft im wässrigen Medium miteinander vermengt und anschließend durch ein Sprühverfahren (bevorzugt Wirbelbett- oder Trommelverfahren) auf einen keramischen Träger aufgebracht. Die Mischelementoxidphase des Silbers und/oder des Vanadiums oder deren Mischelementoxid-Vorläuferverbindungen werden hierbei vorteilhaft direkt der Katalysatorsuspension mit den Hauptbestandteilen Titandioxid und Vanadiumoxid sowie weiteren Promotoren zugesetzt und liegen im Allgemeinen nicht als räumlich δ getrennte Phasen zu einer Phase bestehend aus Titandioxid und Vanadiumoxid vor. Somit bilden alle Bestandteile der Katalysatorsuspension eine einheitliche Phase, die neben den Komponenten Titandioxid und Vanadiumoxid auch die betreffenden Mischelementoxide und gegebenenfalls weitere Komponenten enthält.All components are advantageously mixed together in an aqueous medium and then applied by a spray process (preferably fluidized bed or drum method) on a ceramic support. The Mischelementoxidphase of silver and / or vanadium or their Mischelementoxid precursor compounds are advantageously added directly to the catalyst suspension with the main constituents of titanium dioxide and vanadium oxide and other promoters and are generally not spatially δ separate phases to a phase consisting of titanium dioxide and vanadium oxide before. Thus, all constituents of the catalyst suspension form a uniform phase which, in addition to the components titanium dioxide and vanadium oxide, also contains the relevant mixed element oxides and optionally further components.
Es sind aber auch Systeme denkbar, bei der nacheinander verschiedene Schichten mit verschiedener chemischer Zusammensetzung auf den inerten Träger aufgebracht werden und wobei mindestens eine Schicht wenigstens ein Mischelementoxid des Silbers und/oder des Vanadiums mit definierten Elementen enthält. Hierbei können die einzelnen Coating-Schichten eines erfindungsgemäßen Katalysators auch aus einer Kombination von erfindungsgemäßen und nicht erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bestehen.However, systems are also conceivable in which successively different layers of different chemical composition are applied to the inert support and wherein at least one layer contains at least one mixed element oxide of silver and / or vanadium with defined elements. In this case, the individual coating layers of a catalyst according to the invention may also consist of a combination of compositions according to the invention and not of the invention.
Ebenso können die betreffenden Mischelementoxide auch allein oder in Kombination mit anderen Verbindungen in einer oder mehreren Coating-Schicht(en) verwendet werden, die kein Titandioxid und/oder Vanadiumoxid in der Aktiven Masse enthalten.Likewise, the respective mixed element oxides may also be used alone or in combination with other compounds in one or more coating layers which do not contain titanium dioxide and / or vanadium oxide in the active composition.
Erfindungsgemäß lassen sich somit Katalysatoren beziehungsweise Vorstufen zur Erzeugung und Herstellung von Katalysatoren für die Gasphasenpartialoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen mit einem molaren Sauerstoff enthaltenden Gas realisieren, die aus einem inerten, nicht porösen Trägermaterial und einer oder mehrerer darauf schalenförmig aufgebrachten Schicht(en) aufgebaut sind, wobei mindestens eine dieser Schichten 0,01 bis 15 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht dieser Schichten, eines oder mehrere der vorstehend erwähnten Mischelementoxide oder deren Vorläuferverbindungen enthalten.According to the invention, catalysts or precursors for the production and preparation of catalysts for the gas phase partial oxidation of aromatic hydrocarbons can thus be realized with a gas containing molar oxygen, which are composed of an inert, non-porous support material and one or more layers (s) applied thereon, wherein at least one of these layers contains 0.01 to 15% by weight, based on the total weight of these layers, of one or more of the above-mentioned mixed element oxides or their precursor compounds.
Außerdem wird eine konkrete Verfahrensführung zur Herstellung von Carbonsäuren und oder Carbonsäureanhydriden durch die partielle Oxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen in der Gasphase mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas bei erhöhter Temperatur an einem Katalysator, dessen aktive Masse auf einem inerten Trägermaterial schalenförmig aufgebracht ist, beansprucht, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man einen Schalenkatalysator, dessen katalytisch aktive Masse, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, 0,01 bis 15 Gewichts-% eines Mischelementoxids des Silbers mit Vanadium und/oder eines Mischelementoxids des Silbers mit anderen definierten Elementen und/oder 0,01 bis 10 Gewichts-% eines Mischelementoxids des Vanadiums mit Wismut und/oder eines Mischelementoxids des Vanadiums mit anderen definierten Elementen und gleichzeitig Titandioxid in der Anatas-Modifikation und eine Vanadiumverbindung (bevorzugt V2O5) enthält, wobei die Mischelementoxid-Verbindung(en) oder deren Vorläuferverbindung(en) bereits zur Herstellung der Katalysatorsuspension und/oder der Pulvermischung, aus welcher die aktive Masse nach Beschichtung des Trägers durch thermische Behandlung gebildet wird, verwendet wird beziehungsweise werden.In addition, a concrete process procedure for the production of carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides by the partial oxidation of aromatic hydrocarbons in the gas phase with a molecular oxygen-containing gas at elevated temperature on a catalyst whose active mass is applied shell-shaped on an inert carrier claimed that characterized in that a shell catalyst whose catalytically active composition, based on their total weight, 0.01 to 15% by weight of a Mischelementoxids of silver with vanadium and / or a Mischelementoxids of silver with other defined elements and / or 0.01 to 10% by weight of a mixed element oxide of vanadium with bismuth and / or a Mixed element oxide of vanadium with other defined elements and simultaneously titanium dioxide in the anatase modification and a vanadium compound (preferably V2O5), wherein the mixed element oxide compound (s) or their precursor compound (s) already for the preparation of the catalyst suspension and / or the powder mixture, from which the active composition is formed after coating the support by thermal treatment is or will be used.
Hierbei kann wenigstens ein nicht erfindungsgemäßer Schalenkatalysator, der in seiner aktiven Masse als wesentliche Bestandteile Vanadiumoxid, insbesondereHere, at least one non-inventive coated catalyst, the vanadium oxide in its active material as essential constituents, in particular
Vanadiumpentoxid, und Titandioxid, insbesondere in der Anatas-Modifikation, aber keines der nachstehend genannte Mischelementoxide oder derenVanadium pentoxide, and titanium dioxide, especially in the anatase modification, but none of the below-mentioned mixed element oxides or their
Vorläuferverbindungen enthält, bei der Oxidation von aromatischenContains precursor compounds in the oxidation of aromatic
Kohlenwasserstoffen zu Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden an- oder abwesend sein und in einer kombinierten Schüttung (das heißt in einer ein- oder mehrlagigen Mischung) zusammen mit einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Katalysatoren eingesetzt werden.Hydrocarbons to carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides or absent and be used in a combined bed (that is, in a single or multi-layered mixture) together with one or more of the inventive catalysts described above.
Vorzugsweise leitet man hierzu den gasförmigen Strom über ein Bett von mindestens zwei Lagen von Katalysatoren, wobei der näher zum Gaseintritt gelegene Katalysator einen erfindungsgemäßen Katalysator enthält und das Bett des stromabwärts gelegenen Katalysators wenigstens einen Katalysator enthält, dessen katalytisch aktive Masse Vanadiumoxid und ein Titandioxid in der Anatas- Modifikation enthält, aber kein Mischelementoxid des Silbers mit Elementen wie zum Beispiel Vanadium, Molybdän, Wolfram, Niob, Antimon und/oder auch kein Mischelementoxid des Vanadiums mit Elementen wie zum Beispiel Wismut, Molybdän, Wolfram, Niob, Antimon.For this purpose, the gaseous stream is preferably passed over a bed of at least two layers of catalysts, wherein the catalyst located closer to the gas inlet contains a catalyst according to the invention and the bed of the downstream catalyst contains at least one catalyst whose catalytically active material comprises vanadium oxide and a titanium dioxide in the Anatase modification contains, but no mixed element oxide of the silver with elements such as vanadium, molybdenum, tungsten, niobium, antimony and / or no mixed element oxide of vanadium with elements such as bismuth, molybdenum, tungsten, niobium, antimony.
Es können jedoch auch Katalysatorschüttungen bestehend aus mindestens zwei Lagen verwendet werden, wobei alle Katalysatorlagen erfindungsgemäße Katalysatoren enthalten. Hierbei können sich die verwendeten erfindungsgemäßen Katalysatoren durch Art and Menge der betreffenden Mischelementoxide in der Aktiven Masse unterscheiden,However, catalyst beds consisting of at least two layers may also be used, all catalyst layers containing catalysts according to the invention. In this case, the catalysts used according to the invention can differ by the type and amount of the respective mixed element oxides in the active composition,
Bevorzugt soll wenigstens ein Teil, besonders bevorzugt alle im Katalysatorbett verwendeten Katalysatorlagen einschließlich der erfindungsgemäßen Katalysatoren eine katalytisch aktive Masse aufweisen, die 1 bis 40 Gewichts-% Vanadiumoxid (berechnet als V2O5), 50 bis 99 Gewichts-% Titandioxid (berechnet als TiO2), bis zu 1 Gewichts-% einer Alkalimetallverbindung (bevorzugt eine Cäsiumverbindung, gerechnet als Alkalimetall), bis zu 1,5 Gewichts-% einer Phosphorverbindung (berechnet als P) und bis zu 10 Gewichts-% einer Antimonverbindung (berechnet als Sb2O3) enthält.Preferably, at least one part, particularly preferably all catalyst layers used in the catalyst bed, including the catalysts according to the invention having a catalytically active composition comprising 1 to 40% by weight of vanadium oxide (calculated as V 2 O 5 ), 50 to 99% by weight of titanium dioxide (calculated as TiO 2 ), up to 1% by weight of an alkali metal compound (preferably a cesium compound, calculated as alkali metal), up to 1.5% by weight of a phosphorus compound (calculated as P) and up to 10% by weight of an antimony compound (calculated as Sb 2 O 3 ).
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung enthalten die erfindungsgemäßen Katalysatoren bevorzugt 0,01 bis 15 Gewichts-% wenigstens eines Mischelementoxids des Silbers mit wenigstens einem Element aus der Gruppe Vanadium, Niob, Tantal, Titan, Zirkonium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Cer, Lanthan, Aluminium, Bor, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Gold, Cadmium, Zinn, Blei, Wismut, Antimon, Arsen, Hafnium, Rhenium, Ruthenium, Rhodium und Palladium, und/oder bevorzugt 0,01 bis 10 Gewichts-% wenigstens eines Mischelementoxids des Vanadiums mit wenigstens einem Element aus der Gruppe Wismut, Antimon, Niob, Tantal, Titan, Zirkonium, Chrom, Molybdän, Wolfram, Cer, Lanthan, Aluminium, Bor, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Gold, Cadmium, Zinn, Blei, Arsen, Hafnium, Rhenium, Ruthenium, Rhodium und Palladium.According to a particularly advantageous embodiment, the catalysts according to the invention preferably contain 0.01 to 15% by weight of at least one mixed element oxide of silver with at least one element from the group vanadium, niobium, tantalum, titanium, zirconium, chromium, molybdenum, tungsten, cerium, lanthanum, Aluminum, boron, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gold, cadmium, tin, lead, bismuth, antimony, arsenic, hafnium, rhenium, ruthenium, rhodium and palladium, and / or preferably 0.01 to 10 weight % of at least one mixed element oxide of vanadium with at least one of bismuth, antimony, niobium, tantalum, titanium, zirconium, chromium, molybdenum, tungsten, cerium, lanthanum, aluminum, boron, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, Zinc, gold, cadmium, tin, lead, arsenic, hafnium, rhenium, ruthenium, rhodium and palladium.
Der Gehalt an Mischelementoxiden des Silbers mit definierten Elementen, insbesondere mit zum Beispiel Vanadium und/oder Wolfram und/oder Molybdän und/oder Niob und/oder Antimon, in der aktiven Masse von Katalysatoren liegt in einer bevorzugten Ausführungsform in einem Bereich von 0,01 bis 15 % Gewichts- %, in einer weiter bevorzugten Ausführungsform in einem Bereich von 0,01 bis 10 Gewichts-% und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform in einem Bereich von 0,01 bis 5 Gewichts-%. Der Gehalt an Mischelementoxiden des Vanadiums mit definierten Elementen (ausgenommen Silber, siehe vorherige Angaben bezüglich eines Mischelementoxides des Silbers mit Vanadium), insbesondere mit zum Beispiel Wolfram und/oder Molybdän und/oder Niob und/oder Antimon, in der aktiven Masse von Katalysatoren liegt in einer bevorzugten Ausführungsform in einem Bereich von 0,01 bis 10 % Gewichts-% und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform in einem Bereich von 0,01 bis 5 Gewichts-%.The content of mixed element oxides of silver with defined elements, in particular with, for example, vanadium and / or tungsten and / or molybdenum and / or niobium and / or antimony, in the active mass of catalysts in a preferred embodiment is in a range of 0.01 to 15% by weight, in a further preferred embodiment in a range of 0.01 to 10% by weight and in a particularly preferred embodiment in a range of 0.01 to 5% by weight. The content of mixed element oxides of vanadium with defined elements (except silver, see previous details regarding a mixed element oxide of silver with vanadium), in particular with, for example, tungsten and / or molybdenum and / or niobium and / or antimony, is in the active mass of catalysts in a preferred embodiment in a range of 0.01 to 10% by weight and in a particularly preferred embodiment in a range of 0.01 to 5% by weight.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in einer ersten, am nächsten zum Gaseintritt gelegenen Katalysatorlage ein erfindungsgemäßer Katalysator verwendet, wobei es sich gleichzeitig um die Lage mit dem höchsten Hot Spot handelt. In Richtung Gasaustritt wird mindestens eine weitere Katalysatorlage angeschlossen, die im Allgemeinen eine höhere Aktivität als die erste Katalysatorlage aufweist und wobei es sich im Allgemeinen um einen dem Stand der Technik entsprechenden Katalysator handelt. Der erfindungsgemäße Katalysator enthält hierbei mindestens ein Mischelementoxid des Silbers, bevorzugt Silbervanadat, und bevorzugt ein Mischelementoxid des Vanadiums, bevorzugt Wismutvanadat.In a preferred embodiment, a catalyst according to the invention is used in a first catalyst layer located closest to the gas inlet, which is also the location with the highest hot spot. In the direction of gas outlet at least one further catalyst layer is connected, which generally has a higher activity than the first catalyst layer and which is generally a catalyst according to the prior art. The catalyst according to the invention in this case contains at least one mixed element oxide of silver, preferably silver vanadate, and preferably a mixed element oxide of vanadium, preferably bismuth vanadate.
Es hat sich ebenfalls als vorteilhaft erwiesen, wenn bei einem mehrlagigen Katalysatorsystem mit mindestens einer der Hot Spot Katalysatorlage in RichtungIt has also proved to be advantageous if in a multilayer catalyst system with at least one of the hot spot catalyst layer in the direction
Gaseintritt vorgelagerten Lage, mindestens eine der Katalysatorlagen vomGas inlet upstream layer, at least one of the catalyst layers of
Gaseintritt bis einschließlich der Lage mit dem höchsten Hot Spot einen erfindungsgemäßen Katalysator enthält und für nachfolgenden Lagen herkömmliche, dem Stand der Technik entsprechende Katalysatoren verwendet werden und/oder erfindungsgemäße Katalysatoren mit einem reduzierten Gehalt an den beanspruchten Mischelementoxiden in der aktiven Masse verwendet werden.Gas inlet up to and including the location with the highest hot spot containing a catalyst according to the invention and for subsequent layers conventional, prior art catalysts are used and / or catalysts of the invention are used with a reduced content of the claimed mixed element oxides in the active material.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform enthält wenigstens eine der Katalysatorlagen, die sich vor der Lage mit dem höchsten Hot Spot befindet ein Mischelementoxid des Silbers, bevorzugt ein Mischelementoxid des Silbers mit Molybdän und/oder Wolfram und besonders bevorzugt ein Mischelementoxid des Silbers mit Vanadium, während die Lage mit dem höchsten Hot Spot und die danach stromabwärts gelegenen Lagen kein Mischelementoxid des Silbers enthalten. Die Lage mit dem höchsten Hot Spot enthält hierbei vorteilhaft ein Mischelementoxid des Vanadiums mit Wismut. Die in Richtung Gasaustritt der Hot Spot Katalysatorlage nachfolgenden Katalysatorlagen entsprechen bevorzugt dem Stand der Technik und enthalten im Allgemeinen keine erfindungsgemäßen Katalysatoren.In another particularly preferred embodiment, at least one of the catalyst layers located in front of the highest hotspot layer contains a mixed element oxide of silver, preferably a mixed element oxide of silver with molybdenum and / or tungsten, and more preferably a mixed element oxide of silver with vanadium the layer with the highest hot spot and the layers downstream therefrom do not contain mixed element oxide of the silver. The layer with the highest hot spot advantageously contains a mixed element oxide of the vanadium with bismuth. The catalyst layers following in the direction of the gas outlet of the hot spot catalyst layer preferably correspond to the prior art and generally do not contain catalysts according to the invention.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Katalysators werden die Verbindungen AgVOß und/oder Ag2MoO4 und/oder Ag2WO4 und/oder BiVO4 bei der Herstellung der Katalysatorsuspension eingesetzt und/oder sind in der aktiven Masse der Katalysatoren enthalten.In a particularly preferred embodiment of the catalyst, the compounds AgVOß and / or Ag 2 MoO 4 and / or Ag 2 WO 4 and / or BiVO 4 are used in the preparation of the catalyst suspension and / or are contained in the active material of the catalysts.
Hierbei ist es von Bedeutung, den Gehalt an den als „Promotoren" wirkenden Mischelementoxiden weder zu klein noch zu groß zu wählen. Ist der Gehalt anIt is important to choose the content of the mixed element oxides acting as "promoters" neither too small nor too large
Mischelementoxiden des Silbers zu klein, kommt die selektivitätssteigernde Wirkung nicht vollständig zum tragen, während bei zu großem Gehalt an Mischelementoxiden des Silbers eine erhöhte Aktivität zu beobachten ist, was zu einer erniedrigten Selektivität aufgrund einer erhöhten Totaloxidation zu CO und CO2 führt.Mischelementoxiden of silver too small, comes the selectivity-enhancing effect not fully bear, while too much content of Mischelementoxiden of silver increased activity is observed, which leads to a reduced selectivity due to increased total oxidation to CO and CO 2 .
Weiterhin ist es vorteilhaft die erfindungsgemäßen Katalysatoren insbesondere in den näher zum Gaseintritt gelegenen Katalysatorlagen bis einschließlich zu der Lage mit dem höchsten Hot Spot zu verwenden, da sonst die volle selektivitätssteigernde Wirkung nicht mehr erreicht werden kann, da schon ein wesentlicher Teil des Rohstoffs umgesetzt wurde.Furthermore, it is advantageous to use the catalysts according to the invention in particular in the catalyst layers located closer to the gas inlet up to and including the position with the highest hot spot, since otherwise the full selectivity-increasing effect can no longer be achieved since a substantial part of the raw material has already been converted.
Ein zu hoher Gehalt an Mischelementoxiden des Wismuts wirkt sich ebenfalls negativ auf die Selektivität des Katalysators auf und zugleich kann es zu einer vermehrten Bildung von Nebenprodukten kommen, die eine schlechtere Farbstabilität des gewünschten Produktes Phthalsäureanhydrid bewirken. Ein zu geringer Anteil an Mischelementoxiden des Wismuts führt dagegen zu keiner signifikanten Erhöhung der Selektivität.Too high a content of mixed element oxides of bismuth also has a negative effect on the selectivity of the catalyst and at the same time it can lead to an increased formation of by-products which cause a poorer color stability of the desired product phthalic anhydride. On the other hand, too low a proportion of mixed element oxides of bismuth leads to no significant increase in the selectivity.
Durch die Kombination von mindestens zwei, aber besonders vorteilhaft, von mehreren Katalystorlagen in einer Schüttung, von denen mindestens eine Katalysatorlage einen erfindungsgemäßen Katalysator enthält, lässt sich insgesamt eine deutlich höhere Ausbeute erzielen als dies bei alleiniger Verwendung von mehrlagigen Katalysatorsystemen mit nicht erfindungsgemäßen Katalysatoren der Fall ist.By combining at least two, but particularly advantageous, of several catalyst layers in one bed, of which at least one catalyst layer contains a catalyst according to the invention, a significantly higher overall yield can be achieved than with the sole use of multilayer catalyst systems with catalysts not according to the invention is.
Hierbei nimmt nach dem Stand der Technik in vielen Fällen die Katalysatoraktivität von der ersten, am Gaseintritt verwendeten Katalysatorlage bis zur letzten, am nächsten zum Gaustritt liegenden Lage schrittweise zu. Die Aktivitätseinstellung kann durch verschiedene dem Fachmann geläufige Methoden erfolgen. 'Beispielsweise erfolgt eine Erhöhung der Katalysatoraktivität in den Lagen vom Gaseintritt bis zum Gassaustritt durch eine schrittweise Reduktion des Alkalimetall- Gehaltes in der aktiven Masse, einer Erhöhung der durchschnittlichen BET- Oberfläche des verwendeten Titandioxids oder auch einer Erhöhung des Aktivmassenanteils am Gesamtgewicht des Katalysators. Es kann auch eine Kombination von verschiedenen Maßnahmen zur Aktivitätseinstellung verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Katalysatoren enthalten vorteilhaft in der aktiven Masse mindestens eine Sorte Titandioxid in der Anatasmodifikation, mindestens eine Verbindung des Vanadiums (bevorzugt V2O5), mindestens ein Mischelementoxid des Silbers und/oder des Vanadiums und gegebenenfalls eine Verbindung des Antimons, eine Verbindung eines Alkalielements und/oder eine Phosphorverbindung.In this case, according to the state of the art, in many cases the catalyst activity gradually increases from the first catalyst layer used at the gas inlet to the last layer closest to the Gaustritt. The activity adjustment can be carried out by various methods familiar to the person skilled in the art. For example, an increase in the catalyst activity in the layers from the gas inlet to the gas outlet by a gradual reduction of the alkali metal content in the active mass, an increase in the average BET surface area of the titanium dioxide used or an increase in the active material content of the total weight of the catalyst. A combination of different activity-setting measures can also be used. The catalysts according to the invention advantageously comprise in the active composition at least one kind of titanium dioxide in the anatase modification, at least one compound of vanadium (preferably V2O5), at least one mixed element oxide of silver and / or vanadium and optionally a compound of the antimony, a compound of an alkali element and / or a phosphorus compound.
Der Gesamtgehalt an Titandioxid beträgt 50 bis 99 Gewichts-% in der aktiven Masse der erfindungsgemäßen Katalysatoren und besonders bevorzugt 80 bis 99 Gewichts- %.The total content of titanium dioxide is 50 to 99% by weight in the active composition of the catalysts according to the invention and particularly preferably 80 to 99% by weight.
Es kann hierbei nur eine Sorte Titandioxid in der Anatasmodifkation mit definierten phyikalischen Eigenschaften oder auch ein Gemisch aus mehreren Titandioxiden mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften zur Herstellung der Katalysatorsuspension und/oder der aktiven Masse der Katalysatoren verwendet werden.In this case, only one kind of titanium dioxide in the anatase modification with defined physical properties or else a mixture of several titanium dioxides with different physical properties can be used to prepare the catalyst suspension and / or the active material of the catalysts.
Die durchschnittliche BET-Oberfläche des Titandioxids der erfindungsgemäßen Katalysatoren im Falle einer oder mehrerer Titandioxid-Sorten beträgt hierbei vorteilhaft 10-60 m2/g und besonders vorteilhaft 12-30 m2/g, während die BET- Oberfläche der einzelnen Sorten im Bereich von 3 bis 300 m2/g liegt.The average BET surface area of the titanium dioxide of the catalysts according to the invention in the case of one or more titanium dioxide grades is advantageously 10-60 m 2 / g and particularly advantageously 12-30 m 2 / g, while the BET surface area of the individual grades is in the range of 3 to 300 m 2 / g.
Die durchschnittliche BET-Oberfläche des eingesetzten Titandioxids berechnet sich dabei aus Menge und BET-Oberfläche der einzelnen verwendeten Sorten. Es wird dabei bevorzugt mindestens eine Sorte Titandioxid verwendet, deren mittlere Teilchengröße in einem Bereich von 0,3 bis 0,8 μm liegt.The average BET surface area of the titanium dioxide used is calculated from the amount and BET surface area of the individual types used. At least one type of titanium dioxide whose mean particle size is in the range from 0.3 to 0.8 μm is preferably used.
Der Gehalt an Vanadiumoxid in der aktiven Masse (berechnet als V2O5) liegt in einem bevorzugten Bereich von 1 bis 40 Gewichts-% und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform in einem Bereich von 1 bis 20 Gewichts-%.The content of vanadium oxide in the active composition (calculated as V2O5) is in a preferred range of 1 to 40% by weight and in a particularly preferred embodiment in a range of 1 to 20% by weight.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Katalysatoren werden vorteilhaft die Rohstoffquellen Vanadiumpentoxid und/oder Vanadiumoxalat verwendet. Es eignen sich jedoch grundsätzlich auch andere Vanadiumverbindungen wie zum Beispiel Ammoniummetavanadat, Polyvanadinsäure unter anderem oder ein Gemisch aus verschiedenen Quellen. In der Regel werden diese Vorläuferverbindungen beziehungsweise Rohstoffquellen des Vanadiums bei der thermischen Behandlung des Katalysators oder beim Aufheizen des Katalysators im Reaktor in Gegenwart von molekularen Sauerstoff in Vanadiumpentoxid überführt, so dass in der aktiven Masse das Vanadium im wesentlichen in der fünfwertigen Oxidationstufe vorliegt.For the preparation of the catalysts according to the invention, the raw material sources vanadium pentoxide and / or vanadium oxalate are advantageously used. In principle, however, other vanadium compounds are also suitable, such as, for example, ammonium metavanadate, polyvanadic acid, inter alia, or a mixture of various sources. As a rule, these precursor compounds or raw material sources of vanadium are converted into vanadium pentoxide in the thermal treatment of the catalyst or during heating of the catalyst in the reactor in the presence of molecular oxygen, so that the vanadium is present essentially in the pentavalent oxidation state in the active composition.
Abhängig von der Lage des jeweiligen erfindungsgemäßen Katalysators im Katalysatorbett weisen die aktiven Massen dieser Katalysatoren neben Titandioxid, Vanadiumoxid, ein oder mehrere Mischelementoxide des Silbers und/oder Vanadiums sowie zusätzlich ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe der Alkalimetalle auf.Depending on the position of the particular catalyst according to the invention in the catalyst bed, the active materials of these catalysts, in addition to titanium dioxide, vanadium oxide, one or more mixed element oxides of silver and / or vanadium and additionally one or more elements from the group of alkali metals.
Diese werden in der Regel als Salze (zum Beispiel Sulfate, Carbonate, Nitrate, Phosphate) der Katalysatorsuspension zugegeben und werden bei dem Aufheizen des Katalysators zu den entsprechenden Oxiden umgewandelt oder liegen in der aktiven Masse (nach der thermischen Behandlung des Katalysators) weiter unverändert vor.These are usually added as salts (for example, sulfates, carbonates, nitrates, phosphates) of the catalyst suspension and are converted in the heating of the catalyst to the corresponding oxides or are in the active material (after the thermal treatment of the catalyst) before unchanged ,
Alkalimetallverbindungen werden zur Aktivitätssteuerung verwendet und verbessern gleichzeitig die Selektivität der Katalysatoren.Alkali metal compounds are used to control activity while improving the selectivity of the catalysts.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Alkalimetallgehalt in der aktiven Masse in einem Bereich von 0 bis 1 ,0 Gewichts-% und besonders bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 0,6 Gewichts-%. Besonders vorteilhaft wird zur Herstellung der Katalysatorsuspension eine lösliche Cäsiumverbindung wie zum Beispiel Cäsiumsulfat verwendet.In a preferred embodiment, the alkali metal content in the active composition is in a range of 0 to 1.0% by weight, and more preferably in a range of 0 to 0.6% by weight. Particularly advantageously, a soluble cesium compound such as cesium sulfate is used to prepare the catalyst suspension.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren enthalten vorteilhaft, insbesondere in der aktiven Masse der Hot Spot Katalysatorlage, zudem eine Antimonverbindung als Bestandteil der Aktiven Masse zur Verbesserung der thermischen Stabilität. Der Gehalt an Antimon in der aktiven Masse liegt vorteilhaft in einem Bereich von 0 bis 10 Gewichts-% (berechnet als Sb2O3) und besonders bevorzugt in einem Bereich von 0 bis 5 Gewichts-%, abhängig von der Lage des betreffenden Katalysators im gesamten Katalysatorbett und abhängig von der thermischen Belastung des betreffenden Katalysators in der jeweiligen Lage. Als Ausgangstoffe für die Herstellung der Katalysatorsuspension oder eines für die Beschichtung des Trägers benötigten Pulvergemisches der erfindungsgemäßen Katalysatoren können verschiedene Antimonverbindungen wie zum Beispiel Antimonsalze oder Antimonoxide in verschiedenen Oxidationstufen eingesetzt werden.The catalysts of the invention advantageously contain, in particular in the active mass of the hot spot catalyst layer, also an antimony compound as part of the active material for improving the thermal stability. The content of antimony in the active composition is advantageously in a range of 0 to 10% by weight (calculated as Sb 2 O 3), and more preferably in a range of 0 to 5% by weight, depending on the position of the catalyst in the entire catalyst bed and depending on the thermal load of the respective catalyst in the respective position. As starting materials for the preparation of the catalyst suspension or of a powder mixture of the catalysts according to the invention required for coating the support, it is possible to use various antimony compounds, for example antimony salts or antimony oxides, in various oxidation states.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators wird Antimon-lll-oxid bei der Herstellung der Katalysatorsuspension verwendet.In a preferred embodiment of the catalyst according to the invention, antimony III oxide is used in the preparation of the catalyst suspension.
Ebenfalls können die erfindungsgemäßen Katalysatoren eine Phosphorverbindung in der katalytisch aktiven Masse enthalten beziehungsweise kann eine Phosphorverbindung als Rohstoffquelle bei der Herstellung der Katalysatorsuspension oder eines für die Beschichtung des Trägers verwendeten Pulvergemisches zugegeben werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Katalysatoren liegt dabei der Phosphorgehalt der aktiven Masse in einem Bereich von 0 bis 1 ,5 Gewichts-% (berechnet als P).Likewise, the catalysts according to the invention may contain a phosphorus compound in the catalytically active composition or it may be added a phosphorus compound as a raw material source in the preparation of the catalyst suspension or a powder mixture used for the coating of the carrier. In a particularly advantageous embodiment of the catalysts according to the invention, the phosphorus content of the active composition is in a range from 0 to 1.5% by weight (calculated as P).
Besonders vorteilhaft steigt in Katalysatorensystemen mit mehreren Lagen mit einem oder mehreren erfindungsgemäßen und/oder einem oder mehreren nicht erfindungsgemäßen Katalysatoren in einer Schüttung der Phosphorgehalt vom Gaseintritt zum Gasaustritt an. Als Rohstoffquelle für die erfindungsgemäßen Katalysatoren eignet sich bevorzugt Ammoniumdihydrogenphosphat.Particularly advantageous increases in catalyst systems with multiple layers with one or more inventive and / or one or more non-inventive catalysts in a bed of phosphorus content from the gas inlet to the gas outlet. The raw material source for the catalysts according to the invention is preferably ammonium dihydrogen phosphate.
Des weiteren können in den aktiven Massen der erfindungsgemäßen Katalysatoren in geringen Mengen eine Vielzahl weiterer Verbindungen enthalten sein, die als Promotoren die Aktivität senken oder erhöhen und/oder einen Einfluss auf die Selektivität des Katalysators haben.Furthermore, a large number of further compounds which reduce or increase the activity as promoters and / or have an influence on the selectivity of the catalyst can be present in small amounts in the active compositions of the catalysts according to the invention.
Es ist in der Literatur beschrieben, dass zur Aktivitätssteuerung beziehungsweise zur Abschwächung oder Vermeidung von so genannten „Heißen Flecken" (Hot Spots) in der Technik dazu übergegangen wurde, Mehrlagen-Katalysatoren zu verwenden, die schichtweise, insbesondere mit mehreren übereinander liegenden Katalysatorlagen, in der Katalysatorschüttung, angeordnet werden, wobei im Stand der Technik in der Regel der am wenigsten aktive Katalysator am nächsten zum Gaseintritt liegt und die Aktivität von Schicht zu Schicht in Richtung Gasaustritt ansteigt. Die Katalysatoren der einzelnen Lagen haben dabei unterschiedliche chemische Zusammensetzungen, welche wiederum unterschiedliche Aktivitäten und Selektivitäten bewirken.It has been described in the literature that to control the activity or to mitigate or avoid so-called "hot spots" (hot spots) in the art, it has been necessary to use multilayer catalysts which, in layers, in particular with a plurality of superimposed catalyst layers, in the catalyst bed, are arranged, wherein in the prior art usually the least active catalyst is closest to the gas inlet and the activity increases from layer to layer in the direction of gas outlet. The catalysts of the individual layers have different chemical compositions, which in turn cause different activities and selectivities.
Für die Erfindung ist es ausreichend, wenn bei einem mehrlagigen Katalysatorsystem mindestens eine Lage eine erfindungsgemäßen Katalysator enthält, der wenigstens eines der betreffenden Mischelementoxide enthält.For the invention, it is sufficient if, in the case of a multilayer catalyst system, at least one layer contains a catalyst according to the invention which contains at least one of the relevant mixed element oxides.
Bevorzugt enthält insbesondere die erste Lage, die sich am nächsten zum Gaseintritt befindet und die auch die Lage mit dem höchsten Hot Spot ist, einen erfindungsgemäßen Katalysator. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn alle Lagen imIn particular, the first layer, which is closest to the gas inlet and which is also the location with the highest hot spot, preferably contains a catalyst according to the invention. In particular, it is advantageous if all the layers in the
Katalysatorbett, beginnend vom Gaseintritt bis einschließlich der Lage mit dem höchsten Hot Spot erfindungsgemäße Katalysatoren enthalten. Der Gehalt und dieCatalyst bed, starting from the gas inlet up to and including the location with the highest hot spot catalysts according to the invention. The salary and the
Art der Mischelementoxide des zum Beispiel Silbers kann dabei in den verschiedenen betreffenden Lagen variieren. Es ist dabei von Vorteil, auch die sonstigen Zusammensetzungen der aktiven Masse entsprechend ihrer Lage imThe nature of the mixed element oxides of, for example, silver can vary in the various layers concerned. It is advantageous, also the other compositions of the active material according to their position in the
Katalysatorbett anzupassen.Adjust catalyst bed.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält insbesondere die Lage mit dem höchsten lokalen Temperaturmaximum ein Mischelementoxid des Silbers und/oder ein Mischelementoxid des Wismuts mit Vanadium.In a preferred embodiment, in particular the layer with the highest local temperature maximum contains a mixed element oxide of the silver and / or a mixed element oxide of the bismuth with vanadium.
Insbesondere die Verwendung einer Kombination der Mischelementoxide von AgVO3 und BiVO4 in der Lage mit dem höchsten Hot Spot haben sich in den erfindungsgemäßen Katalysatoren als selektivitätssteigernd erwiesen.In particular, the use of a combination of the mixed element oxides of AgVO3 and BiVO4 in the position with the highest hot spot have proven to be selective in the catalysts of the invention.
Es wurde überraschend gefunden, dass es insbesondere von Vorteil ist, wenn wenigstens eine der aktiven Massen der Katalysatorlagen, die sich stromaufwärts in Richtung Gaseintritt vor der Lage mit dem höchsten Hot Spot befinden, einen gegenüber der Lage mit dem höchsten Hot Spot reduzierten Gehalt an Antimon in der aktiven Masse enthalten.It has surprisingly been found that it is particularly advantageous if at least one of the active masses of the catalyst layers, which are located upstream in the direction of gas inlet before the location with the highest hot spot, reduced compared to the situation with the highest hot spot content of antimony contained in the active mass.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines Katalysators mit mehrerenIn a further advantageous embodiment of a catalyst with several
Lagen in einer oder mehreren Schüttungen, enthält wenigstens eine Katalysatorlage welche der Hot Spot-Katalysatorlage vorgelagert ist, wenigstens ein Mischelementoxid des Silbers mit den angegebenen Elementen, besonders vorteilhaft mit Vanadium und/oder Molybdän und/oder Wolfram.Layers in one or more beds, contains at least one catalyst layer which is located upstream of the hot spot catalyst layer, at least one Mixed element oxide of the silver with the specified elements, particularly advantageously with vanadium and / or molybdenum and / or tungsten.
In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Katalysatoren enthält mindestens eine der Lagen vom Gaseintritt bis zur Lage mit dem höchsten Hot Spot ein Mischelementoxid des Silbers, insbesondere ein Mischelementoxid des Silbers mit Vanadium und/oder Molybdän und/oder Wolfram, während die Lage mit dem höchsten Hot Spot bevorzugt ein Mischelementoxid des Vanadiums, insbesondere ein Mischelementoxid des Vanadiums mit Wismut, enthält.In a particular embodiment of the catalysts according to the invention, at least one of the layers from the gas inlet to the layer with the highest hot spot contains a mixed element oxide of the silver, in particular a mixed element oxide of silver with vanadium and / or molybdenum and / or tungsten, while the layer with the highest hot Spot preferably contains a mixed element oxide of vanadium, in particular a mixed element oxide of vanadium with bismuth.
In einer weiterer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten alle Lagen vom Gaseintritt bis zur Lage mit dem höchsten Hot Spot ein Mischelementoxid des Silbers und nur die Lage mit dem höchste Hot Spot ein zusätzliches Mischelementoxid des Vanadiums mit Wismut.In a further particularly preferred embodiment, all layers from the gas inlet to the layer with the highest hot spot contain a mixed element oxide of silver and only the layer with the highest hot spot contains an additional mixed element oxide of vanadium with bismuth.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von mehrkernigen Mischelementoxiden oder deren Vorläuferverbindungen als Quelle bei der Herstellung der Katalysatorsuspension oder eines für die Beschichtung des Trägermaterials verwendeten Pulvergemisches.Particularly advantageous is the use of polynuclear mixed element oxides or their precursor compounds as a source in the preparation of the catalyst suspension or a powder mixture used for the coating of the support material.
Zudem können auch Mischelementoxide des Silbers zur Herstellung der Katalysatorsuspension und/oder der aktiven Masse verwendet werden, die ein kleineres oder größeres atomares Verhältnis zum Silber aufweisen als es im Falle von AgVO3 vorliegt. Je nachdem welches atomare Verhältnis der Elemente in dem betreffenden Mischelementoxid vorliegt, muss die Menge an dem Mischelementoxid und/oder deren Vorläuferverbindungen in der Katalysatorsuspension oder des für die Beschichtung verwendeten Pulvergemisches angepasst werden, um einen optimalen Gehalt an Silber in der aktiven Masse des fertigen Katalysators zu erhalten.In addition, mixed element oxides of silver can also be used to prepare the catalyst suspension and / or the active material which have a smaller or greater atomic ratio to the silver than is present in the case of AgVO 3. Depending on the atomic ratio of the elements in the respective mixed element oxide, the amount of mixed element oxide and / or precursor compounds in the catalyst suspension or powder coating mixture must be adjusted to provide an optimum level of silver in the active mass of the finished catalyst to obtain.
Es ist vorteilhaft, wenn die beschriebene Mischelementoxidphase oder deren Vorläuferverbindung bereits gebildet ist, bevor sie der Katalysatorsuspension oder dem für die Beschichtung des Trägers verwendeten Pulvergemisches zugegeben wird. Es können aber auch eine oder mehrere entsprechende Vorläuferverbindung/en der Katalysatorsupension oder dem Pulvergemisch zugesetzt werden, die dann bei der thermischen Behandlung des Katalysators zu den entsprechenden Mischelementoxiden umgewandelt werden. Wie bereits zuvor beschrieben, können nicht nur im ganzzahligen molaren Verhältnis vorliegende Mischelementoxide des Silbers mit anderen Elementen und/oderderen Vorläuferverbindungen als Rohstoffquelle bei der Herstellung der Katalysatorsuspension eingesetzt werden oder in der Aktiven Masse der erfindungsgemäßen Katalysatoren vorliegen, sondern auch zwei- oder mehrkernige Mischelementoxide des Silbers mit einem großen atomaren Unterschuss oder Überschuss an Silber. Je nach allgemeiner Formel der Mischelementoxide beziehungsweise deren Silberbestandteil muss dann der Gehalt an dem betreffenden Mischelementoxid in der Katalysatorsuspension und/oder der Aktiven Masse erhöht oder erniedrigt werden.It is advantageous if the described Mischelementoxidphase or its precursor compound is already formed before it is added to the catalyst suspension or the powder mixture used for the coating of the carrier. However, it is also possible to add one or more corresponding precursor compounds to the catalyst suspension or to the powder mixture, which are then converted to the corresponding mixed-element oxides during the thermal treatment of the catalyst. As already described above, mixed element oxides of silver present with other elements and / or their precursor compounds can be used not only in the integer molar ratio as raw material source in the production of the catalyst suspension or in the active composition of the inventive catalysts, but also two- or polynuclear mixed element oxides of Silver with a large atomic deficit or excess silver. Depending on the general formula of the mixed element oxides or their silver constituent, the content of the relevant mixed element oxide in the catalyst suspension and / or the active composition must then be increased or decreased.
Die zwei oder mehrkernigen Mischelementoxide des Silbers werden durch die allgemeine FormelThe two or more nuclear mixed element oxides of silver are represented by the general formula
Agx My Nz On (Formel I)Ag x M y N z O n (Formula I)
gemäß Anspruch 11 beschrieben:described according to claim 11:
Im Mischmetalloxid der Formel I hat x besonders bevorzugt einen Wert von 0,1 bis 5, der Wert der Variablen y beträgt vorzugsweise 0 bis 0,3.In the mixed metal oxide of the formula I, x more preferably has a value of 0.1 to 5, the value of the variable y is preferably 0 to 0.3.
Besonders bevorzugt sind Mischmetalloxide der folgenden allgemeinen Formel:Particularly preferred are mixed metal oxides of the following general formula:
Agx N2On Ag x N 2 O n
worinwherein
Ag = Silber x = ein Wert von 0,1 bis 5Ag = silver x = a value of 0.1 to 5
N = ein Element der Gruppe Vanadium, Molybdän, Wolfram, Niob, Antimon z= 1 n = eine Zahl ist, die sich durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in der Formel I bestimmt -N = an element of the group vanadium, molybdenum, tungsten, niobium, antimony z = 1 n = a number which is determined by the valence and frequency of the elements other than oxygen in the formula I,
Es ist grundsätzlich möglich und von der Erfindung ausdrücklich mit umfasst, dass auch bei der Herstellung der Katalysatorsuspension eine oder mehrereIt is possible in principle and expressly included in the invention that one or more of them are also used in the preparation of the catalyst suspension
Vorläuferverbindungen der betreffenden Mischelementoxide und/oder deren Ausgangsverbindungen eingesetzt werden und die erfindungsgemäßen Katalysatoren mit den betreffenden Mischelementoxiden erst im Reaktor durch Kalzinieren bei erhöhter Temperatur oder während der Aufheizperiode des Katalysators im Reaktor gebildet werden.Precursor compounds of the respective mixed element oxides and / or their Starting compounds are used and the catalysts of the invention with the relevant Mischelementoxiden be formed only in the reactor by calcination at elevated temperature or during the heating of the catalyst in the reactor.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Katalysators führt insbesondere die Verwendung der Mischelementoxide AgVO3, Ag2MoO4, Ag2WO4 und/oder Mischelementoxide dieser Elemente mit anderen atomaren Verhältnissen zu einer Verbesserung der KatalysatorenIn a preferred embodiment of the catalyst, in particular the use of the mixed element oxides AgVO3, Ag2MoO4, Ag2WO4 and / or mixed element oxides of these elements with other atomic ratios leads to an improvement of the catalysts
Es wurde nun gefunden, dass der Zusatz von Mischelementoxiden des Silbers mit bevorzugt zum Beispiel Vanadium, Wolfram und Molybdän, zur Katalysatorsuspension anstatt von „einkernigen" Silberverbindungen eine erhebliche Verbesserung der Selektivität nach sich zieht, im Vergleich zu Katalysatoren die kein Silber in der aktiven Masse aufweisen und/oder in denen Silber als Oxid (AgO bzw Ag2O) oder als Salz (Nitrat, Phosphat, Sulfat, Chlorid, Ammonium-Salz, Salz einer Organischen Säure) oder auch als Hydroxid oder als Amin- Komplex der Katalysatorsuspension zugegeben wird beziehungsweise in der aktiven Masse enthalten ist. Es wird vermutet, dass Silber in Form eines Mischelementoxids oder einer Mischelementverbindung intensiver am katalytischen Prozess teilnehmen kann als in Form eines Salzes oder eines einkernigen Oxides.It has now been found that the addition of mixed element oxides of silver, preferably with, for example, vanadium, tungsten and molybdenum, to the catalyst suspension instead of "mononuclear" silver compounds results in a considerable improvement in the selectivity compared to catalysts which do not have silver in the active material and / or in which silver as the oxide (AgO or Ag2O) or as a salt (nitrate, phosphate, sulfate, chloride, ammonium salt, salt of an organic acid) or as a hydroxide or as an amine complex of the catalyst suspension is added or in It is believed that silver in the form of a mixed element oxide or compound element compound may participate more intensely in the catalytic process than in the form of a salt or a mononuclear oxide.
Exemplarisch, aber nicht beschränkend, sei an dieser Stelle die Verbindung AgVO3 als Bestandteil der erfindungsgemäßen Katalysatoren erwähnt, die als Zusatz bei der Herstellung der Katalysatorsuspension beziehungsweise der aktiven Masse verwendet wird, wobei die aktive Masse zumindest noch Titandioxid in der Anatas- Modifikation und eine Vanadiumverbindung enthält. Bevorzugt enthält der erfindungsgemäße Katalysator auch mindestens eine Verbindung eines Elementes der ersten Hauptgruppe. Je nach Lage des erfindungsgemäßen Katalysators im Katalysatorbett enthält der erfindungsgemäße Katalysator auch noch eine Antimonverbindung, insbesondere Sb2O3 in der aktiven Masse und gegebenenfalls eine PhosphorverbindungBy way of example, but not limitation, mention should be made at this point of the compound AgVO3 as a constituent of the catalysts according to the invention, which is used as an additive in the preparation of the catalyst suspension or the active composition, wherein the active composition at least still titanium dioxide in the anatase modification and a vanadium compound contains. The catalyst according to the invention preferably also comprises at least one compound of an element of the first main group. Depending on the position of the catalyst according to the invention in the catalyst bed, the catalyst according to the invention also contains an antimony compound, in particular Sb 2 O 3 in the active composition and optionally a phosphorus compound
Es wurde überraschend gefunden, dass es bei mehrlagigen Katalysatoren von besonderen Vorteil hinsichtlich der Steigerung der Selektivität ist, wenigstens einIt has surprisingly been found that with multilayer catalysts it is of particular advantage with regard to increasing the selectivity, at least one
Mischelementoxid des Silbers mit Vanadium und/oder Wolfram und/oder Molybdän oder deren Vorläuferverbindungen bei der Herstellung des Katalysators zu verwenden, wobei der erfindungsgemäße Katalysator vorteilhaft in einer oder mehreren Katalysatorlagen vom Gaseintritt bis einschließlich der Lage mit dem höchsten Hot Spot eingesetzt wird.Mixed element oxide of silver with vanadium and / or tungsten and / or molybdenum or to use their precursor compounds in the preparation of the catalyst, wherein the catalyst according to the invention is advantageously used in one or more catalyst layers from the gas inlet up to and including the layer with the highest hotspot.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen eine oder mehrere oder alle genannten Katalysatorlagen vom Gaseintritt bis einschließlich der Lage mit dem höchsten Hot Spot ein Mischelementoxid des Silbers mit Vanadium und/oder Wolfram und/oder Molybdän von 0,01 Gewichts% bis 15 Gewichts-% , insbesondere von 0,01 bis 10,0 Gewichts-% und besonders bevorzugt von 0,01 bis 5 Gewichts-% in der aktiven Masse auf.In a particularly preferred embodiment, one or more or all of said catalyst layers from gas entrance to and including the highest hot spot layer has a mixed element oxide of silver with vanadium and / or tungsten and / or molybdenum of from 0.01% to 15% by weight, in particular from 0.01 to 10.0% by weight and more preferably from 0.01 to 5% by weight in the active composition.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators handelt es sich bei den Silber-Vanadium-Mischelementoxiden um Verbindungen mit einem Molverhältnis von Ag:V von 1:1 , insbesondere um das Mischelementoxid AgVO3. Hierbei handelt es sich nicht um eine sogenannte Silber-Vanadium-Bronze, bei der das atomare Verhältnis von Ag:V per Definition kleiner als 1 :1 ist.In a particular embodiment of the catalyst according to the invention, the silver vanadium mixed element oxides are compounds having a molar ratio of Ag: V of 1: 1, in particular the mixed element oxide AgVO3. This is not a so-called silver vanadium bronze in which the atomic ratio of Ag: V is by definition less than 1: 1.
Weiter wurde gefunden, dass die Verwendung von Mischelementoxiden des Vanadiums mit Wismut, Molybdän, Wolfram, Antimon, Arsen, Blei, Zinn, Zink, Kupfer, Nickel, Cobalt, Eisen, Mangan, Chrom, Niob, Zirkonium, Titan, Gold, Rhenium, Lantha, Cer, Tantal, Rhenium als Rohstoffquelle bei der Katalysatorherstellung und/oder als Bestandteil der aktiven Masse eine Verbesserung der Selektivität bewirkt.It has also been found that the use of mixed element oxides of vanadium with bismuth, molybdenum, tungsten, antimony, arsenic, lead, tin, zinc, copper, nickel, cobalt, iron, manganese, chromium, niobium, zirconium, titanium, gold, rhenium, Lantha, cerium, tantalum, rhenium as a source of raw material in the catalyst preparation and / or as an ingredient of the active mass causes an improvement in the selectivity.
Insbesondere hat die Verwendung von Wismutvanadat als Rohstoffquelle bei der Herstellung der Katalysatorsuspension beziehungsweise als Bestandteil der aktiven Masse zu einer Verbesserung der Selektivität geführt. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die erfindungsgemäßen Katalysatoren BiVO4 als Bestandteil der aktiven Masse enthalten insbesondere in einer oder mehreren Lagen vom Gaseintritt bis einschließlich der Lage mit dem höchsten Hot Spot.In particular, the use of bismuth vanadate as a source of raw material in the preparation of the catalyst suspension or as part of the active composition has led to an improvement in the selectivity. It is advantageous if the catalysts of the invention contain BiVO4 as a constituent of the active material, in particular in one or more layers from the gas inlet up to and including the layer with the highest hotspot.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren können dabei neben Titandioxid undThe catalysts of the invention can in addition to titanium dioxide and
Vanadiumoxid gleichzeitig mindestens ein Mischelementoxid des Silbers mit einem oder mehreren der genannten Elemente und mindestens ein Mischelementoxid desVanadium oxide simultaneously at least one mixed element oxide of the silver with one or more of said elements and at least one mixed element oxide of the
Vanadiums mit einem oder mehreren der genannten Elemente enthalten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden zur Herstellung der Katalysatorsuspension der erfindungsgemäßen Katalysatoren Silbervanadat und Wismutvanadat verwendet und/oder liegen nebeneinander in der aktiven Masse der Katalysatoren vor.Vanadiums containing one or more of the said elements. In a In a particularly preferred embodiment, silver vanadate and bismuth vanadate are used to prepare the catalyst suspension of the catalysts according to the invention and / or are present side by side in the active mass of the catalysts.
Je nach Lage der erfindungsgemäßen Katalysatoren in der Katalysatorschüttung enthalten die erfindungsgemäßen Katalysatoren zusätzlich noch mindestens eine Alkalimetallverbindung, bevorzugt eine Cäsiumverbindung, eine Antimonverbindung, bevorzugt Antimon-I I l-oxid und gegebenenfalls eine Phosphorverbindung.Depending on the position of the catalysts according to the invention in the catalyst bed, the catalysts according to the invention additionally contain at least one alkali metal compound, preferably a cesium compound, an antimony compound, preferably antimony I-1 oxide and optionally a phosphorus compound.
Es können hierbei nicht nur im ganzzahligen atomaren Verhältnis vorliegende Mischelementoxide des Vanadiums mit anderen Elementen oder deren Vorläuferverbindungen als Rohstoffquelle bei der Herstellung der Katalysatorsuspension eingesetzt werden oder in der aktiven Masse der erfindungsgemäßen Katalysatoren vorliegen, sondern auch zwei oder mehrkernige Mischelementoxide des Vanadiums mit einem großen atomaren Unterschuss oder Überschuss an Vanadium. Je nach allgemeiner Formel der Mischelementoxide beziehungsweise deren Vanadiumanteil muss dann der Gehalt an dem betreffenden Mischelementoxid in der Katalysatorsuspension und/oder der Aktiven Masse erhöht oder erniedrigt werden.It can not only be used in integer atomic ratio Mischelementoxide of vanadium with other elements or their precursor compounds as a source of raw material in the preparation of the catalyst suspension or present in the active material of the catalysts of the invention, but also two or more nuclear mixed element oxides of vanadium with a large atomic Deficit or excess of vanadium. Depending on the general formula of the mixed element oxides or their vanadium content, the content of the relevant mixed element oxide in the catalyst suspension and / or the active mass must then be increased or decreased.
Die zwei oder mehrkernigen Mischelementoxide des Vanadiums werden durch die folgende allgemeine Formel gemäß Anspruch 12 beschrieben:The two or more nuclear mixed element oxides of vanadium are described by the following general formula according to claim 12:
M3 Nb Vc Od (Formel II)M 3 N b V c O d (formula II)
Für die erfindungsgemäßen Katalysatoren kommen vorteilhaft sogenannte Schalenkatalysatoren in Betracht, bei denen die katalytisch aktive Masse schalenförmig in einer oder mehreren Lagen auf einen im Allgemeinen unter den Reaktionsbedingungen inerten Trägermaterial, wie Porzellan, Magnesiumoxid, Zinndioxid, Silziumcarbid, Cersilikat, Magnesiumsilikat (Steatit), Zirkoniumsilikat, Aluminiumoxid, Quarz, oder Mischungen dieser Trägermaterialen aufgebracht ist. In der Technik haben sich insbesondere Trägermaterialien aus Steatit oder Siliziumcarbid bewährt. Zur Herstellung derartiger Schalenkatalysatoren wird im Allgemeinen eine wässrige und/oder ein organisches Lösungsmittel enthaltende Lösung oder Suspension (hier als „Katalysatorsuspension" bezeichnet) der Aktivmassenbestandteile und/oder deren Vorläuferverbindungen auf das Trägermaterial im Wirbelbettverfahren (DE-A 2106796) bei erhöhter Temperatur aufgebracht, bis der gewünschte Aktivmasseanteil am Gesamtgewicht des Katalysators erreicht ist. Die Beschichtung des inerten, nicht porösen Trägermaterials mit den Aktivmassenbestandeilen oder deren Vorläuferverbindungen als Suspension oder Pulvergemisch kann ebenso in einer beheizten Dragiertrommel bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden.For the catalysts according to the invention, it is advantageous to use so-called coated catalysts in which the catalytically active composition is cup-shaped in one or more layers to a support material which is generally inert under the reaction conditions, such as porcelain, magnesium oxide, tin dioxide, silicon carbide, cersilicate, magnesium silicate (steatite), zirconium silicate , Alumina, quartz, or mixtures of these carrier materials is applied. In particular, carrier materials made of steatite or silicon carbide have proven successful in the art. To prepare such coated catalysts, an aqueous solution and / or an organic solvent-containing solution or suspension (referred to herein as "catalyst suspension") of the active composition components and / or their precursor compounds is generally applied to the support material in the fluidized bed process (DE-A 2106796) at elevated temperature. The coating of the inert, non-porous carrier material with the active ingredient components or their precursor compounds as a suspension or powder mixture can likewise be carried out in a heated coating drum at elevated temperatures.
Da beim Aufsprühen der Katalysatorsuspension mit den darin enthaltenen Aktivmassenkomponenten und/oder deren Vorläuferverbindungen in der Dragiertrommel beziehungsweise beim Beschichten des inerten Trägermaterials im Wirbelbett zum Teil hohe Verluste durch Vernebelung der Katalystorsuspension und/oder durch teilweisen Abrieb der schon beschichteten Träger auftreten, wurde in der Technik dazu übergegangen der Katalysatorsuspension organische Binder, bevorzugt Copolymere, vorteilhaft in Form einer wässrigen Dispersion von Vinlyacetat/Vinyllaurat, Vinylacetat/Acrylat, Styrol/Acrylat, Vinylacetat/Maleat sowie Vinylacetat/ Ethylen u. a zuzusetzen, wobei in der Regel Bindermengen von 10-20 Gewichts-%, bezogen auf den Feststoffgehalt der Katalysatorsuspension eingesetzt werden. Bei Zusatz eines der genannten Bindemittel liegt die Beschichtungstemperatur vorteilhaft in einem Bereich von 50-4500C. Die verwendeten Bindemittel zersetzten sich nach dem Einfüllen des Katalysators in den Reaktor meist schon beim Aufheizen des Reaktors auf Betriebstemperatur beziehungsweise spätestens bei der Inbetriebnahme des Katalysators und werden dabei vollständig aus dem Katalysator entfernt.Since during spraying of the catalyst suspension with the active composition components contained therein and / or their precursor compounds in the coating drum or during coating of the inert carrier material in a fluidized bed, in some cases high losses occur due to nebulisation of the catalyst suspension and / or due to partial abrasion of the already coated carriers to the catalyst suspension organic binder, preferably copolymers, advantageously in the form of an aqueous dispersion of vinyl acetate / vinyl laurate, vinyl acetate / acrylate, styrene / acrylate, vinyl acetate / maleate and vinyl acetate / ethylene u. a, wherein usually binder amounts of 10-20% by weight, based on the solids content of the catalyst suspension are used. With the addition of one of said binders, the coating temperature is advantageously in a range of 50-450 0 C. The binder used decomposed after filling the catalyst in the reactor usually when the reactor is heated to operating temperature or at the latest when commissioning the catalyst and completely removed from the catalyst.
Die hierbei auf dem inerten Trägermaterial als dünne Schale verbleibenden katalytisch aktiven Komponenten werden als aktive Masse bezeichnet. Die Komponenten der aktiven Masse können sich teilweise von den in der Katalysatorsuspension eingesetzten Komponenten beziehungsweiseThe remaining on the inert support material as a thin shell catalytically active components are referred to as active mass. The components of the active material may be partially derived from the components used in the catalyst suspension
Rohstoffquellen oder Vorläuferverbindungen unterscheiden, da diese zum Teil durch die Wärmebehandlung des Katalysators chemisch umgewandelt werden und zumeist in die entsprechenden Metalloxide überführt werden. Es wurde nun überraschend gefunden, dass die Leistungssfähigkeit der Katalysatoren nicht ausschließlich von der Zusammensetzung und Menge der aktiven Masse (nach dem Aufheizen beziehungsweise der Temperung vorhandene katalytisch aktive Verbindungen) der Katalysatoren abhängt, sondern die in der Katalysatorsuspension oder des für die Beschichtung des Trägers verwendeten Pulvergemisches eingesetzten Rohstoffquellen einen erheblichen Einfluss auf die Selektivität, Aktivität und Standzeit der Katalysatoren haben.Raw material sources or precursor compounds differ because some of them are chemically converted by the heat treatment of the catalyst and are usually converted into the corresponding metal oxides. It has now surprisingly been found that the performance of the catalysts depends not only on the composition and amount of the active material (after heating or annealing present catalytically active compounds) of the catalysts, but used in the catalyst suspension or for the coating of the carrier Powder mixed raw material sources have a significant influence on the selectivity, activity and service life of the catalysts.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung von Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden, bei dem man einen gasförmigen Strom, der einen aromatischen Kohlenwasserstoff enthält und ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas umfasst, bei einer erhöhten Temperatur mit einem vorstehend definierten Katalysator in Kontakt bringt.The invention also relates to a process for the preparation of aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic acid anhydrides comprising contacting a gaseous stream containing an aromatic hydrocarbon and a gas containing molecular oxygen at an elevated temperature with a catalyst as defined above.
Die als Rohstoffquelle für die Katalysatorsuspension verwendeten Mischelementoxide können auf verschiedene Weise hergestellt werden und der Katalysatorsuspension als isolierte Verbindung oder direkt als Reaktionsmischung beigesetzt werden. Ebenfalls können entsprechende Vorläuferverbindungen der Mischmetalloxide der Katalysatorsuspension zugesetzt werden. Hierbei handelt es sich vorteilhaft um mehrkernige Mischelementverbindungen oder um Mischmetalloxidverbindungen, die im Allgemeinen eine andere Kristallstruktur aufweisen als die entsprechenden in der aktiven Masse vorliegenden thermisch behandelten Mischelementoxide und die zudem noch Kristallwasser enthalten können.The mixed element oxides used as raw material source for the catalyst suspension can be prepared in various ways and be added to the catalyst suspension as an isolated compound or directly as a reaction mixture. Likewise, corresponding precursor compounds of the mixed metal oxides can be added to the catalyst suspension. These are advantageously polynuclear mixed element compounds or Mischmetalloxidverbindungen, which generally have a different crystal structure than the corresponding present in the active composition thermally treated Mischelementoxide and also may contain water of crystallization.
Zur Herstellung der in den erfindungsgemäßen Katalysatoren verwendeten Mischelementoxide und/oder deren Vorläuferverbindungen eignet sich in vielen Fällen vorteilhaft auch die Umsetzung einer Lösung einer Metallverbindung mit einer Suspension eines Metalloxids bei erhöhten Temperaturen in einem wässrigen oder nicht-wäßrigen Lösungsmittel. So kann zum Beispiel ein für die erfindungsgemäßen Katalysatoren verwendetes Silber-Vanadium-Oxid vorteilhaft dadurch hergestellt werden, dass Silbernitrat in wässriger Lösung bei erhöhten Temperaturen mit Vanadiumpentoxid in den entsprechenden gewünschten atomaren Verhältnissen umgesetzt wird. Die dabei entstehende Reaktionsmischung mit der darin enthaltenen Mischmetallverbindung kann der Katalysatorsuspension direkt zugesetzt werden oder die entsprechende Mischmetallverbindung aber auch vorher isoliert und gegebenenfalls thermisch behandelt werden.In many cases, the reaction of a solution of a metal compound with a suspension of a metal oxide at elevated temperatures in an aqueous or nonaqueous solvent is also advantageously suitable for the preparation of the mixed element oxides and / or their precursor compounds used in the catalysts according to the invention. Thus, for example, a silver vanadium oxide used for the catalysts according to the invention can advantageously be prepared by reacting silver nitrate in aqueous solution at elevated temperatures with vanadium pentoxide in the corresponding desired atomic ratios. The resulting reaction mixture with the mixed metal compound contained therein can be added directly to the catalyst suspension or the corresponding mixed metal compound but also previously isolated and optionally thermally treated.
Als Lösungsmittel können neben Wasser auch polare organische Lösungsmittel, wie Polyole, Polyether oder Amine dienen. Die Umsetzung eines Metalloxids oder mehrerer Metalloxide (wie zum Beispiel Vanadiumpentoxid und Molybdäntrioxid) mit einer Silberverbindung und gegebenenfalls einer weiteren Verbindung (wie zumIn addition to water, polar organic solvents such as polyols, polyethers or amines can also be used as solvents. The reaction of a metal oxide or a plurality of metal oxides (such as vanadium pentoxide and molybdenum trioxide) with a silver compound and optionally another compound (such as
Beispiel eine Phosphorverbindung) kann im allgemeinen bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur durchgeführt werden. Bevorzugt wird die Reaktion bei Temperaturen von 50 bis 1000C durchgeführt und dauert je nach verwendetenExample, a phosphorus compound) may be generally carried out at room temperature or elevated temperature. Preferably, the reaction is carried out at temperatures of 50 to 100 0 C and takes depending on the used
Ausgangstoffen und Reaktionsbedingungen 20 Minuten bis 5 Tage.Starting materials and reaction conditions 20 minutes to 5 days.
Die so gebildete Mischmetallverbindung kann aus der Reaktionsmischung isoliert und gegebenenfalls gelagert werden bis zur weiteren Verwendung oder auch direkt als Suspensionslösung der Katalysatorsuspension, die noch mindestens Titandioxid und eine Vanadiumverbindung enthält, zugesetzt werden. Die durch die Reaktion erhaltene und isolierte Mischmetallverbindung kann auch vor der Zugabe zur Katalysatorsuspension einer thermischen Behandlung bei erhöhten Temperaturen unterzogen werden um eine Umlagerung der Kristallstruktur und eine Entfernung von Kristallwasser zu bewirken.The mixed metal compound thus formed can be isolated from the reaction mixture and optionally stored until further use or as a suspension solution of the catalyst suspension, which still contains at least titanium dioxide and a vanadium compound added. The mixed metal compound obtained and isolated by the reaction may also be subjected to thermal treatment at elevated temperatures prior to addition to the catalyst suspension to effect rearrangement of the crystal structure and removal of water of crystallization.
Im Falle einer vorherigen Isolierung der Mischmetallverbindung kann diese durch Abfiltrieren der Suspension und Trocknen des erhaltenden Feststoffs erfolgen, wobei die Trocknung durch verschiedene Methoden durchgeführt werden kann. Vorteilhaft wird die Trocknung der Mischmetall-Suspension durch Sprühtrocknung oder Gefriertrocknung durchgeführt.In the case of a prior isolation of the mixed metal compound, this can be done by filtering off the suspension and drying of the resulting solid, wherein the drying can be carried out by various methods. Advantageously, the drying of the mixed metal suspension is carried out by spray drying or freeze drying.
Alternativ zu der Reaktion in Lösung können die Mischmetallverbindungen aber auch durch Zusammenschmelzen erzeugt werden, zum Beispiel dergestalt, dass verschiedene fein vermischte Metalloxid-Pulver in einer Festkörperreaktion bei erhöhten Temperaturen von 400 bis 8000C umgesetzt werden.Alternatively to the reaction in solution, however, the mixed metal compounds may also be produced by fusing together, for example, such that various finely mixed metal oxide powders are reacted in a solid state reaction at elevated temperatures of 400 to 800 ° C.
Die Komponenten der Katalysatorsuspension werden im Allgemeinen in Form vonThe components of the catalyst suspension are generally in the form of
Oxiden und/oder oder in Form von Verbindungen, zum Beispiel Salzen, eingesetzt, welche sich beim Erhitzen in Gegenwart von Sauerstoff in Oxide umwandeln. Es können jedoch auch Metallsalze wie Phosphate oder Halogenide der Katalysatorsuspension zugesetzt werden, die in der aktiven Masse des Katalysators auch nach einer thermischen Behandlung unverändert vorliegen.Oxides and / or in the form of compounds, for example salts, which convert to oxides upon heating in the presence of oxygen. However, metal salts such as phosphates or halides of the Catalyst suspension are added, which are unchanged in the active material of the catalyst after a thermal treatment.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Katalysatoren erfolgt im Allgemeinen über eine Vorstufe des fertigen Katalysators, die als solche gelagert werden kann. Hierbei handelt es sich um einen inerten keramischen Träger, auf dem die in der Katalysatorsuspension eingesetzten Rohstoffe mittels eines Sprühverfahrens aufgebracht und vorteilhaft unter Verwendung eines organischen Bindemittels fixiert sind.The preparation of the catalysts according to the invention is generally carried out via a precursor of the finished catalyst, which can be stored as such. This is an inert ceramic support on which the raw materials used in the catalyst suspension are applied by means of a spraying process and are advantageously fixed using an organic binder.
Der aktive Katalysator entsteht in der Regel durch thermische Behandlung dieser Vorstufe oder bereits beim Aufheizen des Katalysators im Reaktor. Hierbei werden in der Regel die eingesetzten Metallverbindungen in die entsprechenden Metalloxide überführt. Beispielsweise wird Vanadinoxalat zersetzt und in V2O5 umgewandelt. Ebenfalls können andere in der Katalysatorsuspension enthaltene Verbindungen beim Aufheizen des Katalysators in ihre oxidischen Verbindungen umgewandelt werden. So ist davon auszugehen, das Ammoniumdihydrogenphosphat zu P2O5 umgewandelt wird und als solches in der aktiven Masse vorliegt. Für den Fall, dass wasserhaltige Mischmetalloxide hergestellt und als Rohstoffquelle bei der Herstellung der Katalysatorsuspension eingesetzt werden, ist im Allgemeinen davon auszugehen, dass diese das Kristallwasser bei der thermischen Behandlung des Katalysators verlieren und gegebenenfalls ihre Kristallstruktur verändern.The active catalyst is usually formed by thermal treatment of this precursor or already during the heating of the catalyst in the reactor. In this case, the metal compounds used are usually converted into the corresponding metal oxides. For example, vanadium oxalate is decomposed and converted to V 2 O 5 . Also, other compounds contained in the catalyst suspension can be converted to their oxidic compounds upon heating of the catalyst. Thus it can be assumed that the ammonium dihydrogen phosphate is converted to P 2 O 5 and is present as such in the active composition. In the case that hydrous mixed metal oxides are prepared and used as a raw material source in the preparation of the catalyst suspension, it is generally assumed that they lose the water of crystallization during the thermal treatment of the catalyst and possibly change its crystal structure.
Die Umwandlung der in der Katalysatorsuspension eingesetzten Rohstoffquellen geschieht vorzugsweise bei Temperaturen von 200 bis 5000C und besonders bevorzugt im Bereich von 300 bis 5000C.The conversion of the raw material sources used in the catalyst suspension is preferably carried out at temperatures of 200 to 500 0 C and more preferably in the range of 300 to 500 0 C.
Die Form des inerten Trägermaterials ist nicht maßgeblich entscheidend für die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Katalysatoren, jedoch haben sich im Stand der Technik insbesondere Kugeln oder Ringe als vorteilhafte Formkörper erwiesen.The shape of the inert carrier material is not critically important for the performance of the catalysts of the invention, however, in the prior art, in particular spheres or rings have proven to be advantageous moldings.
Die Schichtdicke der aktiven Masse beziehungsweise die Summe der Schichtdicken der Schalen welche die aktive Masse enthalten, beträgt im Allgemeinen 20-400 μm und variiert je nach Lage des erfindungsgemäßen Katalysators im Katalysatorbett. Es wurde weiter überraschend gefunden, dass eine räumliche Trennung der verschiedenen Komponenten der Katalysatorsuspension von den verwendeten Mischmetalloxiden im Allgemeinen nicht notwendig ist, um verbesserte Katalysatoren zu erhalten. Alle in der Katalysatorsuspension eingesetzten Komponenten werden im Allgemeinen mit den entsprechenden Mischelementoxiden vermischt beziehungsweise vermengt und die gleichmäßig vermischte Suspension auf den inerten Träger aufgebracht. Es sind jedoch auch Katalysatoren denkbar, bei denen verschieden zusammengesetzte Katalysatorsuspensionen nacheinander auf den inerten keramischen Träger aufgebracht werden, wobei wenigstens eine Lage einen erfindungsgemäßen Katalysator enthält und somit ein erfindungsgemäßer verbesserter Katalysator entsteht.The layer thickness of the active composition or the sum of the layer thicknesses of the shells which contain the active composition is generally 20-400 μm and varies depending on the position of the catalyst according to the invention in the catalyst bed. It has further been found, surprisingly, that a spatial separation of the various components of the catalyst suspension from the mixed metal oxides used is generally not necessary in order to obtain improved catalysts. All components used in the catalyst suspension are generally mixed or mixed with the corresponding mixed element oxides and the uniformly mixed suspension is applied to the inert support. However, catalysts are also conceivable in which variously composed catalyst suspensions are applied successively to the inert ceramic support, wherein at least one layer contains a catalyst according to the invention and thus an inventive improved catalyst is formed.
Zudem sind verbesserte Katalysatoren denkbar, bei denen eine nicht erfindungsgemäße Katalysatorsuspension, die mindestens Titandioxid, eine Vanadiumverbindung und vorteilhaft auch eine Alkalimetallverbindung enthält, zunächst isoliert und ggf. thermisch behandelt wird und anschließend das entstehende Pulver im Allgemeinen wieder mit einem Pulver vermischt wird (vorteilhaft in Wasser), welches zuvor aus einer Katalysatorsuspension gewonnen wurde das aus mindestens Titandioxid, einer Vanadiumverbindung und mindestens einem Mischmetalloxid oder deren Vorläuferverbindung besteht. Diese neue Katalysatorsuspension kann als Schicht allein auf einen inerten keramischen Träger aufgebracht werden oder aber auch in Kombination mit anderen erfindungsgemäßen und/oder nicht erfindungsgemäßen Coating-Schichten verwendet werden.In addition, improved catalysts are conceivable in which a non-inventive catalyst suspension containing at least titanium dioxide, a vanadium compound and advantageously also an alkali metal compound, first isolated and optionally thermally treated and then the resulting powder is generally mixed again with a powder (advantageous in Water) previously obtained from a catalyst suspension consisting of at least titanium dioxide, a vanadium compound and at least one mixed metal oxide or its precursor compound. This new catalyst suspension can be applied as a layer alone to an inert ceramic support or else used in combination with other coating layers according to the invention and / or not according to the invention.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren werden im Allgemeinen für die partielle Gasphasenoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden verwendet. Hierbei eignen sich diese Katalysatoren insbesondere zur Gasphasenoxidation von o-Xylol und/oder Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid mit einem molekuaren Sauerstoff enthaltenden Gas.The catalysts of the invention are generally used for the partial gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides. These catalysts are particularly suitable for the gas phase oxidation of o-xylene and / or naphthalene to phthalic anhydride with a molecular oxygen-containing gas.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren können wie bereits erwähnt, zu diesen Zweck in einer Katalysatorschüttung allein oder in Kombination mit anderen, unterschiedlich aktiven Katalysatoren, beispielsweise Katalysatoren des Standes der Technik (Vanadiumpentoxid/Anatas-Basis ohne Mischmetalloxidkomponente), eingesetzt werden. Hierbei werden die unterschiedlichen erfindungs- und nicht erfindungsgemäßen Katalysatoren im Allgemeinen in separaten Katalysatorschüttungen eingesetzt, die in mindestens einem Katalysatorbett angeordnet sind. Vorteilhaft ist hierbei insgesamt die Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysatoren in den am nächsten zum Gaseintritt gelegenen Katalysatorlagen bis hin zur Lage mit dem höchsten Hot Spot.As already mentioned, the catalysts according to the invention can be used for this purpose in a catalyst bed alone or in combination with other, differently active catalysts, for example catalysts of the prior art (vanadium pentoxide / anatase base without Mischmetalloxidkomponente). Here, the different catalysts according to the invention and not according to the invention are generally used in separate catalyst beds, which are arranged in at least one catalyst bed. Overall, the use of the catalysts according to the invention in the catalyst layers closest to the gas inlet up to the position with the highest hot spot is advantageous.
Die Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysatoren in den der Lage mit dem höchsten Hot Spot nachfolgenden Katalysatorlagen und näher zum näher zum Gasaustritt gelegenen Katalysatorlagen hat zwar ebenfalls eine positiven Effekt, aber bereits eine deutlich geringere positive Wirkung hinsichtlich der Selektivität zur Folge als die Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysatoren zu den näher am Gaseintritt gelegenen Katalysatorlagen. Die erfindungsgemäßen Katalysatoren und/oder deren erfindungsgemäße Vorläuferkatalysatoren werden in die Reaktionsrohre eine Reaktors in Lagen eingefüllt. Die verschiedenen Lagen können hierbei aus erfindungsgemäßen und nicht erfindungsgemäßen Katalysatoren bestehen.Although the use of the catalysts according to the invention in the catalyst layers following the location with the highest hot spot and closer to the gas outlet closer to the gas outlet also has a positive effect, but already a much lower positive effect in terms of selectivity as the use of the catalysts of the invention the closer to the gas inlet catalyst layers. The novel catalysts and / or their precursor catalysts according to the invention are introduced into the reaction tubes of a reactor in layers. The various layers may in this case consist of catalysts according to the invention and not according to the invention.
Es ist ebenfalls denkbar, in einer Lage eine Schüttung eines Gemisches aus mindestens einem erfindungsgemäßen Katalysator und mindestens einem nicht erfindungsgemäßen Katalysator zu verwenden und diese Schüttung alleine oder in Kombination mit weiteren Katalysatorlagen aus erfindungsgemäßen und/oder nicht erfindungsgemäßen Katalysatoren zu verwenden.It is also conceivable to use in one layer a bed of a mixture of at least one catalyst according to the invention and at least one catalyst not according to the invention and to use this bed alone or in combination with further catalyst layers of inventive and / or non-inventive catalysts.
Die Reaktionsrohre werden hierbei von außen thermostatisiert, was im Allgemeinen mittels einer Salzschmelze geschieht, welche die Rohre umspült.The reaction tubes are in this case thermostated from the outside, which is generally done by means of a salt melt, which flows around the pipes.
Beim Aufheizen des Reaktors mit den neu mit Katalysator befüllten Reaktionsrohren und/oder bei der anschließenden thermischen Behandlung des Katalysators entsteht aus der Vorstufe des Katalysators der eigentlich aktive Katalysator, indem der organische Binder herausgebrannt wird und sich die jeweiligen in der Katalysatorsuspension verwendeten Rohstoffquellen im Allgemeinen in die entsprechenden oxidischen Verbindungen umwandeln. Zudem kann sich je nach Art der Mischmetallverbindungen auch deren chemische Zusammensetzung und/oder ihre kristalline Struktur verändern. Über eine derart thermisch behandelte Katalysatorschüttung bestehend aus mindestens einem erfindungsgemäßen Katalysator wird das Reaktionsgas bei Temperaturen von 250-550°c , insbesondere bei 330 bis 5000C und bei einem Überduck von im Allgemeinen 0,1 bis 2,5 bar vorzugsweise 0,3 bis 1 ,5 bar geleitet, wobei die Raumgeschwindigkeit im allgemeinen 1000 bis 5000 h (-1) beträgt.When the reactor is heated with the reaction tubes newly filled with catalyst and / or during the subsequent thermal treatment of the catalyst, the actually active catalyst is formed from the precursor of the catalyst by burning out the organic binder and generally using the respective raw material sources used in the catalyst suspension convert the corresponding oxidic compounds. In addition, depending on the nature of the mixed metal compounds, their chemical composition and / or their crystalline structure may also change. About such a thermally treated catalyst bed consisting of at least one catalyst according to the invention, the reaction gas at temperatures of 250-550 ° C, especially at 330 to 500 0 C and at a Überduck of generally 0.1 to 2.5 bar, preferably 0.3 to 1, 5 bar passed, the space velocity is generally 1000 to 5000 h (-1).
Das dem Katalysator zugeführte Reaktionsgas wird im allgemeinen durch Vermischen von einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas, vorzugsweise Luft, das außer Sauerstoff noch geeignete Reaktionsmoderatoren und oder Verdünnungsmittel wie Dampf, Stickstoff und/oder Kohlendioxid, enthalten kann, mit dem zu oxidierenden aromatischen Kohlenwasserstoff erzeugt, wobei das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas im Allgemeinen 1 bis 100 Vol.-% und besonders bevorzugt 10 bis 30 Vol.-% Sauerstoff, 0 bis 30 Vol.- Wasserdampf, vorzugsweise 0 bis 20 Vol.-% Wasserdampf sowie 0 bis 50% Vol.-%, vorzugsweise 0 bis 1 Vol.-% Kohlendioxid, Rest Stickstoff enthalten kann. Zu der Bildung des Reaktionsgases wird das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas im Allgemeinen mit 20 bis 200 g je Nm3 und besonders bevorzugt mit 60 bis 120 g je Nm3 des zu oxidierenden aromatischen Kohlenwasserstoffes gemischt.The reaction gas supplied to the catalyst is generally produced by mixing a molecular oxygen-containing gas, preferably air, which may contain, besides oxygen, still suitable reaction moderators and or diluents such as steam, nitrogen and / or carbon dioxide, with the aromatic hydrocarbon to be oxidized the molecular oxygen-containing gas is generally 1 to 100% by volume and more preferably 10 to 30% by volume oxygen, 0 to 30% by volume steam, preferably 0 to 20% by volume water vapor and 0 to 50% by volume. -%, preferably 0 to 1 vol .-% carbon dioxide, the rest may contain nitrogen. To form the reaction gas, the gas containing molecular oxygen is generally mixed at 20 to 200 g per Nm 3, and more preferably at 60 to 120 g per Nm 3 of the aromatic hydrocarbon to be oxidized.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur partiellen Oxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden, welche sich besonders vorteilhaft zur Oxidation von o-Xylol und/oder Napthhalin zu Phthalsäureanhydrid erweist, wird der aromatische Kohlenwasserstoff zunächst an einer Schüttung des erfindungsgemäßen Katalysators nur teilweise umgesetzt zu einem Reaktionsgemisch aus Ausgangsstoff, Zwischenprodukten und Endprodukt und dieses Gemisch mit wenigsten einem weiteren Katalysator umgesetzt, der ebenfalls erfindungsgemäß sein kann oder ein dem Stand der Technik entsprechender Katalysator sein kann.In a preferred embodiment of the process for the partial oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides, which proves to be particularly advantageous for the oxidation of o-xylene and / or napthhalin to phthalic anhydride, the aromatic hydrocarbon is first on a bed of the catalyst of the invention only partially converted to a reaction mixture of starting material, intermediates and end product and this mixture reacted with at least one further catalyst, which may also be according to the invention or may be a catalyst according to the prior art.
Die Reaktion kann jedoch auch mit mehr als einem Reaktor durchgeführt werden, wobei jeder Reaktor für sich auf unterschiedliche Reaktionstemperaturen thermostatisiert sein kann und wenigstens eine Katalysatorschüttung mit mindestens einer Katalysatorlage enthält. Es genügt für das erfindungsgemäße Verfahren hierbei, wenn wenigsten einer dieser Reaktoren eine Lage mit einem erfindungsgemäßen Katalysator aufweist. Für die Herstellung von Phthalsäureanhydrid aus o-Xylol enthält das teilumgesetzte Reaktionsgas nach Durchlauf einer oder auch mehrerer Katalysatorlagen mit erfindungsgemäßen Katalysator neben dem gewünschten Produkt Phthalsäureanhydrid auch noch eine wesentliche Menge an nicht umgesetzten o- XyIoI und Zwischenprodukte wie o-Tolylaldehyd und o-Tolylsäure und Phthalid.However, the reaction can also be carried out with more than one reactor, wherein each reactor can be thermostated individually at different reaction temperatures and contains at least one catalyst bed with at least one catalyst layer. It suffices for the process according to the invention in this case if at least one of these reactors has a layer with a catalyst according to the invention. For the preparation of phthalic anhydride from o-xylene, the partially reacted reaction gas after passing through one or more catalyst layers with catalyst according to the invention in addition to the desired product phthalic anhydride also contains a substantial amount of unreacted o-xyloxy and intermediates such as o-tolualdehyde and o-toluic acid and phthalide.
Anschließend wird in der Regel das Produktgemisch ohne weitere Auftrennung über mindestens eine weitere Katalysatorlage geleitet, die sich hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung und Aktivität von dem erfindungsgemäßen Katalysator unterscheidet um die vollständige Umsetzung des Rohstoffes bzw die Oxidation der Unteroxidationsprodukte zu Phthalsäureanhydrid zu gewährleisten.Subsequently, the product mixture is passed without further separation over at least one further catalyst layer, which differs in terms of their chemical composition and activity of the catalyst according to the invention to ensure complete conversion of the raw material or the oxidation of the suboxidation to phthalic anhydride.
Weiterhin ist eine Abtrennung des nicht umgesetzten o-Xylols nach Durchlaufen derFurthermore, a separation of the unreacted o-xylene after passing through the
Katalysatorschüttung mit dem erfindungsgemäßen Katalysator denkbar, bevor das Reaktionsgas einer oder mehreren weiteren Katalysatorschüttungen zugeführt wird.Catalyst bed with the catalyst according to the invention conceivable before the reaction gas is fed to one or more further catalyst beds.
Eine solche Variante ist jedoch technisch nur mit relativ großen Aufwand realisierbar.However, such a variant is technically feasible only with relatively great effort.
Es ist deshalb bevorzugt, dass das Reaktionsgemisch nacheinander ohne Abtrennung von Ausgangstoffen oder Zwischenprodukten mehrere Katalysatorlagen durchläuft, wobei mindestens eine dieser Katalysatorlagen, bevorzugt die näher zum Gaseintritt gelegenen Lage(n), eine Schüttung eines erfindungsgemäßen Katalysators enthält.It is therefore preferred that the reaction mixture successively passes through several catalyst layers without separation of starting materials or intermediates, wherein at least one of these catalyst layers, preferably the position (s) closer to the gas inlet, contains a bed of a catalyst according to the invention.
Im Allgemeinen wird der erfindungsgemäße Katalysator zusammen mit mindestens einer weiteren oder auch mehreren Katalysatorlagen verwendet, wobei mindestens eine der Katalysatorlagen vom Gaseintritt bis einschließlich zur Lage mit dem höchsten Hot Spot gelegenen Katalysatorlagen einen erfindungsgemäßenIn general, the catalyst according to the invention is used together with at least one further or several catalyst layers, wherein at least one of the catalyst layers from the gas inlet up to and including the layer with the highest hot spot located catalyst layers according to the invention
Katalysator enthält der im Allgemeinen aus 1 bis 40 Gewichts-% Vanadiumpentoxid, berechnet als V2O5, 50 bis 99 Gewichts-% Titandioxid, berechnet als TiO2, bis zu 1 Gewichts-% einer Alkalimetallverbindung , berechnet als Akalimetall, bevorzugtCatalyst generally contains from 1 to 40% by weight of vanadium pentoxide, calculated as V2O5, 50 to 99% by weight of titanium dioxide, calculated as TiO2, up to 1% by weight of an alkali metal compound, calculated as alkali metal
Cäsium, bis zu 1 ,5 Gewichts-% einer Phosphorverbindung, berechnet als P, bis zuCesium, up to 1.5% by weight of a phosphorus compound, calculated as P, up to
10 Gewichts-% einer Antimonverbindung, berechnet als Sb2O3 und bis zu 1510% by weight of an antimony compound, calculated as Sb 2 O 3 and up to 15
Gewichts-% mindestens eines Mischelementoxids des Silbers mit mindestens einem der bereits zuvor beschriebenen Elemente und/oder bis zu 10 Gewichts-% eines Mischelementoxids des Vanadiums mit mindestens einem der bereits zuvor beschriebenen Elemente besteht. Die in Kombination hierzu verwendeten Katalysatoren die im Allgemeinen in Lagen verwendet werden, die näher zum Gasaustritt liegen und nach der Lage mit dem höchsten Hot Spot folgen, basieren zumeist auf nicht erfindungsgemäßen Katalysatoren auf Basis von Titandioxid/V205, enthalten aber keine Mischelementoxide des Silbers und/oder des Vanadiums. Es können jedoch auch ausschließlich erfindungsgemäße Katalysatoren in allen Lagen verwendet werden. Hierbei unterscheiden sich in der Regel die Katalysatoren in Art und Menge der in der Aktiven Masse vorhandenen Mischmetalloxide.Weight% of at least one Mischelementoxids of silver with at least one of the previously described elements and / or up to 10% by weight of a Mischelementoxides of vanadium with at least one of the elements previously described. The catalysts used in combination generally used in layers which are closer to the gas outlet and follow the position with the highest hot spot, are based mostly on non-inventive catalysts based on titanium dioxide / V205, but contain no mixed element oxides of silver and / or vanadium. However, it is also possible to use exclusively catalysts according to the invention in all layers. In this case, the catalysts generally differ in the type and amount of mixed metal oxides present in the active composition.
Die in Kombination mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren verwendeten nicht erfindungsgemäßen Katalysatoren aus dem Stand der Technik weisen in der Regel einen Titandioxid-Gehalt von 60-99 Gewichts-%, einen Vanadiumoxid-Gehalt von 1 bis 40 Gewichts-%, einen Alkalimetall-Gehalt bis zu 1 Gewichts-%, einen Phosphorgehalt von bis zu 1 ,5 Gewichts-% und einen Antimongehalt von bis zu 10 Gewichts-% auf.The catalysts of the prior art used in combination with the catalysts of the invention generally have a titanium dioxide content of 60-99% by weight, a vanadium oxide content of 1 to 40% by weight, an alkali metal content up to 1% by weight, a phosphorus content of up to 1.5% by weight and an antimony content of up to 10% by weight.
Unberührt der oben beschriebenen Zusammensetzungen können die aktiven Massen der erfindungs- und/oder nicht erfindungsgemäßen Katalysatoren noch geringen Mengen weitere oxidischer Verbindungen zur Aktivitäts- und Selektivitätsteuerung enthalten.Unaffected by the above-described compositions, the active materials of the catalysts according to the invention and / or not according to the invention may contain small amounts of further oxidic compounds for activity and selectivity control.
BeispieleExamples
Herstellung der Katalysatoren Die verschiedenen Komponenten der Katalysatorsuspension werden nacheinander als Lösungen und/oder als Pulver in deionisiertes Wasser gegeben und die entstehende Suspension vorteilhaft mindestens 12 h gerührt. Als Rohstoffquellen für die im erfindungsgemäßen Katalysator enthaltenen Komponenten werden vorteilhaft Titandioxid in der Anatasmodfikation, V2O5 beziehungsweise Vanadyloxalat, Cäsiumsulfat, Ammoniumdihydrogenphosphat, Antimontrioxid, Wismutvanadat und Silbervanadat, Silbermolybdat, Silberwolframat und/oder andere Mischmetalloxide des Silbers und Vanadiums verwendet.Preparation of the Catalysts The various components of the catalyst suspension are added successively as solutions and / or as a powder in deionized water, and the resulting suspension is advantageously stirred for at least 12 hours. Titanium dioxide in the anatase modification, V2O5 or vanadyl oxalate, cesium sulfate, ammonium dihydrogen phosphate, antimony trioxide, bismuth vanadate and silver vanadate, silver molybdate, silver tungstate and / or other mixed metal oxides of silver and vanadium are advantageously used as raw material sources for the components contained in the catalyst according to the invention.
Anschließend wird ein organischer Binder in Form einer wässrigen Dispersion eines Vinylacetat-Copolymers zu der wässrigen Katalysatorsuspension gegeben und die insgesamt etwa 20 bis 25%ige Suspension noch weitere 30 Minuten gerührt. Danach wird eine entsprechende Menge der wässrigen Suspension, welche die Aktivstoffe und/oder deren Vorläuferverbindungen und den organischen Binder enthält, im Sprühverfahren auf den inerten Träger (Steatit-Ringe mit 7x7x4 mm beziehungsweise 8x6x5 mm Abmessung) aufgebracht, bis eine bestimmte Menge an der kleberhaltigen Suspension auf die Ringe aufgebracht ist, so dass sich nach der Kalzinierung, die in den Beispielen angegebene Aktive Masse ergibt.Subsequently, an organic binder in the form of an aqueous dispersion of a vinyl acetate copolymer is added to the aqueous catalyst suspension and the total of about 20 to 25% suspension is stirred for a further 30 minutes. Thereafter, an appropriate amount of the aqueous suspension, which contains the active ingredients and / or their precursor compounds and the organic binder, spray applied to the inert support (steatite rings with 7x7x4 mm or 8x6x5 mm dimension) until a certain amount of the adhesive-containing Suspension is applied to the rings, so that results after calcination, the active mass given in the examples.
Der Aktivmasse-Anteil (Anteil der katalytisch aktiven Stoffe ohne Bindemittel) bezieht sich jeweils auf den Anteil der katalytisch aktiven Masse an dem Gesamtgewicht des Katalysators einschließlich des Trägers in der jeweiligen Katalysatorlage, bestimmt nach Kalzinierung über 4 h bei 4000C.The proportion of active material (proportion of catalytically active substances without binder) in each case refers to the proportion of the catalytically active composition in the total weight of the catalyst, including the support in the respective catalyst layer, determined after calcining at 400 ° C. for 4 h.
Der angegebene Gehalt an Phosphor bezieht sich auf die bei der Katalysatorsuspensions-Herstellung zugegebenen Menge einer Phosphorverbindung. Es ist dem Fachmann bekannt, dass der tatsächliche Gehalt an Phosphor in der Aktiven Masse davon abweichen kann, je nachdem wie stark das verwendete TiO2 mit Phosphorverbindungen verunreinigt ist.The stated content of phosphorus refers to the amount of a phosphorus compound added in the catalyst suspension preparation. It is known to those skilled in the art that the actual content of phosphorus in the active mass may vary depending on how heavily the TiO 2 used is contaminated with phosphorus compounds.
Oxidationsreaktionoxidation reaction
In einem Rohrreaktor mit einem Reaktionsrohr aus Eisen mit einem inneren Durchmesser von 25 mm und einer Länge von 3,7 m, welches von einem Salzbad umspült ist, wird das betreffende mehrlagige Katalysatorsystem eingefüllt, wobei in den beschriebenen Beispielen jeweils die R1-Lage am nächsten zum Gaseintritt liegt und die R4-Lage beziehungsweise die R5-Lage am nächsten zum Gasaustritt liegt.In a tubular reactor with a reaction tube made of iron with an inner diameter of 25 mm and a length of 3.7 m, which is bathed by a salt bath, the relevant multilayer catalyst system is filled, wherein in the examples described in each case the R1 layer next to the gas inlet and the R4 layer or the R5 layer is closest to the gas outlet.
Im Reaktionsrohr befand sich zentrisch angeordnet eine Thermohülse von 2mm mit eingebauten Zugelement zur Temperaturmessung. Durch das Reaktionsrohr wurden stündlich von oben nach unten 4 Nm3 Luft mit einer Beladung von ca. 30 bis 70 g- Xylol/Nm3 Luft bei einer Salzbadtemperatur von 340-3800C geleitet.In the reaction tube was centrally arranged a thermowell of 2mm with built-in tension element for temperature measurement. 4 Nm 3 of air at a loading of about 30 to 70 g-xylene / Nm 3 air were passed through the reaction tube hourly from top to bottom at a salt bath temperature of 340-380 0 C.
Zur Bestimmung der katalytischen Leistungsdaten wird das aus dem Reaktionsrohr, austretende Reaktionsgas durch einen ölgekühlten Kondenser geleitet, indem sich insbesondere das gebildete Phthalsäureanhydrid weitgehend vollständig und Nebenprodukte wie Benzoesäure, Maleinsäureanhydrid und Phthalid nur teilweise abscheiden. Das in den Kondensern abgeschiedene Roh-PSA wird mittels Heißöl abgeschmolzen, aufgefangen, verwogen und anschließend der Gehalt an Phthalsäureanhydrid durch GC-Analyse bestimmt.To determine the catalytic performance data, the reaction gas leaving the reaction tube is passed through an oil-cooled condenser, in particular by the fact that most of the phthalic anhydride formed is only completely separated off and by-products such as benzoic acid, maleic anhydride and phthalide are only partially precipitated. The separated in the condensers raw PSA is using hot oil melted, collected, weighed and then determined the content of phthalic anhydride by GC analysis.
Die in den Beispielen angegebene Roh- PSA-Ausbeute errechnet sich wie folgt:The raw PSA yield given in the examples is calculated as follows:
Roh-PSA-Ausbeute (Gewichts-%) = (Menge Roh-PSA (g) x Reinheit Roh-PSA (%)) / (Zulauf o-Xylol (g) x Reinheit o-Xylol (%))Crude PSA yield (% by weight) = (amount of raw PSA (g) x purity of crude PSA (%)) / (feed of o-xylene (g) x purity of o-xylene (%))
Die so ermittelte Ausbeute an festem PSA wird trotz Abzug der darin enthaltenden Nebenprodukte als Roh-PSA-Ausbeute bezeichnet, da man als Rein-PSA im Allgemeinen ein nach der thermischen Vorbehandlung und destillativen Aufarbeitung erhaltenes Produkt bezeichnet. Dies ist dem Fachmann ebenfalls geläufig.Despite the deduction of the by-products contained therein, the yield of solid PSA thus determined is referred to as the crude PSA yield, since the pure PSA is generally a product obtained after the thermal pretreatment and distillative work-up. This is also familiar to the person skilled in the art.
Da die Umsetzung des o-Xylols in jedem Fall nahezu 100% ist, korrespondiert die so ermittelte Roh-Ausbeute direkt mit der Selektivität des Katalysatorsystems.Since the conversion of o-xylene in each case is almost 100%, the raw yield thus determined corresponds directly to the selectivity of the catalyst system.
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel): Katalysatorsystem A (4 Lagen)Example 1 (Comparative Example): Catalyst System A (4 layers)
Bei diesem Katalysatorsystem handelt es sich um ein Mehrlagensystem mit vier verschiedenen Lagen. Die einzelnen Schüttungen dieses Vergleichskatalysators enthalten kein Mischelementoxid des Silbers. This catalyst system is a multi-layer system with four different layers. The individual beds of this comparative catalyst contain no mixed element oxide of the silver.
Bei einer Beladung von 50 bis 65g o-Xylol pro Nm3 Luft und einer Luftmenge von insgesamt 4,0 Nm3 pro Stunde und 344 bis 347°C SBT wurde das im Beispiel 1 beschriebene Katalysatorsystem A getestet.At a loading of 50 to 65 g of o-xylene per Nm 3 of air and a total air flow of 4.0 Nm 3 per hour and 344 to 347 ° C SBT the catalyst system A described in Example 1 was tested.
Hierbei wurde eine durchschnittliche Roh-PSA-Ausbeute (bezogen auf 100% o-Xylol Reinheit) nach der Einfahrphase von 113,4 Gewichts-% erzielt und der Phthalidgehalt im Roh-PSA lag bei 0,01 Gewichts-%. In this case, an average raw PSA yield (based on 100% o-xylene purity) after the break-in of 113.4% by weight was achieved and the phthalide content in the raw PSA was 0.01% by weight.
Beispiel 2 (erfindunqsqemäß): Katalysatorsystem B (4 Lagen)Example 2 (Inventive): Catalyst System B (4 layers)
Bei einer Beladung von 58 bis 63g o-Xylol pro Nm3 Luft und einer Luftmenge von insgesamt 4,0 Nm3 pro Stunde und 346 bis 352°C SBT wurde das im Beispiel 2 beschriebene Katalysatorsystem B getestet. Hierbei wurde eine durchschnittliche Roh-PSA-Ausbeute (bezogen auf 100% o-Xylol Reinheit) nach der Einfahrphase von 114,0 Gewichts-% erzielt und der Phthalidgehalt im Roh-PSA lag bei 0,06 Gewichts- %. At a loading of 58 to 63 g of o-xylene per Nm 3 of air and a total air flow of 4.0 Nm 3 per hour and 346 to 352 ° C SBT the catalyst system B described in Example 2 was tested. In this case, an average raw PSA yield (based on 100% o-xylene purity) was achieved after the run-in phase of 114.0% by weight and the phthalide content in the crude PSA was 0.06% by weight.
Beispiel 3 (erfindungsgemäß): Katalysatorsystem C (4 Lagen)Example 3 (according to the invention): Catalyst system C (4 layers)
Bei einer Beladung von 58 bis 65g o-Xylol pro Nm3 Luft und einer Luftmenge von insgesamt 4,0 Nm3 pro Stunde und 346 bis 347°C SBT wurde das im Beispiel 3 beschriebene Katalysatorsystem C getestet. Hierbei wurde eine durchschnittliche Roh-PSA-Ausbeute (bezogen auf 100% o-xylol Reinheit) nach der Einfahrphase von 115,3 Gewichts-% erzielt und der Phthalidgehalt im Roh-PSA lag bei 0,04 Gewichts- %. At a loading of 58 to 65 g of o-xylene per Nm 3 of air and a total air flow of 4.0 Nm 3 per hour and 346 to 347 ° C SBT the catalyst system C described in Example 3 was tested. In this case, an average raw PSA yield (based on 100% o-xylene purity) was achieved after the run-in phase of 115.3% by weight and the phthalide content in the crude PSA was 0.04% by weight.
Beispiel 4 (erfindungsgemäß): Katalysatorsystem D (4 Lagen)Example 4 (Inventive): Catalyst System D (4 layers)
Bei einer Beladung von 57 bis 69g o-Xylol pro Nm3 Luft und einer Luftmenge von insgesamt 4,0 Nm3 pro Stunde und 346 bis 348°C SBT wurde das im Beispiel 4 beschriebene Katalysatorsystem D getestet. Hierbei wurde eine durchschnittliche Roh-PSA-Ausbeute (bezogen auf 100% o-xylol Reinheit) nach der Einfahrphase von 113,9 Gewichts-% erzielt und der Phthalidgehalt im Roh-PSA lag bei durchschnittlich 0,02 Gewichts-%. At a loading of 57 to 69 g of o-xylene per Nm 3 of air and a total air flow of 4.0 Nm 3 per hour and 346 to 348 ° C SBT the catalyst system D described in Example 4 was tested. In this case, an average raw PSA yield (based on 100% o-xylene purity) was achieved after the run-in phase of 113.9% by weight, and the phthalide content in the crude PSA averaged 0.02% by weight.
Beispiel 5 (erfindungsgemäß): Katalysatorsystem E (4 Lagen)Example 5 (according to the invention): Catalyst system E (4 layers)
Bei einer Beladung von 52 bis 62g o-Xylol pro Nm3 Luft und einer Luftmenge von insgesamt 4,0 Nm3 pro Stunde und 347 bis 3480C SBT wurde das im Beispiel 5 beschriebene Katalysatorsystem E getestet. Hierbei wurde eine durchschnittliche Roh-PSA-Ausbeute (bezogen auf 100% o-xylol Reinheit) nach der Einfahrphase von 114,2 Gewichts-% erzielt und der Phthalidgehalt im Roh-PSA lag bei durchschnittlich 0,01 Gewichts-%. At a loading of 52 to 62 g of o-xylene per Nm 3 of air and a total air flow of 4.0 Nm 3 per hour and 347 to 348 0 C SBT the catalyst system E described in Example 5 was tested. In this case, an average raw PSA yield (based on 100% o-xylene purity) was achieved after the run-in of 114.2% by weight and the phthalide content in the crude PSA was on average 0.01% by weight.
Beispiel 6 (Verqleichsbeispiel): Katalysatorsystem F (5 Lagen)Example 6 (Comparative Example): Catalyst System F (5 layers)
Bei einer Beladung von 58 bis 61 o-Xylol pro Nm3 Luft und einer Luftmenge von insgesamt 4 Nm3 pro Stunde und 350 bis 354°C SBT wurde das im Beispiel 6 beschriebene Katalysatorsystem F getestet. Hierbei wurde eine durchschnittliche Roh-PSA-Ausbeute (bezogen auf 100% o-Xylol Reinheit) von 113,1 Gewichts-% nach der Einfahrphase erzielt und der Phthalidgehalt im Roh-PSA lag bei 0,01 Gewichts-%%. At a loading of 58 to 61 o-xylene per Nm 3 of air and a total amount of air of 4 Nm 3 per hour and 350 to 354 ° C SBT, the catalyst system F described in Example 6 was tested. In this case, an average raw PSA yield (based on 100% o-xylene purity) of 113.1% by weight was achieved after the run-in phase and the phthalide content in the crude PSA was 0.01% by weight.
Beispiel 6 (erfindunqsgemäß): Katalysatorsystem G (5 Lagen)Example 6 (Inventive): Catalyst System G (5 layers)
Bei einer Beladung von 58 bis 75 g o-Xylol pro Nm3 Luft und einer Luftmenge von insgesamt 4 Nm3 pro Stunde und 348 bis 350 0C SBT wurde das im Beispiel 6 beschriebene Katalysatorsystem G getestet. Hierbei wurde eine durchschnittliche Roh-PSA-Ausbeute (bezogen auf 100% o-Xylol Reinheit) von 114,8 Gewichts-% nach der Einfahrphase erzielt und der Phthalidgehalt im Roh-PSA lag bei 0,03 Gewichts-%. At a loading of 58 to 75 g of o-xylene per Nm 3 of air and a total amount of air of 4 Nm 3 per hour and 348 to 350 0 C SBT the catalyst system G described in Example 6 was tested. An average raw PSA yield (based on 100% o-xylene purity) of 114.8% by weight after the run-in phase was achieved and the phthalide content in the crude PSA was 0.03% by weight.
Tabellei:Table I:
Leistungsdaten der erfindungsgemäßen KatalysatorenPerformance data of the catalysts of the invention
Aus dem Vergleich der Beispiele 2 bis 5 und dem Vergleichsbeispiel 1 wird ersichtlich, dass die Verwendung von Mischelementoxiden des Silbers als Rohstoffquelle zur zur Herstellung einer Katalysatorsuspension für einen Katalysator in der ersten am nächsten zum Gaseintritt gelegenen Katalysatorlage zu einer deutlichen Selektivitätssteigerung führt.From the comparison of Examples 2 to 5 and Comparative Example 1, it can be seen that the use of mixed element oxides of silver as a source of raw material to produce a catalyst suspension for a catalyst in the first catalyst layer closest to the gas inlet results in a marked increase in selectivity.
Aus dem Vergleich des Beispiels 7 mit dem Vergleichsbeispiel 6 wird ersichtlich, dass die Verwendung von Silbervanadat in der Aktiven Masse der Hot Spot- Katalysatorlage auch bei Einsatz in wenigsten einer der ersten Katalysatorlage nachfolgenden Katalysatorlage eine Verbesserung der Selektivität zur Folge hat. It can be seen from the comparison of Example 7 with Comparative Example 6 that the use of silver vanadate in the active mass of the hot spot catalyst layer results in an improvement in the selectivity even when used in at least one of the catalyst layers following the first catalyst layer.

Claims

Patentansprüche claims
1. Katalysator für die katalytische Gasphasenoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden, insbesondere zu Phthalsäureanhydrid,1. Catalyst for the catalytic gas-phase oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic acid anhydrides, in particular to phthalic anhydride,
wobei die aktive Masse Vanadiumoxid, bevorzugt Vanadiumpentoxid,wherein the active composition is vanadium oxide, preferably vanadium pentoxide,
Titandioxid, bevorzugt in der Anatas-Modifikation, und mindestens ein Mischelementoxid des Silbers mit definierten Elementen, bevorzugt Vanadium und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Niob und/oder Antimon, und/oder ein Mischelementoxid des Vanadiums mit definierten Elementen, bevorzugt Wismut und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Antimon und/oder Niob, aufweist, undTitanium dioxide, preferably in the anatase modification, and at least one mixed element oxide of the silver with defined elements, preferably vanadium and / or molybdenum and / or tungsten and / or niobium and / or antimony, and / or a mixed element oxide of the vanadium with defined elements, preferably Bismuth and / or molybdenum and / or tungsten and / or antimony and / or niobium, and
wobei bei der Herstellung des Katalysators, insbesondere bei der Herstellung einer Katalysatorsuspension oder eines für die Beschichtung eines Trägers benötigten Pulvergemisches, mindestens ein Mischelementoxid des Silbers und/oder des Vanadiums und/oder mindestens eine Vorläuferverbindung, insbesondere mindestens eine mehrkernige Vorläuferverbindung, mindestens eines Mischelementoxides des Silbers und/oder des Vanadiums als Rohstoffquelle eingesetzt ist.at least one mixed element oxide of silver and / or vanadium and / or at least one precursor compound, in particular at least one polynuclear precursor compound, at least one mixed element oxide of the catalyst in the preparation of the catalyst, in particular in the preparation of a catalyst suspension or a powder mixture required for the coating of a carrier Silver and / or vanadium is used as a source of raw materials.
2. Katalysator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Masse 0,01 bis 15 Gewichts-%, bevorzugt 0,01 bis 10 Gewichts-%, höchst bevorzugt 0,01 bis 5 Gewichts-%, eines Mischelementoxides des Silbers aufweist.2. A catalyst according to claim 1, characterized in that the active composition comprises 0.01 to 15% by weight, preferably 0.01 to 10% by weight, most preferably 0.01 to 5% by weight, of a Mischelementoxides of silver.
3. Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mischelementoxid des Silbers ein Mischelementoxid mit mindestens einem weiteren Element aus der Gruppe von Vanadium, Molybdän, Wolfram, Niob, Tantal, Chrom, Titan, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Cadmium, Gold, Zinn, Zirkonium, Antimon, Arsen, Cer, Lanthan, Wismut, Hafnium, Blei, Bor, Aluminium, Ruthenium, Rhenium, Palladium, Rhodium ist. 3. Catalyst according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one mixed element oxide of silver, a mixed element oxide with at least one further element from the group of vanadium, molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, chromium, titanium, manganese, iron, cobalt, Nickel, copper, zinc, cadmium, gold, tin, zirconium, antimony, arsenic, cerium, lanthanum, bismuth, hafnium, lead, boron, aluminum, ruthenium, rhenium, palladium, rhodium.
4. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Masse 0,01 bis 10 Gewichts-%, bevorzugt 0,01 bis 5 Gewichts-%, eines Mischelementoxides des Vanadiums aufweist.4. Catalyst according to one of claims 1 to 3, characterized in that the active composition comprises 0.01 to 10% by weight, preferably 0.01 to 5% by weight, of a Mischelementoxides of vanadium.
5. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Mischelementoxid des Vanadiums ein Mischelementoxid mit mindestens einem weiteren Element aus der Gruppe von Wismut, Antimon, Molybdän, Wolfram, Chrom, Lanthan, Cer, Eisen, Mangan, Niob, Tantal, Rhenium, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Gold, Cadmium, Blei, Zinn, Bor, Titan, Zirkonium, Hafnium, Aluminium, Arsen, Ruthenium, Rhodium,5. Catalyst according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one mixed element oxide of vanadium a Mischelementoxid with at least one further element from the group of bismuth, antimony, molybdenum, tungsten, chromium, lanthanum, cerium, iron, manganese, Niobium, tantalum, rhenium, cobalt, nickel, copper, zinc, gold, cadmium, lead, tin, boron, titanium, zirconium, hafnium, aluminum, arsenic, ruthenium, rhodium,
Palladium ist.Palladium is.
6. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vanadiumoxid-Gehalt der aktiven Masse 1 bis 40 Gewichts-%, berechnet als V2O5, und der Titandioxidgehalt der aktiven Masse 50 bis 996. A catalyst according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the vanadium oxide content of the active composition 1 to 40% by weight, calculated as V 2 O 5 , and the titanium dioxide content of the active material 50 to 99
Gewichts-%, berechnet als TiO2, beträgt.Weight%, calculated as TiO 2 , is.
7. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Masse 0 bis 10 Gewichts-% einer Antimonverbindung, berechnet als Sb2θ3, und/oder 0 bis 1 Gewichts-% einer Verbindung mindestens eines Elementes aus der Gruppe von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, jeweils berechnet als Alkalimetall, und/oder 0 bis 1 ,5 Gewichts-% einer Phosphorverbindung, berechnet als P, aufweist.7. Catalyst according to one of claims 1 to 6, characterized in that the active composition 0 to 10% by weight of an antimony compound, calculated as Sb 2 θ 3 , and / or 0 to 1% by weight of a compound of at least one element of the Group of lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, each calculated as alkali metal, and / or 0 to 1, 5% by weight of a phosphorus compound, calculated as P comprises.
8. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Masse AgVOß und/oder Ag2MoO4 und/oder Ag2WO4 und/oder BiVO4 aufweist.8. Catalyst according to one of claims 1 to 7, characterized in that the active material AgVO ß and / or Ag 2 MoO 4 and / or Ag 2 WO 4 and / or BiVO 4 has.
9. Katalysator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorgegebene Menge an AgVOß und/oder Ag2MoO4 und/oder Ag2WO4 und/oder9. A catalyst according to claim 8, characterized in that a predetermined amount of AgVO ß and / or Ag 2 MoO 4 and / or Ag 2 WO 4 and / or
BiVO4 und/oder mindestens eine Vorläuferverbindung dieser Verbindungen bei der Herstellung des Katalysators als Rohstoffquelle eingesetzt ist.BiVO 4 and / or at least one precursor compound of these compounds is used in the preparation of the catalyst as a source of raw material.
10. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die als Rohstoffquelle bei der Herstellung des Katalysators verwendeten10. A catalyst according to any one of claims 1 to 9, characterized in that used as a source of raw material in the preparation of the catalyst
Mischelementoxide und/oder Mischelementoxid-Vorläuferverbindungen des Mischelementoxides oder der Mischelementoxide von Silber und/oder Vanadium vor deren Verwendung als Rohstoffquelle bei der Katalysatorherstellung bei deren Herstellung aus der Reaktionsmischung isoliert werden oder die betreffende Reaktionsmischung direkt als Rohstoffquelle bei der Katalysatorherstellung eingesetzt wird.Mixed element oxides and / or mixed element oxide precursor compounds of Mischelementoxides or the mixed element oxides of silver and / or vanadium are isolated before use as a source of raw material in the catalyst production during their preparation from the reaction mixture or the reaction mixture in question is used directly as a source of raw material in the catalyst production.
11. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelementoxid des Silbers folgende nachstehende Formel (I) aufweist:A catalyst according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the mixed element oxide of silver has the following formula (I) below:
Agx My Nz On (Formel I) mitAg x My N z O n (formula I) with
Ag = Silber x = 0,01 bis 100, insbesondere 0,1 bis 10,Ag = silver x = 0.01 to 100, in particular 0.1 to 10,
M = ein Element ausgewählt aus der Gruppe Li, Na, K, Rb, Cs, P, Mg, Ca,M = an element selected from the group Li, Na, K, Rb, Cs, P, Mg, Ca,
Sr, Ba, Tl, y = 0 bis 1Sr, Ba, Tl, y = 0 to 1
N = mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Cu, Au, Zn, Cd, Sn, Pb, B, AI, Bi, Sb, As, Ti, Zr, Hf, Ce, La z = 1N = at least one element selected from the group V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Cu, Au, Zn, Cd, Sn, Pb, B , Al, Bi, Sb, As, Ti, Zr, Hf, Ce, La z = 1
O = Sauerstoff n = eine Zahl, die sich durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in der Formel I bestimmt,O = oxygen n = a number which is determined by the valence and frequency of the elements other than oxygen in the formula I,
12. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Mischelementoxid des Vanadiums nachstehende Formel (II) aufweist:12. Catalyst according to one of claims 1 to 11, characterized in that the mixed element oxide of vanadium has the following formula (II):
Ma Nb Vc Od (Formel ll) mit M = mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Cu, Au, Zn, Cd, Sn1 Pb, B, AI, Bi, Sb, As, Ti, Zr, Hf, Ce, La a = 0,01 bis 100M a N b V c O d (formula II) with M = at least one element selected from the group consisting of Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Cu, Au, Zn, Cd, Sn 1 Pb, B, Al , Bi, Sb, As, Ti, Zr, Hf, Ce, La a = 0.01 to 100
N = mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Tl, P b = O bis 1 ,N = at least one element selected from the group Li, Na, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Tl, Pb = O to 1,
V = Vanadium c = 1V = vanadium c = 1
O = Sauerstoff d = eine Zahl, die sich durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in der Formel Il bestimmt.O = oxygen d = a number determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in formula II.
13. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Vanadiumquelle zur Herstellung des Katalysators V2O5 und/oder Vanadiumoxalat und/oder V6O^ und/oder NH4VO3 und/oder Polyvanadinsäure eingesetzt ist, wobei wenigstens ein Teil des Vanadiums in der aktiven Masse nach der thermischen Behandlung des Katalysators als Vanadiumpentoxid vorliegt.13. A catalyst according to any one of claims 1 to 12, characterized in that is used as the vanadium source for the preparation of the catalyst V 2 O 5 and / or vanadium oxalate and / or V 6 O ^ and / or NH 4 VO 3 and / or polyvanadic acid, wherein at least a portion of the vanadium is present in the active composition after the thermal treatment of the catalyst as vanadium pentoxide.
14. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Katalysators mindestens eine Sorte Titandioxid in der Anatas-Modifikation verwendet wird und als solches in der aktiven Masse vorliegt, wobei die durchschnittliche BET-Oberfläche, berechnet aus Mengen- und Oberflächenverhältnissen der einzelnen Sorten, des gesamten Titandioxids zwischen 10 bis 60 m2/g beträgt.14. A catalyst according to any one of claims 1 to 13, characterized in that for the preparation of the catalyst at least one kind of titanium dioxide is used in the anatase modification and as such is present in the active composition, wherein the average BET surface area, calculated from quantity and surface ratios of the individual varieties, the total titanium dioxide between 10 to 60 m 2 / g.
15. Katalysator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in der aktiven Masse ein Gemisch aus mehreren unterschiedlichen Titandioxid-Sorten in der Anatas-Modifikation eingesetzt ist, wobei wenigstens eine Titandioxid-Sorte in der Anatas-Modifikation eine mittlere Teilchengröße von 0,3 μm bis 0,8 μm und eine BET Oberfläche von 13 bis 60 m2/g aufweist und wobei wenigstens eine weitere Titandioxid-Sorte in der Anatas-Modifikation eine BET-Oberfläche von 2 bis 15 m2/g aufweist.15. A catalyst according to claim 14, characterized in that in the active composition, a mixture of a plurality of different titanium dioxide varieties is used in the anatase modification, wherein at least one titanium dioxide variety in the anatase modification has an average particle size of 0.3 microns to 0.8 microns and a BET surface area of 13 to 60 m 2 / g and wherein at least Another type of titanium dioxide in the anatase modification has a BET surface area of 2 to 15 m 2 / g.
16. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Herstellung einer Katalysatorsuspension oder eines für die16. Catalyst according to one of claims 1 to 15, characterized in that for the preparation of a catalyst suspension or one for the
Beschichtung eines Trägers benötigten Pulvergemisches verwendete Antimonverbindung und/oder die in der aktiven Masse des Katalysators vorliegende Antimonverbindung ein Antimon-lll-oxid und/oder Antimon-V-oxid ist.Coating of a carrier required powder mixture used antimony compound and / or present in the active material of the catalyst antimony compound is an antimony-l oxide and / or antimony V-oxide.
17. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet dass der Katalysator aus mindestens drei Lagen besteht, wobei der Antimongehalt mindestens einer der Hot Spot Katalysatorlage in Richtung Gaseintritt vorgelagerten Lage um 20 bis 100% gegenüber dem Antimongehalt der Hot Spot Katalysatorlage reduziert ist.17. A catalyst according to any one of claims 1 to 16, characterized in that the catalyst consists of at least three layers, wherein the antimony content of at least one of the hot spot catalyst layer in the direction of gas inlet layer is reduced by 20 to 100% compared to the antimony content of the hot spot catalyst layer ,
18. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Masse des Katalysators nach Temperung des Katalysators bei 4000C über einen definierten, bevorzugt mehrere, insbesondere in etwa 4 Stunden dauernden Zeitraum folgende Zusammensetzung aufweist:18. A catalyst according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the active material of the catalyst after tempering of the catalyst at 400 0 C over a defined, preferably several, in particular in about 4 hours lasting period has the following composition:
Vanadiumoxid : 1-40 Gewichts-% (berechnet als V2O5) Titandioxid: 50-99 Gewichts-% (berechnet als TiO2)Vanadium oxide: 1-40% by weight (calculated as V 2 O 5 ) Titanium dioxide: 50-99% by weight (calculated as TiO 2 )
AgxMyNzOn:0,01-15 Gewichts-% (berechnet als AgxMyNzOn) MaNbVcOd: 0 -10 Gewichts-% (berechnet als MaNbVcOd)AgxMyNzOn: 0.01-15% by weight (calculated as AgxMyNzOn) MaNbVcOd: 0 -10% by weight (calculated as MaNbVcOd)
Alkalimetall: 0-1 ,0 Gewichts-% (berechnet als Alkalimetall)Alkali metal: 0-1, 0% by weight (calculated as alkali metal)
Antimonoxid: 0-10 Gewichts-% (berechnet als Sb2Os) Phosphor: 0-1 ,5 Gewichts-% (berechnet als P)Antimony oxide: 0-10% by weight (calculated as Sb 2 Os) phosphorus: 0-1, 5% by weight (calculated as P)
19. Katalysator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet dass die aktive Masse des Katalysators nach Temperung des Katalysators bei 4000C über einen definierten, bevorzugt mehrere, insbesondere in etwa 4 Stunden dauernden Zeitraum folgende Zusammensetzung aufweist:19. A catalyst according to claim 18, characterized in that the active material of the catalyst after tempering of the catalyst at 400 0 C over a defined, preferably several, in particular in about 4 hours lasting period has the following composition:
Vanadiumoxid 1-20 Gewichts-% (berechnet als V2O5)Vanadium oxide 1-20% by weight (calculated as V 2 O 5 )
Titandioxid: 80-99 Gewichts-% (berechnet als TiO2) Silbervanadat: 0-5 Gewichts-% (berechnet als AgVO3)Titanium dioxide: 80-99% by weight (calculated as TiO 2 ) Silver vanadate: 0-5% by weight (calculated as AgVO 3 )
Silberwolframat: 0-5 Gewichts-% (berechnet als Ag2WO4)Silver tungstate: 0-5% by weight (calculated as Ag 2 WO 4 )
Silbermolybdat: 0-5 Gewichts-% (berechent als Ag2MoO4)Silver molybdate: 0-5% by weight (calculated as Ag 2 MoO 4 )
Wismutvanadat: 0-3 Gewichts-% (berechnet als BiVO4) Cäsium: 0- 1 Gewichts-% (berechnet als Cs)Bismuth vanadate: 0-3% by weight (calculated as BiVO 4 ) cesium: 0-1% by weight (calculated as Cs)
Antimonoxid: 0-5 Gew-% (berechnet als Sb2O3)Antimony oxide: 0-5% by weight (calculated as Sb 2 O 3 )
Phosphor: 0-1 ,5 Gewichts-% (berechnet als P)Phosphorus: 0-1, 5% by weight (calculated as P)
wobei mindestens ein Mischelementoxid des Silbers und/oder Wismutvanadat Bestandteil der aktiven Masse des Katalysators ist.wherein at least one mixed element oxide of the silver and / or bismuth vanadate is part of the active material of the catalyst.
20. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Masse des Katalysators nach der Temperung des Katalysators bei mindestens 4000C und einem Zeitraum von mindestens 4 h einen Anteil von 2 bis 25 Gewichts-% am Gesamtgewicht des Katalysators beträgt.20. A catalyst according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the active material of the catalyst after the heat treatment of the catalyst at least 400 0 C and a period of at least 4 h, a proportion of 2 to 25% by weight of the total weight of the catalyst is.
21. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der aktiven Masse auf einem inerten Trägermaterial 20 bis 400 μm beträgt und die katalytisch aktive Masse auf einen inerten, nicht porösen Träger aufgebracht ist, wobei es sich bevorzugt um Träger aus Steatit, insbesondere um Steatitringe, handelt.21. A catalyst according to any one of claims 1 to 20, characterized in that the layer thickness of the active material on an inert support material is 20 to 400 microns and the catalytically active composition is applied to an inert, non-porous support, wherein it is preferably carrier steatite, in particular steatite rings.
22. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei verschiedene Schichten schalenförmig auf einen bevorzugt inerten Träger aufgebracht sind, wobei mindestens eine der Schichten Titandioxid, Vanadiumoxid und ein Mischelementoxid des Silbers und/oder Vanadiums enthält22. A catalyst according to any one of claims 1 to 21, characterized in that at least two different layers are cup-shaped applied to a preferably inert carrier, wherein at least one of the layers contains titanium dioxide, vanadium oxide and a mixed element oxide of silver and / or vanadium
23. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei verschiedene Schichten schalenförmig auf einen bevorzugt keramischen Träger aufgebracht sind, wobei mindestens eine Schicht mindestens Titandioxid und Vanadiumoxid und mindestens eine weitere Schicht mindestens ein Silber- und/oder Vandadium- Mischelementoxid mit oder ohne zusätzlichem Titandioxid und Vanadiumoxid enthält. 23. A catalyst according to any one of claims 1 to 22, characterized in that at least two different layers are cup-shaped applied to a preferably ceramic support, wherein at least one layer at least titanium dioxide and vanadium oxide and at least one further layer at least one silver and / or Vandadium Containing mixed element oxide with or without additional titanium dioxide and vanadium oxide.
24. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Katalysatorlage vom Gaseintritt bis zur Lage mit dem höchsten Hot Spot ein Schalenkatalysator eingesetzt ist, dessen aktive Masse ein Mischelementoxid des Silbers nach Anspruch 11 und/oder ein Mischelementoxid des Vanadiums nach Anspruch 12 aufweist und bei welchem Katalysator als Rohstoffquelle zur Herstellung des Katalysators ein Mischelementoxid des Silbers und/oder des Vanadiums und/oder eine Vorläuferverbindung eines Mischelementoxids des Silbers und/oder des Vanadiums verwendet wurde, und bei welchem Katalysator in mindestens einer Katalysatorlage von der Lage mit dem höchsten Hot Spot bis zur Lage am Gasaustritt ein Schalenkatalysator zur Oxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen eingesetzt ist, der in seiner aktiven Masse als wesentliche Bestandteile Vanadiumpentoxid und Titandioxid enthält.24. Catalyst according to one of claims 1 to 23, characterized in that in at least one catalyst layer from the gas inlet to the layer with the highest hot spot, a shell catalyst is used whose active material is a mixed element oxide of the silver of claim 11 and / or a mixed element oxide of Vanadium according to claim 12 and in which catalyst as a raw material source for the preparation of the catalyst, a Mischelementoxid of silver and / or vanadium and / or a precursor compound of a Mischelementoxids of silver and / or vanadium was used, and in which catalyst in at least one catalyst layer of the situation with the highest hot spot to the position at the gas outlet a shell catalyst for the oxidation of aromatic hydrocarbons is used, which contains in its active material as essential constituents vanadium pentoxide and titanium dioxide.
25. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel zur Herstellung wenigstens einer Katalysatorlage ein organisches Polymer oder Copolymer, insbesondere ein Vinylacetat- Copolymer, ist, das insbesondere in Form einer wässrigen Dispersion eingesetzt ist.25. A catalyst according to any one of claims 1 to 24, characterized in that the binder for producing at least one catalyst layer is an organic polymer or copolymer, in particular a vinyl acetate copolymer, which is used in particular in the form of an aqueous dispersion.
26. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Masse, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, 0,01 bis 15 Gewichts-% eines Mischelementoxids des Silbers mit Vanadium enthält und bei dem das Verhältnis Ag: V von größer 0,95 (> 0,95): 1 bis 10:1 beträgt.26. A catalyst according to any one of claims 1 to 25, characterized in that the catalytically active composition, based on their total weight, 0.01 to 15% by weight of a Mischelementoxids of silver with vanadium and in which the ratio Ag: V of greater 0.95 (> 0.95): 1 to 10: 1.
27. Vorstufe für einen Katalysator, insbesondere für einen Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 26, gekennzeichnet durch ein inertes, nicht poröses Trägermaterial und einer oder mehrerer schalenförmig darauf aufgebrachter Schichten, wobei mindestens eine Schicht mindestens eine Vorläuferverbindung eines Mischelementoxids der allgemeinen Formel I nach27 precursor for a catalyst, in particular for a catalyst according to one of claims 1 to 26, characterized by an inert, non-porous support material and one or more shell-like layers applied thereto, wherein at least one layer at least one precursor compound of a mixed element oxide of the general formula I according to
Anspruch 11 , oder der Formel Il nach Anspruch 12, Titandioxid und eine Vanadiumverbindung enthält, und wobei sich diese Vorläuferverbindung bei der thermischen Behandlung der Vorstufe des Katalysators in ein Mischelementoxid des Silbers oder Vanadiums umgewandelt wird. Claim 11, or the formula II according to claim 12, containing titanium dioxide and a vanadium compound, and wherein this precursor compound is converted in the thermal treatment of the precursor of the catalyst in a mixed element oxide of silver or vanadium.
28. Vorstufe für einen Katalysator, insbesondere für einen Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei verschiedene Schichten schalenförmig auf einen bevorzugt keramischen Träger aufgebracht sind, wobei mindestens eine Schicht mindestens Titandioxid und eine Vanadiumverbindung und mindestens eine weitere28, precursor for a catalyst, in particular for a catalyst according to one of claims 1 to 26, characterized in that at least two different layers are cup-shaped applied to a preferably ceramic support, wherein at least one layer at least titanium dioxide and a vanadium compound and at least one further
Schicht mindestens eine Vorläuferverbindung eines Mischelementoxids mit oder ohne zusätzlichem Titandioxid und mit oder ohne einer zusätzlichen Vanadiumverbindung enthält, und wobei sich diese Vorläuferverbindung bei der thermischen Behandlung des Katalysators in ein Mischelementoxid des Silbers oder Vanadiums umwandelt.Layer containing at least one precursor compound of a Mischelementoxids with or without additional titanium dioxide and with or without an additional vanadium compound, and wherein this precursor compound is converted in the thermal treatment of the catalyst in a mixed element oxide of silver or vanadium.
29. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pulver oder eine Suspension, insbesondere eine wässrige Suspension, die wenigstens Titandioxid, eine Vanadiumverbindung und wenigstens eine Mischelementverbindung des29. A process for preparing a catalyst according to any one of claims 1 to 26, characterized in that a powder or a suspension, in particular an aqueous suspension containing at least titanium dioxide, a vanadium compound and at least one mixing element compound of
Silbers und/oder Vanadiums und/oder wenigstens eine Vorläuferverbindung einer Mischelementverbindung des Silbers und/oder des Vanadiums enthält, hergestellt ist und auf einen inerten Träger aufgebracht ist.Silver and / or vanadium and / or at least one precursor compound of a mixed element compound of silver and / or vanadium, is prepared and applied to an inert support.
30. Verfahren zur Herstellung einer Vorstufe eines Mischelementoxids oder eines Mischelementoxids nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einer Flüssigkeit, bevorzugt Wasser, suspendiertes Metalloxid N, bevorzugt Vanadiumpentoxid und/oder Molybdäntrioxid und/oder Wolframtrioxid, und/oder eine gelöste Metallverbindung N, bevorzugt Ammoniummetavanadat, mit einer Suspension oder Lösung, bevorzugt einer wässrigen Lösung, einer Silberverbindung und gegebenenfalls einer Lösung oder einer Suspension eines Oxids einer Metallverbindung M erhitzt wird und das Reaktionsprodukt isoliert und als Rohstoffquelle für einen Katalysator verwendet wird.30. A process for preparing a precursor of a Mischelementoxids or a Mischelementoxids according to claim 1 1, characterized in that in a liquid, preferably water, suspended metal oxide N, preferably vanadium pentoxide and / or molybdenum trioxide and / or tungsten trioxide, and / or a dissolved metal compound N , preferably ammonium metavanadate, with a suspension or solution, preferably an aqueous solution, a silver compound and optionally a solution or suspension of an oxide of a metal compound M is heated and the reaction product is isolated and used as a raw material source for a catalyst.
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die entstandene Reaktionsmischung oder das isolierte Reaktionsprodukt zur31. The method according to claim 30, characterized in that the resulting reaction mixture or the isolated reaction product for
Herstellung von Katalysatoren oder zur Herstellung von Vorstufen vonPreparation of catalysts or for the preparation of precursors of
Katalysatoren für die Gasphasenoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen verwendet wird. Catalysts for the gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons is used.
32. Verfahren zur Herstellung einer Vorstufe eines Mischelementoxids oder eines Mischelementoxids nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Flüssigkeit, bevorzugt Wasser, eine suspendierte und/oder gelöste Vanadiumverbindung, bevorzugt Vanadiumpentoxid und/oder Ammoniumvanadat und/oder Vanadium(IV,V)oxid, mit einer Lösung oder einer Suspension, bevorzugt einer wässrigen Lösung, eines Salzes oder eines Oxids einer Metallverbindung M, bevorzugt Wismut und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Niob und/oder Antimon und gegebenenfalls einer Lösung eines Salzes oder einer Suspension eines Oxids eines Metalls N, erhitzt wird und das Reaktionsprodukt isoliert oder als Reaktionsmischung als32. A process for preparing a precursor of a Mischelementoxids or a Mischelementoxids according to claim 12, characterized in that in a liquid, preferably water, a suspended and / or dissolved vanadium compound, preferably vanadium pentoxide and / or ammonium vanadate and / or vanadium (IV, V) oxide, with a solution or a suspension, preferably an aqueous solution, a salt or an oxide of a metal compound M, preferably bismuth and / or molybdenum and / or tungsten and / or niobium and / or antimony and optionally a solution of a salt or a suspension an oxide of a metal N, is heated and the reaction product isolated or as a reaction mixture as
Rohstoffquelle für einen Katalysator verwendet wird.Raw material source is used for a catalyst.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierte Reaktionsprodukt und/oder die entstandene Reaktionsmischung zur Herstellung von Katalysatoren oder zur Herstellung von Vorstufen von33. The method according to claim 32, characterized in that the isolated reaction product and / or the resulting reaction mixture for the preparation of catalysts or for the preparation of precursors of
Katalysatoren für die Gasphasenoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen verwendet wird.Catalysts for the gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons is used.
34. Verfahren zur Herstellung eines Mischelementoxids nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Metalloxid N, bevorzugt34. A process for preparing a Mischelementoxids according to claim 11, characterized in that at least one metal oxide N, preferably
Vanadiumpentoxid und/oder Molybdäntrioxid und/oder Wolframtrioxid, und/oder wenigstens ein Metallsalz N mit einem Oxid oder einem Salz des Silbers, bevorzugt AgO und/oder Ag2O und gegebenenfalls einem Oxid oder einem Salz eines Metalls M, in trockener Form oder in Lösung vermengt wird und das Gemisch ggf. nach vorheriger Trocknung anschließend beiVanadium pentoxide and / or molybdenum trioxide and / or tungsten trioxide, and / or at least one metal salt N with an oxide or a salt of silver, preferably AgO and / or Ag 2 O and optionally an oxide or a salt of a metal M, in dry form or in Solution is mixed and the mixture if necessary after prior drying then at
Temperaturen von 200 bis 9000C über einen definierten Zeitraum erhitzt wird und das Reaktionsprodukt als Rohstoffquelle für einen Katalysator verwendet wird.Temperatures of 200 to 900 0 C over a defined period of time is heated and the reaction product is used as a raw material source for a catalyst.
35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das35. The method according to claim 34, characterized in that the
Reaktionsprodukt oder die entstandene Reaktionsmischung zur Herstellung von Katalysatoren oder zur Herstellung von Vorstufen von Katalysatoren für die Gasphasenoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen verwendet wird. Reaction product or the resulting reaction mixture for the preparation of catalysts or for the preparation of precursors of catalysts for the gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons is used.
36. Verfahren zur Herstellung eines Mischelementoxids nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Salz oder ein Oxid des Vanadiums, bevorzugt Vanadiumpentoxid und/oder Ammoniumvanadat und/oder Vanadium (IV1V) oxid, mit wenigstens einem Oxid und/oder einem Salz eines Metalls M, bevorzugt Wismutoxid, und gegebenenfalls einem Oxid oder einem Salz eines Metalls N, in trockener Form oder in Lösung vermengt und das Gemisch ggf. nach vorheriger Trocknung anschließend bei Temperaturen von 200 bis 9000C über einen definierten Zeitraum erhitzt und das Reaktionsprodukt als Rohstoffquelle für einen Katalysator für die Gasphasenoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen verwendet wird.36. A method for producing a Mischelementoxids according to claim 12, characterized in that at least one salt or an oxide of vanadium, preferably vanadium pentoxide and / or ammonium vanadate and / or vanadium (IV 1 V) oxide, with at least one oxide and / or a salt a metal M, preferably bismuth oxide, and optionally an oxide or a salt of a metal N, in dry form or mixed in solution and the mixture optionally after prior drying then heated at temperatures of 200 to 900 0 C over a defined period of time and the reaction product is used as a raw material source for a catalyst for the gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons.
37. Verfahren zur Herstellung von Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden durch Partialoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen bei erhöhter Temperatur an einem Katalysator, dessen katalytisch aktive Masse auf einem inerten, nicht porösen Träger aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Schalenkatalysator dessen katalytisch aktive Masse, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, 0,01 bis 15 Gewichts-% eines Mischelementoxids des Silbers mit Vanadium und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Niob und/oder Antimon und/oder 0,01 bis 10 Gewichts-% eines Mischelementoxids des Vanadiums mit Wismut und/oder Molybdän und/oder Niob und/oder Antimon und gleichzeitig Titandioxid und eine Vanadiumverbindung, bevorzugt V2O5, enthält, wobei die Mischelementoxid-Verbindung(en) oder deren Vorläuferverbindung(en) bei der Herstellung der Katalysatorsuspension und/oder der Pulvermischung für die spätere aktive Masse verwendet wird, in An- oder Abwesenheit mindestens eines werteren Schalenkatalysators, der in seiner aktiven Masse als wesentliche Bestandteile Vanadiumpentoxid und Titandioxid in der Anatas- Modifikation enthält, verwendet.37. A process for the preparation of aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides by partial oxidation of aromatic hydrocarbons at elevated temperature on a catalyst, the catalytically active material is applied to an inert, non-porous support, characterized in that a shell catalyst whose catalytically active material 0.01 to 15% by weight, based on their total weight, of a mixed element oxide of silver with vanadium and / or molybdenum and / or tungsten and / or niobium and / or antimony and / or 0.01 to 10% by weight of a mixed element oxide of Vanadium with bismuth and / or molybdenum and / or niobium and / or antimony and simultaneously titanium dioxide and a vanadium compound, preferably V 2 O 5 , wherein the mixed element oxide compound (s) or their precursor compound (s) in the preparation of the catalyst suspension and or the powder mixture is used for the later active mass, in the presence or absence at least ns a werteren shell catalyst containing in its active material as essential constituents vanadium pentoxide and titanium dioxide in the anatase modification used.
38. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytisch aktive Masse oder die in der Katalysatorsuspension oder in der Pulvermischung enthaltenen Verbindungen im Fließbett oder bevorzugt im Wirbelbett auf den inerten Träger aufgebracht wird beziehungsweise werden. 38. A process for preparing a catalyst according to any one of claims 1 to 26, characterized in that the catalytically active material or the compounds contained in the catalyst suspension or in the powder mixture is applied in a fluidized bed or preferably in a fluidized bed to the inert carrier or become.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102612406A (en) * 2009-11-20 2012-07-25 巴斯夫欧洲公司 Multilayer catalyst for producing carboxylic acids and/or carboxylic acid anhydrides with vanadium antimonate in at least one catalyst layer, and method for producing phthalic acid anhydride with a low hot-spot temperature
DE102013202048A1 (en) * 2013-02-07 2013-04-18 Basf Se Preparing catalytically active composition useful for preparing a catalyst, comprises e.g. thermally treating geometrical precursor bodies formed by a mixture obtained by uniformly mixing e.g. a spray-dried powder and molybdenum oxide
EP3047904A1 (en) 2015-01-22 2016-07-27 Basf Se Catalyst system for oxidation of o-xylene and/or naphthalene to phthalic anhydride
CN107999107A (en) * 2016-10-28 2018-05-08 中国石油化工股份有限公司 A kind of maleic anhydride catalyst and its preparation method and application
DE102017202351A1 (en) * 2017-02-14 2018-08-16 Clariant International Ltd Catalyst material for the oxidation of hydrocarbons with antimony-doped titanium dioxide
NL2018890B1 (en) * 2017-05-10 2018-11-15 Admatec Europe B V Additive manufacturing of metal objects
CN109110910A (en) * 2018-08-31 2019-01-01 江苏新亿源环保科技有限公司 A kind of preparation method of high catalytic property suspension step biofilter material
CN109158119A (en) * 2018-09-14 2019-01-08 中海油天津化工研究设计院有限公司 A kind of catalyst and preparation method for durol oxidation
CN109369544B (en) * 2018-12-05 2022-06-03 兰州大学 A kind of method for preparing 5-methylpyrazine-2-carboxylic acid by catalytic oxidation
CN113926452A (en) * 2020-06-29 2022-01-14 中国石油化工股份有限公司 Vanadium silver bismuth metal oxide catalyst, preparation method and application thereof
CN114100651B (en) * 2020-08-25 2023-12-08 中国石油化工股份有限公司 Catalyst for preparing maleic anhydride by benzene oxidation and preparation method and application thereof
CN114539207B (en) * 2020-11-24 2023-09-19 万华化学(四川)有限公司 Method for preparing lactide and catalyst
CN114682278B (en) * 2020-12-29 2023-09-01 中国石油化工股份有限公司 Anti-phosphorus loss vanadium phosphorus oxide catalyst
IT202100021746A1 (en) 2021-08-11 2023-02-11 Polynt S P A Multilayer catalytic bed for the production of phthalic anhydride.

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL134884C (en) 1965-05-18
DE2106796C3 (en) 1971-02-12 1981-09-24 Wacker-Chemie GmbH, 8000 München Process for the production of fixed bed catalysts with a coating of vanadium pentoxide and titanium dioxide
DE2925682A1 (en) 1979-06-26 1981-01-29 Basf Ag VANADINE PENTOXIDE, TITANIUM DIOXIDE, PHOSPHORUS, RUBIDIUM AND / OR CAESIUM AND Possibly. ZIRCONDIOXIDE CONTAINING CARRIER CATALYST
US4864036A (en) 1984-06-29 1989-09-05 Exxon Research & Engineering Company Process for preparing aromatic carboxylic anhydride
JPS63253080A (en) 1987-04-10 1988-10-20 Nippon Steel Chem Co Ltd Production of phthalic anhydride
US5169820A (en) 1990-03-16 1992-12-08 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co., Ltd. Catalyst for producing phthalic anhydride
US5235071A (en) 1991-07-10 1993-08-10 Nippon Shokubai Co., Ltd. Catalyst for producing phthalic anhydride and process by using the same
DE4343449C2 (en) 1993-12-20 1998-01-15 Friatec Keramik Kunststoff Process for electric welding
DE19851786A1 (en) 1998-11-10 2000-05-11 Basf Ag Multimetal oxide containing silver and vanadium oxide and its use
DE102004014918A1 (en) * 2004-03-26 2005-10-13 Basf Ag Catalyst with a silver vanadium oxide phase and a promoter phase
DE102008011011A1 (en) * 2008-02-01 2009-08-06 Breimair, Josef, Dr. Catalyst for the catalytic gas-phase oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides, in particular to phthalic anhydride
CN101938086B (en) * 2010-08-25 2013-03-27 南京大学 Method for constructing cascade superlattice mode-locked laser

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *

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Publication number Publication date
CN102196859A (en) 2011-09-21
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BRPI0913160B1 (en) 2018-03-27
TW201012805A (en) 2010-04-01
WO2010022830A3 (en) 2010-05-20
WO2010022830A2 (en) 2010-03-04
KR101706790B1 (en) 2017-02-15
KR20110050694A (en) 2011-05-16
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