BR112013024586B1 - Processo e processo para a (am)oxidação de alcanos - Google Patents
Processo e processo para a (am)oxidação de alcanos Download PDFInfo
- Publication number
- BR112013024586B1 BR112013024586B1 BR112013024586-7A BR112013024586A BR112013024586B1 BR 112013024586 B1 BR112013024586 B1 BR 112013024586B1 BR 112013024586 A BR112013024586 A BR 112013024586A BR 112013024586 B1 BR112013024586 B1 BR 112013024586B1
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- catalyst
- precursor
- calcination
- water vapor
- calcined
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 title claims abstract description 11
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 130
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 75
- 229910003455 mixed metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 71
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims abstract description 68
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 38
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 17
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 7
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 claims description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 13
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 32
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 24
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 239000012018 catalyst precursor Substances 0.000 description 14
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 14
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 9
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 7
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 6
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 4
- NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N isobutane Chemical compound CC(C)C NNPPMTNAJDCUHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 4
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 3
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000003828 vacuum filtration Methods 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XFHGGMBZPXFEOU-UHFFFAOYSA-I azanium;niobium(5+);oxalate Chemical compound [NH4+].[Nb+5].[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O.[O-]C(=O)C([O-])=O XFHGGMBZPXFEOU-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 2
- 150000001735 carboxylic acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001600 hydrophobic polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000001282 iso-butane Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FXADMRZICBQPQY-UHFFFAOYSA-N orthotelluric acid Chemical compound O[Te](O)(O)(O)(O)O FXADMRZICBQPQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 2
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical class [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012494 Quartz wool Substances 0.000 description 1
- VSYMNDBTCKIDLT-UHFFFAOYSA-N [2-(carbamoyloxymethyl)-2-ethylbutyl] carbamate Chemical compound NC(=O)OCC(CC)(CC)COC(N)=O VSYMNDBTCKIDLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- QGAVSDVURUSLQK-UHFFFAOYSA-N ammonium heptamolybdate Chemical compound N.N.N.N.N.N.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Mo].[Mo].[Mo].[Mo].[Mo].[Mo].[Mo] QGAVSDVURUSLQK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O azanium;oxido(dioxo)vanadium Chemical compound [NH4+].[O-][V](=O)=O UNTBPXHCXVWYOI-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002090 carbon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 101150091502 ced-6 gene Proteins 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000012035 limiting reagent Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012702 metal oxide precursor Substances 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 125000005395 methacrylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 150000002826 nitrites Chemical class 0.000 description 1
- GEVPUGOOGXGPIO-UHFFFAOYSA-N oxalic acid;dihydrate Chemical compound O.O.OC(=O)C(O)=O GEVPUGOOGXGPIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- JTXAHXNXKFGXIT-UHFFFAOYSA-N propane;prop-1-ene Chemical compound CCC.CC=C JTXAHXNXKFGXIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000002390 rotary evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000001694 spray drying Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/057—Selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/0576—Tellurium; Compounds thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/002—Mixed oxides other than spinels, e.g. perovskite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/54—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/56—Platinum group metals
- B01J23/64—Platinum group metals with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/652—Chromium, molybdenum or tungsten
- B01J23/6525—Molybdenum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/0009—Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
- B01J37/0027—Powdering
- B01J37/0036—Grinding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
- B01J37/03—Precipitation; Co-precipitation
- B01J37/036—Precipitation; Co-precipitation to form a gel or a cogel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
- C07C51/16—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
- C07C51/21—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
- C07C51/215—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of saturated hydrocarbyl groups
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Abstract
processo, processo para a (am)oxidação de alcanos e processo para a preparação de um catalisador para a (am)oxidação de alcanos a presente invenção se refere a um processo para produzir um catalisador para a (am) oxidação de alcanos compreendendo a calcinação de um catalisador de óxidos metálicos mistos parcialmente ou plenamente na presença de vapor d' água.
Description
PROCESSO E PROCESSO PARA A (AM)OXIDAÇÃO DE ALCANOS
Campo da invenção [0001] A presente invenção se refere a catalisadores de (am)oxidação de óxido metálicos mistos.
Antecedentes da invenção [0002] Catalisadores de óxidos metálicos mistos (MMO) são bem conhecidos para a (am)oxidação de alcanos e alquenos a ácidos carboxílicos ou nitritos insaturados. Por exemplo, a patente U.S. no 6.407.280 divulga catalisadores de MMO contendo Mo ou W; V ou Ce; Sb ou Se; bem como outros metais, p.ex., Nb, e promovidos por pelo menos um dentre Ni, Pd, Cu, Ag e Au.
[0003] A patente U.S. no 7.875.014 ensina a preparar catalisadores de MMO contatando um MMO com água apenas em altas temperaturas ou água compreendendo um precursor de óxido metálico de maneira a formar um MMO modificado, seguido de calcinar o MMO modificado.
[0004] A patente U.S. no 7.304.014 ensina a preparar catalisadores de MMO fazendo, após a calcinação, um ou mais tratamentos químicos e/ou físicos tais como extração com ácido oxálico em metanol, extração com álcool seguida de densificação por prensagem extra, crio-moagem seguida de extração com ácido oxálico em metanol, e outros.
[0005] Processos da técnica anterior para preparar catalisadores de MMO seletivos são complicados e poderão envolver um grande número de etapas. Cada etapa adicional incorre em custos, e poderá conduzir a catalisadores que dêem relativamente mais variação em seletividade durante o uso. Seria desejável ter um método relativamente simples para preparar catalisadores de MMO seletivos.
Sumário da invenção
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 13/38
2/22 [0006] A presente divulgação provê um tal processo, compreendendo as etapas de:
(a) prover um primeiro catalisador de óxidos metálicos mistos tendo a fórmula empírica:
MoVaNbbXcZdOn onde X é pelo menos um elemento selecionado do grupo
consistindo de Te e | Sb, | Z é pelo menos | um elemento | selecionado | |
do grupo consistindo | de | W, Cr, Ta, Ti, | Zr, | Hf, Mn, | Re, Fe, Ru, |
Co, Rh, Ni, Pd, Pt, | Ag, | Zn, B, Al, Ga, | In, | Ge, Sn, | Pb, P, Bi, |
Y, elementos das terras | raras e elementos | alcalino-terrosos, | |||
a=0,1 a 1,0, b=0,01 | a | 1,0, c=0,01 a | 1,0, | d=0 a | 1,0, e n é |
determinado pelos estados de oxidação dos outros elementos; e (b) calcinar o primeiro catalisador parcialmente ou plenamente em uma atmosfera que compreenda vapor d'água de maneira a formar um catalisador final de óxidos metálicos mistos.
[0007] Em um outro aspecto, a divulgação provê um processo para a preparação de um catalisador para a (am)oxidação de alcanos, compreendendo as etapas de:
(a) prover um precursor para um primeiro catalisador de oxidos metálicos mistos, o precursor tendo a fórmula empírica:
MeMoVaNbbXcZdOn onde Me é pelo menos um agente de modificação química selecionado do grupo consistindo de um agente redutor, um agente oxidante, e um álcool, X é pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de Te e Sb, Z é pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de W, Cr, Ta, Ti, Zr, Hf, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Pt, Ag, Zn, B, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, P, Bi, Y, elementos das terras raras e elementos alcalino-terrosos, a=0,1 a 1,0, b=0,01 a 1,0, c=0,01 a 1,0, d=0 a 1,0, e n é determinado pelos estados de oxidação
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 14/38
3/22 dos outros elementos, e e é 0 um número positivo; e (b) calcinar o dito precursor parcialmente de maneira a formar dito primeiro catalisador de óxidos metálicos mistos; e (c) após a dita calcinação, re-calcinar o primeiro catalisador parcialmente ou plenamente em uma atmosfera que compreenda vapor d'água de maneira a formar um catalisador final de óxidos metálicos mistos.
[0008] Surpreendentemente, o processo da presente divulgação é um processo simples para melhorar o rendimento de um catalisador de (am)oxidação, i.é, a re-calcinação em vapor d'água surpreendentemente melhora o rendimento do primeiro catalisador, ou de partida que é submetido ao processo.
[0009] Em uma concretização, o processo da presente divulgação usa um número menor de etapas para preparar um catalisador que provê rendimento semelhante, ou superior comparativamente com catalisadores preparados por métodos da técnica anterior, mais complexos. Adicionalmente, este minimiza o manuseio, p.ex., transferir o intermediário de catalisador de uma etapa para outra etapa, do catalisador como precursor da etapa de calcinação e a re-calcinação com vapor d'água poderá ser realizada sequencialmente sem remover o catalisador do forno de calcinação entre as duas etapas de calcinação.
Breve descrição dos desenhos
[0010] | A | seguir, | a | invenção | será mais | bem | descrita | nos | |
desenhos | em | anexo, nos | quais: | ||||||
[0011] | A | figura 1 | é | um padrão | de difração | de | raios-X | de | um |
primeiro | catalisador | preparado no | Experimento | Comparativo | 2; | e | |||
[0012] | A | figura 2 | é | um padrão | de difração | de | raios-X | de | um |
catalisador final preparado no Exemplo 3.
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 15/38
4/22
Descrição detalhada da invenção [0013] Em uma concretização, o processo divulgado aqui envolve calcinar um catalisador na presença de vapor d'água. Em uma concretização, o processo de preparação do catalisador compreende preparar um primeiro catalisador de óxidos metálicos mistos calcinando um precursor que produza um primeiro catalisador, seguido de calcinar o primeiro catalisador na presença de vapor d'água de maneira a produzir um catalisador final.
[0014] Conforme usado aqui, um, uma, o, a, “pelo menos um e um ou mais são usados intercambiavelmente. Os termos compreende, inclui, e diversas variantes destes não têm um significado limitativo quando estes termos aparecem na descrição e reivindicações. Portanto, por exemplo, uma composição aquosa que inclua partículas de um polímero hidrofóbico poderá ser interpretada como significando que a composição inclui partículas de um ou mais polímeros hidrofóbicos.
[0015] Também aqui a apresentação de faixas numéricas e/ou valores numéricos, incluindo tais apresentações nas reivindicações, poderão ser lidas como incluindo o termo cerca de. Em tais casos, o termo cerca de refere-se a faixas numéricas e/ou valores numéricos que sejam substancialmente iguais àqueles apresentados aqui.
[0016] Também aqui, as apresentações de faixas numéricas por pontos extremos incluem todos os números subsumidos naquela faixa (p.ex., 1 a 5 inclui 1, 1, 5, 2, 2,75, 3, 3, 80, 4, 5, etc.) . Para os propósitos da invenção, deverá ser entendido, consistentemente com aquilo que aquele medianamente entendido no assunto entenderia, que uma faixa numérica é pretendida de
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 16/38
5/22 maneira a incluir e suportar todas as possíveis sub-faixas que estejam incluídas naquela faixa. Por exemplo, a faixa de 1 a 100 pretende cobrir de 1,01 a 100, de 1 a 99, 99, de 1,01 a 99,99, de 40 a 60, de 1 a 55, etc.
[0017] Conforme usado aqui, (met)acrílico refere-se a acrílico ou metacrílico.
[0018] O catalisador que é submetido a calcinação na presença de vapor d'água é referido aqui como o primeiro catalisador.
[0019] Para o processo desta invenção, o primeiro catalisador poderá ser qualquer catalisador de MMO capaz de (am)oxidar alcanos a ácidos carboxílico ou nitrilas insaturados. Em uma concretização, o primeiro catalisador tem a fórmula empírica
MoVaNbbXcZdOn | ||||||
onde X | é | pelo menos | um elemento | selecionado | do grupo | |
consistindo | de Te e | Sb, | Z é pelo menos | um elemento | selecionado | |
do grupo | consistindo | de | W, Cr, Ta, Ti, | Zr, Hf, Mn, | Re, Fe, Ru, | |
Co, Rh, | Ni, | Pd, Pt, | Ag, | Zn, B, Al, Ga, | In, Ge, Sn, | Pb, P, Bi, |
Y, elementos das terras raras e elementos alcalino-terrosos, a=0,1 a 1,0, b=0,01 a 1,0, c=0,01 a 1,0, d=0 a 1,0, e n é determinado pelos estados de oxidação dos outros elementos. Em uma concretização, o primeiro catalisador é um MMO promovido no qual Z esteja presente, preferivelmente com um valor de d de 0,001 a 0,1. Exemplos de catalisadores de MMO promovidos estão descritos, p.ex., nas patentes U.S. nos 7.304.014; 6.825.380; 6.790.988; 6.700.015; 6.504.053; e 6.407.280. Em uma outra concretização, Z estará ausente (d=0).
[0020] Preferivelmente, quando a=0,1 a 0,5, b=0,1 a 0,5, c=0,05 a 0,5, e d=0,05 a 0,5. Mais preferivelmente, quando
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 17/38
6/22 a=0,2 a 0,4, b=0,15 a 0,45, c=0,05 a 0,45, e d=0,05 a 0,1. Entretanto, na alternativa, quando a=0,2 a 0,3, b=0,1 a 0,3, c=0,15 a 0,3, e d=0,005 a 0,02. O valor de n, i.é, a quantidade de oxigênio presente, é dependente do estado de oxidação dos outros elementos no catalisador. Entretanto, n é vantajosamente na faixa de 3,5 a 4,7. Preferivelmente, X é Te. Preferivelmente, Z é Pd.
[0021] O padrão de difração de raios-X de um primeiro catalisador adequado é mostrado na fig. 1. As intensidades de pico relativas poderão variar ligeiramente devido a pequenas variações na composição do catalisador ou das condições de calcinação, entretanto, é preferido para desempenho catalítico ótimo na oxidação seletiva de propano a ácido acrílico que a fase ortorrômbica deva ser a fase de cristal predominante com picos principais com 2θ em 6,7°, 7,8°, 22,1°, e 27,2°.
[0022] O primeiro catalisador de MMO poderá ser formado a partir de um precursor de acordo com métodos bem conhecidos daqueles entendidos no assunto. Por exemplo, o precursor poderá ser preparado usando uma pasta ou solução aquosa compreendendo soluções contendo os metais componentes do MMO. Água poderá ser removida por qualquer método adequado conhecido na técnica para formar um precursor de catalisador. Tais métodos incluem, sem limitação, secagem a vácuo, secagem por congelamento, secagem por aspersão, evaporação rotativa, e secagem ao ar. Condições para secar precursores de catalisador de MMO são conhecidas e poderão ser encontradas nas patentes citadas acima.
[0023] O precursor do primeiro catalisador de óxidos metálicos mistos poderá ter a fórmula empírica:
MeMoVaNbbXcZdOn
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 18/38
7/22 onde Me é pelo menos um agente de modificação química selecionado do grupo consistindo de um agente redutor, um agente oxidante, e um álcool, X é pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de Te e Sb, Z é pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de W, Cr, Ta, Ti, Zr, Hf, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Pt, Ag, Zn, B, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, P, Bi, Y, elementos das terras raras e elementos alcalino-terrosos, a=0,1 a 1,0, b=0,01 a 1,0, c=0,01 a 1,0, d=0 a 1,0, e n é determinado pelos estados de oxidação dos outros elementos, e e é 0 um número positivo.
[0024] Uma vez obtido, o precursor de catalisador poderá ser calcinado de maneira a formar o primeiro catalisador de MMO. A calcinação do precursor de catalisador é referida daqui por diante como a calcinação do precursor. A calcinação do precursor poderá ser conduzida parcialmente em uma atmosfera contendo oxigênio ou na substancial ausência de oxigênio, p.ex., em uma atmosfera inerte ou em vácuo. A atmosfera inerte poderá ser qualquer material que seja substancial inerte, i.é, não reaja ou interaja com o precursor de catalisador. Exemplos adequados incluem, sem limitação, nitrogênio, argônio, xenônio, hélio ou misturas destes. Preferivelmente, a atmosfera inerte é argônio ou nitrogênio. A atmosfera inerte poderá fluir sobre a superfície do precursor de catalisador ou poderá ou poderá não fluir sobre o mesmo (um ambiente estático). Quando a atmosfera inerte flui sobre a superfície do precursor de catalisador, a taxa de fluxo poderá variar ao longo de uma ampla faixa, p.ex., a uma velocidade espacial horária de 1 a 500 h-1.
[0025] A calcinação do precursor é vantajosamente realizada a uma temperatura de 350°C a 850°C. Preferivelmente, a
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 19/38
8/22 calcinação do precursor é realizada a pelo menos 400°C, mais preferivelmente pelo menos 500°C. Preferivelmente, a temperatura de calcinação do precursor máxima é de 750°C, preferivelmente 700°C. A calcinação do precursor é realizada de 0,1 a 72 horas, preferivelmente de 0,5 a 25 horas, mais preferivelmente de 0,5 a 6 horas, de maneira a obter o desejado primeiro catalisador.
[0026] Em um modo de operação preferido, o precursor de catalisador é calcinado em dois estágios, i.é, a calcinação do precursor tem dois estágios. No primeiro estágio da calcinação do precursor, o precursor de catalisador é vantajosamente calcinado em um ambiente inerte ou oxidante (p.ex., ar) a uma temperatura de 200°C a 330°C, preferivelmente de 275°C a 325°C durante 15 minutos a 40 horas, preferivelmente de 0,5 a 6 horas. No segundo estágio da calcinação do precursor, o material do primeiro estágio é vantajosamente calcinado em um ambiente não oxidante (p.ex., uma atmosfera inerte) a uma temperatura de 500°C a 750°C, preferivelmente de 550°C a 650°C, durante 0,2 a 25 horas, preferivelmente de 1 a 3 horas.
[0027] Em um modo de operação particularmente preferido, o precursor de catalisador no primeiro estágio da calcinação do precursor é colocado na desejada atmosfera oxidante à temperatura ambiente e mantido aí durante o desejado tempo de calcinação de primeiro estágio. A atmosfera é então substituída pela desejada atmosfera não oxidante para o segundo estágio da calcinação do precursor, e a temperatura é
então elevada | para a desejada | temperatura de calcinação | de | ||||
segundo | estágio, | e mantida | nesta | temperatura | durante | o | |
desejado | tempo | de | calcinação de | segundo | estágio. | ||
[0028] | Uma | vez | obtido, o primeiro | catalisador | poderá | ser |
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 20/38
9/22 calcinado de maneira a formar o catalisador final. A calcinação do primeiro catalisador é conduzida na presença de vapor d'água. Esta calcinação é referida daqui por diante como a re-calcinação em vapor d'água. Vantajosamente, a recalcinação em vapor d'água produz um catalisador que poderá ser empregado para produzir um produto para processo de (am)oxidação, tal como ácido acrílico, segundo um rendimento superior, medido a 85% de conversão de oxigênio, que o primeiro catalisador do qual ele é preparado.
[0029] Em uma concretização, a quantidade média de vapor d'água presente na re-calcinação em vapor é de cerca de 0,01 a cerca de 10, preferivelmente de cerca de 0,5 a 10, mais preferivelmente de 1 a cerca de 3,5, por cento em volume, com base no volume total de gás no vaso de calcinação. A recalcinação em vapor d'água poderá ser parcialmente em uma atmosfera contendo oxigênio ou na substancial ausência de oxigênio, p.ex., em uma atmosfera inerte ou em vácuo. A atmosfera inerte poderá ser qualquer material que seja substancialmente inerte, i.é, não reaja ou interaja com o precursor de catalisador. Exemplos adequados incluem, sem limitação, nitrogênio, argônio, xenônio, hélio ou misturas destes. Preferivelmente, a atmosfera inerte é argônio ou nitrogênio. A atmosfera inerte poderá fluir sobre a superfície do precursor de catalisador ou poderá ou poderá não fluir sobre o mesmo (um ambiente estático). Quando a atmosfera inerte flui sobre a superfície do precursor de catalisador, a taxa de fluxo poderá variar ao longo de uma ampla faixa, p.ex., a uma velocidade espacial horária de 1 a 500 h-1.
[0030] A re-calcinação em vapor d'água é vantajosamente realizada a uma temperatura de 100°C a 650°C. Preferivelmente,
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 21/38
10/22 a re-calcinação em vapor d'água é vantajosamente realizada a uma temperatura de pelo menos 300°C. Preferivelmente, a temperatura de re-calcinação em vapor d'água máxima é de 650°C, mais preferivelmente 550°C. A re-calcinação em vapor d'água é adequadamente realizada durante uma quantidade de tempo adequada para formar o catalisador final. Vantajosamente, a re-calcinação em vapor d'água é realizada durante 0,1 a 72 horas, preferivelmente de 0,5 a 25 horas, mais preferivelmente de 1 a 10 horas, de maneira a obter o desejado óxido metálico misto calcinado final.
[0031] O vapor d'água poderá ser introduzido isoladamente ou juntamente com um gás portador. Em um modo de operação, o vapor d'água é introduzido passando um gás portador através de um saturador de água que é mantido à temperatura ambiente. Em um outro modo de operação, a água poderá ser injetada na forma líquida e então ser imediatamente vaporizada a vapor antes de contatar o catalisador. Outros modos de operação também são possíveis, tais como gerar vapor d'água e introduzi-lo diretamente no vaso de calcinação.
[0032] O vapor d'água poderá fluir através das partículas de catalisador, ou contatar as partículas de catalisador de maneira estática, contanto que ocorra um contato substancial do vapor d'água com as partículas de catalisador.
[0033] A pureza do vapor d'água não é particularmente crítica, apesar de que é preferido que a pureza não tenha substancial impacto negativo no desempenho do catalisador. Em um modo de operação preferido, é empregada água deionizada.
[0034] Em um modo de operação preferido, o primeiro catalisador vantajosamente é calcinado em dois estágios na etapa de re-calcinação em vapor d'água. No primeiro estágio, o
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 22/38
11/22 primeiro catalisador é vantajosamente calcinado em um ambiente inerte ou oxidante (p.ex., ar) a uma temperatura de 100°C a 400°C, preferivelmente de 275°C a 325°C durante 15 minutos a 40 horas, preferivelmente durante 0,5 a 6 horas. No segundo estágio, o material do primeiro estágio é vantajosamente calcinado em um ambiente não oxidante (p.ex., uma atmosfera inerte) a uma temperatura de 400°C a 650°C, preferivelmente de 450°C a 550°C, durante 0,5 a 25 horas, preferivelmente de 1 a 3 horas.
[0035] Em um modo de operação particularmente preferido, o primeiro catalisador no primeiro estágio é colocado na desejada atmosfera inerte à temperatura ambiente e então elevada para a temperatura de calcinação de primeiro estágio, e mantida nesta durante o desejado tempo de calcinação de primeiro estágio. A atmosfera é então substituída pela desejada atmosfera não oxidante para o segundo estágio de calcinação, a temperatura é elevada até a desejada temperatura de segundo estágio de calcinação e mantida nesta durante o desejado tempo de calcinação de segundo estágio.
[0036] Apesar de qualquer tipo de vaso de calcinação e mecanismo de aquecimento, p.ex., um forno, poderem ser usados durante a calcinação, é preferido conduzir a calcinação sob um fluxo da atmosfera gasosa projetada. Daí, é vantajoso conduzir a calcinação em um leito com fluxo contínuo do(s) desejado(s) gás(ases) através do leito de catalisador sólido ou partículas de precursor de catalisador.
[0037] O primeiro catalisador de óxido metálico e/ou final poderá ser moído em qualquer ponto do processo, em seguida a ou antes de quaisquer das etapas de tratamento. Em uma concretização preferida, apenas o catalisador final é moído.
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 23/38
12/22
Preferivelmente, a área superficial após a moagem é de 5-30 m2/g, e mais preferivelmente é de 10-18 m2/g. Exemplos de tipos
adequados de | equipamentos de | moagem | incluem, | p.ex., | um | |
freezer/moinho, | moinho de bola, | pilão, e | moinho | de | jato. | |
[0038] O catalisador final | poderá | ser | usado como | um | ||
catalisador de | (am)oxidação. | Por exemplo, | ele | poderá | ser |
empregado para oxidar propano a ácido acrílico. Semelhantemente, ácido metacrílico poderá ser produzido por oxidação de isobutano. Adicionalmente ao ácido (met)acrílico, poderá ser produzida (met)acrilonitrila oxidando propano ou isobutano na presença de ar e amônia. Apesar de o catalisador exibir grandes vantagens quando usado na (am)oxidação de alcanos, ele poderá ser usado na (am)oxidação de olefinas ou uma mistura de olefinas e alcanos.
Concretizações Específicas da Invenção [0039] Os seguintes exemplos são dados para ilustrar a invenção e não deverão ser interpretados como limitativos da sua abrangência.
Exemplos
Experimento Comparativo 1 - Síntese de Precursor de MMO [0040] Um primeiro catalisador de óxidos metálicos mistos de composição nominal Mo1,0V0,285Te0,21Nb0,164Pd0,01On é produzido a partir de um precursor de MMO preparado da seguinte maneira:
(1) Uma solução aquosa contendo sais de Mo(VI), V(V), e Te(IV) é formada dissolvendo heptamolibdato de amônio (35,7 g, da Fisher Scientific), metavanadato de amônio (67 g, da Sigma Aldrich) e ácido telúrico (97, g, da Sigma Aldrich) sequencialmente em 200 mL de água deionizada (D.I.) que é préaquecida a 70°C. A solução de mista de sais é agitada durante 20 minutos a 70°C para assegurar que seja formada uma solução
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 24/38
13/22 límpida. Então, 5 mL de ácido nítrico concentrado (70% p/p em água, da Sigma Aldrich) são adicionados à solução com agitação.
(2) Separadamente, é preparada uma solução aquosa contendo oxalato de nióbio amônio (15,7 g, da H.C. Starck Goslar, Alemanha) e dihidrato de ácido oxálico (3,9 g, da Sigma Aldrich) em 180 cm3 de água D.I. à temperatura ambiente.
(3) A solução de Mo/V/Te é mantida sob agitação com aquecimento. Então, o aquecimento é interrompido, e a solução contendo Nb é adicionada ao Mo/V/Te. A gelificação ocorre imediatamente após as duas soluções serem misturadas. A mistura é agitada durante 5 minutos e se torna uma pasta antes de ser transferida para um frasco rotativo de fundo redondo.
(4) A água da pasta é removida por um evaporador rotativo a 50°C sob um vácuo de 1,33-6,67 kPa (10-50 mm de Hg). O material é adicionalmente secado em uma estufa a vácuo da noite para o dia à temperatura ambiente. Este material secado é denominado de “precursor de MMO.
Exemplo Comparativo 2 - Calcinação de Precursor de MMO [0041] O precursor de MMO (15-20 gramas) preparado no experimento comparativo 1 é colocado no meio de um tubo de quartzo com lã de quartzo socado no tubo em ambas as extremidades do leito sólido de precursor. O precursor é calcinado o forno tubular da temperatura ambiente até 275°C a 10°C/min em ar fluente (80-100 centímetros cúbicos padrões por minuto, daqui por diante SCCM) e mantendo a temperatura em 275°C durante uma hora. O gás fluente é então mudado para gás inerte tal como argônio ou nitrogênio (80-100 SCCM). A temperatura do forno é aumentada para 615°C de 275°C a 2°C/min e mantida em 615°C em uma atmosfera inerte durante duas horas.
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 25/38
14/22
Resulta daí um primeiro catalisador com composição nominal MOi,oVoí 285Teo,21Nbo,i64Pdo,oiOn .
[0042] O primeiro catalisador sólido de MMO tem um padrão de difração de raios-X conforme mostrado na figura 1.
Experimento Comparativo 3 - Moagem do Primeiro Catalisador de MMO# [OO43] O primeiro catalisador de MMO do experimento comparativo 2 é quebrado em pedaços menores e passado através de peneiras de malha 1O. As partículas peneiradas são moídas com um Freezer/Moinho 685O (da SPEX Certiprep, localizada em Metuchen, New Jersey, EUA) . O tempo de moagem é ajustado de maneira a obter um material moído final com uma área
superficial | na faixa de | 12-14 m2/g. Resulta daí um | primeiro |
catalisador | moído | de composição | nominal |
Mo1,OVO,285TeO, | 21Nbo,164Pdo,O1On . | ||
Exemplo 1 | - Preparação | de catalisador final de | MMO com |
Introdução de Vapor d'Água a 1OO°C [OO44] Um primeiro catalisador de MMO com a composição Mo1,OVO,285TeO,21NbO,164PdO,O1On é preparado seguindo o procedimento dos experimentos comparativos 1 e 2. O primeiro catalisador é re-calcinado na presença de vapor d'água no mesmo forno tubular. Esta pós-calcinação é daqui por diante denominada de etapa de “re-calcinação em vapor d'água. O ar gasoso portador flui através de um saturador de água de vidro mantido à temperatura ambiente, e então passa através do leito de catalisador. A concentração de água no ar fluente é ~3,O% em volume com base na pressão parcial de água de equilíbrio à temperatura ambiente (22-25°C). Neste exemplo, a temperatura do forno é aumentada da temperatura ambiente para 1OO°C com uma taxa de rampeamento de 5°C/min, e continua a fluir através do
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 26/38
15/22 leito de catalisador, i.é, vapor d'água deixa de ser introduzido, enquanto que a temperatura do leito é elevada a 5°C/min até 300°C, e mantida nesta durante três horas. Após a calcinação a 300°C, o gás fluente é mudado para argônio e a temperatura do leito é aumentada a 2°C/min até 500°C e mantida nesta durante duas horas. O material re-calcinado é moído a um pó fino seguindo o procedimento do experimento comparativo 3.
Exemplo 2 - Preparação do Catalisador final de MMO com
Introdução de Vapor d'Água a 200°C [0045] O procedimento do exemplo 1 é repetido exceto que a temperatura de introdução de vapor d'água é de 200°C.
Exemplo 3 - Preparação do Catalisador final de MMO com
Introdução de Vapor d'Água a 300°C [0046] O procedimento do exemplo 1 é repetido exceto que a temperatura de introdução de vapor d'água é de 300°C. O catalisador final de MMO após a re-calcinação em vapor d'água e ar/argônio tem um padrão de difração de raios-X conforme mostrado na figura 2.
Exemplo 4 - Preparação do Catalisador final de MMO com
Introdução de Vapor d'Água a 300°C e sem Re-Calcinação em Ar a 300°C [0047] O procedimento do exemplo 1 é repetido exceto que: (1) a introdução do vapor d'água a 100°C é omitida. O catalisador é re-calcinado em ar fluente primeiro a 300°C durante 3 horas, e então em argônio fluente a 500°C durante 2 horas.
[0048] Experimento Comparativo 5 - Preparação de Catalisador Comparativo de MMO com Introdução de Vapor d'Água Durante a Calcinação do Precursor de MMO a 275°C [0049] Um catalisador de MMO com a composição
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 27/38
16/22
Moi,oV0,285Teo,2iNbo,i64Pdo,oiOn é preparado seguindo o procedimento do experimento comparativo 3 exceto que vapor d'água é introduzido durante o processo de calcinação do precursor a 275°C. O vapor d'água é introduzido passando o gás portador através de um saturador de água mantido à temperatura ambiente antes de mandar o gás portador através do leito de catalisador.
[OO5O] Experimento Comparativo 6 - Preparação de Catalisador Comparativo de MMO com Introdução de Vapor d'Água Durante toda a etapa de Calcinação do Precursor de MMO [OO51] Um catalisador de MMO com a composição Mo1,OVO,285TeO,164PdO,O10n é preparado seguindo o procedimento do experimento comparativo 3 exceto que vapor d'água é introduzido durante todo o processo de calcinação do precursor. O vapor d'água é introduzido passando o gás portador através de um saturador de água mantido à temperatura ambiente antes de mandar o gás portador através do leito de catalisador.
Experimento Comparativo 7 - Preparação de Catalisador Comparativo de MMO com Subsequente Umectação à Temperatura Ambiente e re-Calcinação/Moagem [OO52] 2O gramas do primeiro cocatalisador do experimento comparativo 2 são agitados em água D.I. (5O g) durante vinte minutos, e secados por evaporador rotativo a 5O°C sob um vácuo de 1,33 - 6,67 kPa (1O-5O mm de Hg). O material secado é então calcinado em ar fluente a 3OO°C durante 3 horas, e então calcinado em argônio fluente a 5OO°C durante 2 horas. Este material re-calcinado é então moído seguindo o procedimento do experimento comparativo 3.
Experimento Comparativo 8 - Preparação de Catalisador
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 28/38
17/22
Comparativo de MMO Contatando Água sob Condição de Refluxo etapas e re-Calcinação/Moagem [0053] 20 gramas deste primeiro catalisador calcinado do experimento comparativo 2 são aquecidos em água D.I. (50 g) sob refluxo durante 5 horas. O material resultante é coletado por filtração a vácuo e secado em uma estufa a vácuo à temperatura ambiente da noite para o dia. O material secado é então calcinado em ar fluente a 300°C durante 3 horas, e então calcinado em argônio fluente a 500°C durante 2 horas. Este material re-calcinado é então moído seguindo o procedimento do experimento comparativo 3.
Experimento Comparativo 9 - Preparação de Catalisador
Comparativo de MMO com Etapa de Extração [0054] 10 gramas deste primeiro catalisador calcinado do experimento comparativo 3 são adicionados a 100 g de uma solução aquosa contendo 2% p/p de ácido oxálico. A mistura é agitada sob refluxo durante 5 horas. O material é coletado por filtração a vácuo e secado em uma estufa a vácuo à temperatura ambiente da noite para o dia.
Experimento Comparativo 10 - Preparação de Catalisador
Comparativo de MMO com Etapas de Síntese Múltiplas Incluido Impregnação e Extração [0055] Um catalisador de MMO com a composição Mo1,0V0,285Te0,21Nb0,164Pd0,01On é sintetizado seguindo a sequência de etapas múltiplas listadas abaixo:
(a) um precursor de MMO é sintetizado seguindo o procedimento do experimento comparativo 1;
(b) o precursor de MMO é calcinado conforme no experimento comparativo 2;
(c) o MMO calcinado é impregnado com telúrio e nióbio. 60
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 29/38
18/22 gramas do catalisador de MMO calcinado da etapa (b) são adicionados a uma solução contendo ácido telúrico (0,54 g, da Sigma Aldrich), oxalato de nióbio amônio (0,75 g, da H.C. Starck localizada em Goslar, Alemanha), e 100 gramas de água
D.I. A mistura resultante é agitada durante 20 minutos à temperatura ambiente e secada em evaporador rotativo a 50°C sob vácuo de 1, 33 - 6, 67 kPa (10-50 mm de Hg) . Esta etapa é denominada de etapa de impregnação.
(d) 10 gramas do material secado impregnado com telúrio e nióbio são re-calcinados primeiro em ar fluente a 300°C durante 3 horas, e então em argônio fluente a 500°C durante 2 horas;
(e) o material re-calcinado é moído de acordo com o procedimento no experimento comparativo 3;
(f) 10 gramas do pó moído são adicionados a 100 gramas de solução aquosa contendo 2% p/p de ácido oxálico sob agitação. A mistura é aquecida ao refluxo e é mantida em refluxo durante 3 horas;
(g) o material sólido resultante é coletado por filtração a vácuo e é secado em uma estufa a vácuo à temperatura ambiente da noite para o dia.
Avaliação dos Catalisadores de MMO para a Oxidação de Propano a Ácido Acrílico [0056] Os catalisadores obtidos nos exemplos e experimentos comparativos acima são cada qual prensado e peneirado a grânulos de malha 14-20. 4 gramas de grânulos de cada catalisador são carregados em um reator tubular de fluxo pistonado de aço inoxidável (diâmetro interno: 1,1 cm) com partículas inertes de carbeto de silício carregados acima e abaixo da carga de catalisador. O reator tubular é instalado em um forno clamshell eletricamente aquecido. O leito de
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 30/38
19/22 catalisador é pré-aquecido a 180°C em um fluxo de N2 de 50 SCCM, e então a alimentação de gás é mudada para uma alimentação de mistura gasosa contendo 7% em vol. de propano, 7 0% em vol. de ar e 23% em vol. de vapor d'água. O vapor d'água é provido injetando água D.I. por uma bomba de seringa para dentro de uma zona de pré-aquecimento ajustada em 180°C. A taxa de fluxo da alimentação é controlada em 80 SCCM com um tempo de residência de 3 segundos. A temperatura do leito de catalisador é ajustada de maneira a obter a desejada conversão de oxigênio.
[0057] O efluente do reator é condensado por um alçapão frio submerso em um banho de água/gelo para coletar produtos condensáveis. O vapor de produto de reação que sai do alçapão frio é analisado com um cromatógrafo de gás equipado com um detector de condutividade térmica e colunas de sílica gel/molecular. Os produtos líquidos condensados são analisados com um cromatógrafo de gás adaptado com um detector de ionização de chama e uma coluna capilar Alltech ECONO-CAP EC1000 (30 m x 0,53 mm de DI x 1,2 pm).
[0058] A conversão de O2 é calculada por diferença conforme segue, onde ni denota a taxa de fluxo molar da espécie i:
Conversão (5) de O2 = 100 X (1-no2sai/ no2entr) [0059] O rendimento de ácido acrílico (AA) é calculado conforme segue:
( n sai _ n entr ) (n AA n AA) rendimento de AA (%) = 100 X -----------------------(n sai _ n entr ) (n propano n propano) [0060] Os rendimentos de ácido acrílico dos diferentes catalisadores são comparados a uma conversão constante de O2 de 85%. Na manufatura de ácido acrílico a partir de propano, é desejável maximizar a produtividade do reator, maximizar a
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 31/38
20/22 seletividade ao produto, de maneira a evitar a criação de uma mistura de gases inflamável, e para maximizar a vida útil do catalisador. Para maximizar a produtividade, concentrações de propano e oxigênio na alimentação do reator são aumentadas. Para maximizar o rendimento de produto, água (vapor) na alimentação é aumentada. Para evitar a formação de misturas de gases inflamáveis, a razão de combustível para oxigênio na alimentação deverá ser controlada. Para maximizar a vida útil do catalisador, uma quantidade mínima de oxigênio é mantida no efluente do reator. O efeito líquido das restrições de alimentação é requerer uma mistura de alimentação na qual a razão de propano para oxigênio seja de cerca de 1:2,1. Uma vez que a formação de produtos de despejo (óxidos de carbono, ácido acético) requer uma quantidade maior de oxigênio, e sua formação é inevitável, o oxigênio se torna o reagente limitativo na reação. Por esta razão, é preferido medir o desempenho de catalisador como rendimento de (ou seletividade a) ácido acrílico como uma função da conversão de oxigênio, ao invés de na conversão de propano.
[0061] Todas as amostras de catalisador são testadas sob as mesmas condições, tais como composição de alimentação e tempo de residência, conforme descrito acima. Entretanto, a temperatura de reação é variada ao longo de diferentes amostras devido a diferenças de atividade de maneira a alcançar uma conversão de 85% de O2. Os rendimentos em ácido acrílico estão listados na tabela 1.
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 32/38
21/22
Tabela 1: Rendimento de ácido acrílico sobre diferentes exemplos de catalisador de MMO sinterizados sob diferentes condições/etapas
Exemplo | Etapas Envolvidas na Síntese de Catalisador MMO partindo de Precursor MMO | Rendimento em AA (%) | ||||||
Calcinação Precursor (°C) | Impregnação e Secagem | Mistura c/ Água e Secagem** | Re-calcinação (°C) | Extração e Filtração | Moagem | |||
c/vapor | s/vapor | |||||||
e | Secagem | |||||||
CE 3* | X | X | 54,0 | |||||
1 | X | X (100) | X (300/500) | X | 56, 9 | |||
2 | X | X (200) | X (300/500) | X | 57,1 | |||
3 | X | X (300) | X (300/500) | X | 57,6 | |||
4 | X | X (300/500) | X | 56, 3 | ||||
CE 4* | X | X (300/500) | X | 54,5 | ||||
CE 5* | X (c/vapor a 275°C) | X | 54,6 | |||||
CED 6* | X(c/vapor a 275/615°C) | X | 54,0 | |||||
CE 7* | X | X (mistura à temp. amb. | X (300/500) | X | 56, 0 | |||
CE 8* | X | X (300/500) | X | 53,0 | ||||
CE 9* | X | X | X | 56, 0 | ||||
CE 10* | X | X | X | X | X | 59, 0 |
CE = Experimento Comparativo - não é uma concretização da invenção.
** as partículas de catalisador são recuperadas por filtração após refluxar em água.
21/22
Petição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 33/38
22/22 [0062] Estes resultados demonstram claramente os benefícios da re-calcinação em vapor d'água do primeiro catalisador de MMO para preparar o catalisador final. Conforme mostrado na tabela 1, catalisadores finais de MMO preparados por recalcinação em vapor d'água simples de um primeiro catalisador de MMO exibem um rendimento em AA de cerca de 57%, que é cerca de 3-4% superior ao rendimento alcançado usando o primeiro catalisador de MMO de CE 3, que é preparado sem re-calcinação em vapor d'água adicional.
[0063] Os catalisadores re-calcinados também inesperadamente exibem um melhoramento no rendimento em AA comparativamente com os catalisadores comparativos preparados por métodos mais complexos de CEs 4-9.
[0064] Enquanto o catalisador preparado por etapas múltiplas conforme mostrado no experimento comparativo 10 dá um rendimento em AA de 59%, esta preparação envolve pelo menos oito etapas (ambas a filtração e a secagem são contada como etapa única) com transferência frequente do intermediário de catalisador entre diferentes etapas. Estas etapas de síntese múltiplas não apenas aumentam significativamente o custo do catalisador, mas aumentam o risco de variação no desempenho final do catalisador.
Claims (8)
- REIVINDICAÇÕES1. Processo, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: (a) prover um precursor para um primeiro catalisador de óxidos metálicos mistos tendo a fórmula empírica:
MoVaNbbXcZdOn onde X é pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de Te e Sb, Z é pelo menos um elemento selecionado do grupo consistindo de W, Cr, Ta, Ti, Zr, Hf, Mn, Re, Fe, Ru, Co, Rh, Ni, Pd, Pt, Ag, Zn, B, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, P, Bi, Y, elementos das terras raras e elementos alcalino-terrosos, a=0,1 a 1,0, b=0, 01 a 1,0, c=0,01 a 1,0, d=0 a 1,0, e n é determinado pelos estados de oxidação dos outros elementos;(b) calcinar o precursor para formar o primeiro catalisador de óxidos metálicos mistos, sendo que o primeiro catalisador de óxidos metálicos mistos tem um padrão de difração de raios-X mostrando a fase ortorrômbica como a fase cristal predominante com picos principais com 2θ em 6,7°, 7,8°, 22,1°, e 27,2°; e (c) após a citada calcinação, re-calcinar o primeiro catalisador parcialmente ou plenamente em uma atmosfera que compreenda vapor d'água para formar um catalisador final de óxidos metálicos mistos. - 2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de adicionalmente compreender (d) moer o catalisador de óxidos metálicos mistos re-calcinado.
- 3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o vapor d'água compreender de 0,5 a 10 por cento em volume, com base no volume total do gás na atmosfera.
- 4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações dePetição 870190039675, de 26/04/2019, pág. 35/382/21 a 3, caracterizado pelo fato de o vapor d'água compreender de 1 a 3,5 por cento em volume, com base no volume total do gás na atmosfera.
- 5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 4, caracterizado pelo fato de Z ser Pd.
- 6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de1 a 5, caracterizado pelo fato de X ser Te.
- 7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de calcinar o precursor para formar o primeiro catalisador de óxidos metálicos mistos ser feito em 2 estágios, sendo que, no primeiro estágio, o precursor é calcinado em um ambiente inerte ou oxidante a uma temperatura de 100°C a 400°C, de 15 minutos a 40 horas, e em um segundo estágio o material do primeiro estágio é calcinado em um ambiente não oxidante a uma temperatura de 400°C a 650°C durante 0,1 a 25 horas.
- 8. Processo para a (am)oxidação de alcanos, caracterizado pelo fato de compreender (am)oxidar um alcano na presença de um catalisador final, formado pelo processo, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 7.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201161467418P | 2011-03-25 | 2011-03-25 | |
US61/467,418 | 2011-03-25 | ||
PCT/US2012/029857 WO2012134898A2 (en) | 2011-03-25 | 2012-03-21 | Steam re-calcination of mixed metal oxide catalysts |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
BR112013024586B1 true BR112013024586B1 (pt) | 2020-03-03 |
Family
ID=45922838
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
BR112013024586-7A BR112013024586B1 (pt) | 2011-03-25 | 2012-03-21 | Processo e processo para a (am)oxidação de alcanos |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9616415B2 (pt) |
EP (1) | EP2688666B1 (pt) |
CN (2) | CN103459014A (pt) |
BR (1) | BR112013024586B1 (pt) |
SG (2) | SG193512A1 (pt) |
TW (2) | TWI504437B (pt) |
WO (1) | WO2012134898A2 (pt) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9409156B2 (en) | 2012-10-19 | 2016-08-09 | Instituto Mexicano Del Petroleo | Oxidative dehydrogenation of ethane to ethylene and preparation of multimetallic mixed oxide catalyst for such process |
CN104549223B (zh) * | 2013-10-23 | 2017-07-28 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种甲烷选择性氧化合成甲醇和甲醛催化剂及其制备方法和应用 |
BR112021019536A2 (pt) | 2019-05-02 | 2021-11-30 | Dow Global Technologies Llc | Composição de catalisador, e, processo para a produção de ácido acrílico |
CN114477092A (zh) * | 2022-01-24 | 2022-05-13 | 南方科技大学 | 一种氢化氧化物的制备方法和应用 |
Family Cites Families (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5472925A (en) * | 1991-08-08 | 1995-12-05 | Mitsubishi Chemical Corporation | Catalyst for the production of nitriles |
DE69402567T2 (de) * | 1993-01-28 | 1997-11-27 | Mitsubishi Chem Corp | Methode zur Herstellung einer ungesättigten Carbonsäure |
ID20670A (id) | 1997-08-05 | 1999-02-11 | Asahi Chemical Ind | Katalis amoksidasi untuk digunakan dalam memproduksi akrilonitril atau metakrilonitril dari propana atau isobutana dengan amoksidasi |
EP1260495B1 (en) * | 1998-05-21 | 2004-08-11 | Rohm And Haas Company | A process for preparing a multi-metal oxide catalyst |
CA2271397A1 (en) * | 1998-05-21 | 1999-11-21 | Rohm And Haas Company | A process for preparing a catalyst |
US6114278A (en) * | 1998-11-16 | 2000-09-05 | Saudi Basic Industries Corporation | Catalysts for catalytic oxidation of propane to acrylic acid, methods of making and using the same |
US6407031B1 (en) | 2000-09-28 | 2002-06-18 | Rohm And Haas Company | Promoted multi-metal oxide catalyst |
US6734136B2 (en) | 2000-09-28 | 2004-05-11 | Rohm And Haas Company | IR and/or SM promoted multi-metal oxide catalyst |
US6589907B2 (en) | 2000-09-28 | 2003-07-08 | Rohm And Haas Company | Zn and/or Ga promoted multi-metal oxide catalyst |
US6407280B1 (en) | 2000-09-28 | 2002-06-18 | Rohm And Haas Company | Promoted multi-metal oxide catalyst |
US7049466B2 (en) | 2000-09-29 | 2006-05-23 | Rohm And Haas Company | Recycle process |
US7038082B2 (en) | 2002-10-17 | 2006-05-02 | Basf Aktiengesellschaft | Preparation of a multimetal oxide material |
BRPI0500615B1 (pt) | 2004-03-10 | 2015-07-14 | Rohm & Haas | Catalisador modificado, e, sistema de catalisador modificado |
US7538059B2 (en) | 2006-01-31 | 2009-05-26 | Rohm And Haas Company | Regeneration of mixed metal oxide catalysts |
US7875571B2 (en) * | 2006-09-07 | 2011-01-25 | Rohm And Haas Company | Activated mixed metal oxide oxidation catalysts |
JP4822559B2 (ja) * | 2007-09-19 | 2011-11-24 | ローム アンド ハース カンパニー | (メタ)アクリル酸生成物流からのプロピオン酸の選択的減少のための改良された方法 |
WO2009106474A2 (en) * | 2008-02-25 | 2009-09-03 | Olaf Timpe | Phase-enriched movtenb mixed oxide catalyst and methods for the preparation thereof |
-
2012
- 2012-03-21 WO PCT/US2012/029857 patent/WO2012134898A2/en active Application Filing
- 2012-03-21 BR BR112013024586-7A patent/BR112013024586B1/pt active IP Right Grant
- 2012-03-21 CN CN2012800149265A patent/CN103459014A/zh active Pending
- 2012-03-21 SG SG2013070024A patent/SG193512A1/en unknown
- 2012-03-21 EP EP12711529.3A patent/EP2688666B1/en active Active
- 2012-03-21 SG SG10201602362XA patent/SG10201602362XA/en unknown
- 2012-03-21 CN CN201910196895.3A patent/CN110075838A/zh active Pending
- 2012-03-21 US US14/007,167 patent/US9616415B2/en active Active
- 2012-03-23 TW TW101110050A patent/TWI504437B/zh not_active IP Right Cessation
- 2012-03-23 TW TW104129914A patent/TW201545812A/zh unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US9616415B2 (en) | 2017-04-11 |
TWI504437B (zh) | 2015-10-21 |
EP2688666A2 (en) | 2014-01-29 |
US20140031585A1 (en) | 2014-01-30 |
TW201545812A (zh) | 2015-12-16 |
EP2688666B1 (en) | 2019-03-20 |
CN110075838A (zh) | 2019-08-02 |
TW201244819A (en) | 2012-11-16 |
WO2012134898A2 (en) | 2012-10-04 |
SG193512A1 (en) | 2013-10-30 |
CN103459014A (zh) | 2013-12-18 |
WO2012134898A3 (en) | 2013-04-04 |
SG10201602362XA (en) | 2016-05-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TW574186B (en) | Recalcined catalyst | |
CA2871853C (en) | Catalyst for alkane oxidative dehydrogenation and/or alkene oxidation | |
JPH11209331A (ja) | アンモ酸化反応による不飽和ニトリルの製造方法 | |
WO2014154808A1 (en) | Catalyst for alkane oxidative dehydrogenation and/or alkene oxidation | |
BR112013024586B1 (pt) | Processo e processo para a (am)oxidação de alcanos | |
TWI241926B (en) | Treatment of mixed metal oxide catalyst | |
JP2000070714A (ja) | 不飽和ニトリル製造用触媒の製造方法 | |
JP3318962B2 (ja) | アクロレイン酸化触媒の製造方法 | |
JP4791203B2 (ja) | 酸化物触媒の製造方法 | |
WO2016001113A1 (en) | Alkane oxidative dehydrogenation and/or alkene oxidation | |
WO2003008096A1 (es) | Un catalizador para la oxidación selectiva y la amoxidación de alcanos y/o alquenos, particularmente en procesos de obtención de ácido acrílico, acrilonitrilo y derivados de los mismos | |
CA2953195C (en) | Alkane oxidative dehydrogenation and/or alkene oxidation | |
WO2020049462A1 (en) | Vanadium oxide supported catalyst for alkane dehydrogenation | |
EP3026037A1 (en) | Alkane oxidative dehydrogenation and/or alkene oxidation | |
US20230090704A1 (en) | Catalyst compositions and methods of preparation and use thereof | |
CA2953891C (en) | Treatment of a mixed metal oxide catalyst containing molybdenum, vanadium, niobium and optionally tellurium | |
EA041878B1 (ru) | Катализатор окислительного дегидрирования алканов и/или окисления алкенов | |
CN104684643B (zh) | 丙烷氧化催化剂的制备 | |
RU2529995C1 (ru) | Катализатор и способ получения этилена и пропилена | |
JP2003245545A (ja) | 触媒の調製方法 | |
JP2018135290A (ja) | 共役ジエンの製造方法 | |
JP2018135289A (ja) | 共役ジエンの製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 21/03/2012, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. |