BRPI0505592B1 - Processo para a preparação de um catalisador para a oxidação de metanol a formaldeído, e processo para a preparação de formaldeído por oxidação de metanol - Google Patents
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Description
“PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE UM CATALISADOR PARA A OXIDAÇÃO DE METANOL A FORMALDEÍDO, E PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE FORMALDEÍDO POR OXIDAÇÃO DE METANOL” A presente invenção refere-se a um método para a preparação de um catalisador para a oxidação de metanol a formaldeído e ao seu uso em processos para a preparação de formaldeído.
Os catalisadores para a oxidação de metanol a formaldeído (comumente denominados “molibdato de ferro”, pois o Fe2(Mo04)3 é um dos componentes ativos principais) compreendem uma mistura de F^CMoO^ / M0O3 em que a razão de Mo/Fe está compreendida entre 1,5 e 5 e são geralmente preparados de acordo com um método que compreende a precipitação da mistura catalítica acima partindo de uma solução aquosa de um sal férrico solúvel tal como FeCl3, Fe (N03)3 e similares misturada com uma solução de um molibdato alcalino ou de amônio, diluição subseqüente da suspensão, filtração e lavagem do precipitado, sua conversão a uma suspensão por agitação, secagem da suspensão e subseqüente moldagem do pó seco ou de uma pasta do mesmo de modo a obter grânulos que tenham um formato geométrico específico e calcinação dos grânulos a temperaturas geralmente de desde 450 até 550°C. A precipitação é realizada partindo de soluções com valores de pH relativamente baixos (compreendidos entre 1 e 2 no caso de precipitação partindo de soluções de cloreto férrico), onde há uma solubilização significativa de molibdato de ferro. A descarga dos licores-mãe e da água de lavagem que contém íons molibdato assim como íons de amônio, férricos, nitrato e cloreto se tomam problemática, porque estes íons são poluentes e leis vigentes em muitos países proíbem a sua descarga ou permitem as concentrações muito inferiores àquelas dos licores-mãe e/ou da água de lavagem.
Foi agora, inesperadamente, verificou-se um método para a preparação de um catalisador que compreende misturas de Fe2(MoC>4)3 / M0O3 em que a razão de Mo/Fe está compreendida entre 1,5 e 5 e permite evitar a descarga de licores-mãe e/ou de água de lavagem e assim não apresentam os problemas dos processos da técnica anterior.
Uma outra vantagem do método de acordo com a invenção se baseia fato de que ele permite obter catalisadores que não contêm ânions de sais férricos tais como íons cloreto, que estão sempre presentes, embora em pequenas quantidades, nos catalisadores preparados de acordo com os métodos da técnica anterior. Nos catalisadores preparados de acordo com 0 novo processo, não há praticamente impurezas provenientes de íons de metais alcalinos e, se houver algum, a sua quantidade é menor do que 40 ppm. O método de acordo com a presente invenção compreende a reação de ferro na forma de pó suspenso em água com tri óxido de molibdênio, seguida por um tratamento de oxidação com peróxido de hidrogênio ou com outro agente oxidante em uma quantidade igual a, ou maior do que, a quantidade necessária para oxidar 0 íon ferroso a íon férrico e para oxidar 0 molibdênio ao estado hexavalente. Como uma alternativa, 0 agente oxidante pode ser dosado durante a reação entre 0 ferro e 0 óxido de molibdênio. A razão atômica Mo/Fe na reação é compreendida de 1,5 até 5, de preferência 2,5 - 3; 0 processo é realizado a temperaturas compreendidas entre aproximadamente 20°C e 0 ponto de ebulição da massa (100°C), de preferência 60 - 80°C. Uma vez completada a reação, a suspensão do precipitado é diluída e as licores-mãe são separadas e recicladas; 0 precipitado é seco e 0 pó ou uma pasta do mesmo é sujeito a uma moldagera para a obtenção de grânulos que têm um formato geométrico específico -particularmente grânulos cilíndricos dotados de um orifício de passagem ou de grânulos que têm uma seção transversal trilobada dotada, nos lóbulos, de orifícios de passagem paralelos ao eixo do grânulo.
Os grânulos são ativados por calcinação a temperaturas de desde 450 até 600°C, de preferência de desde 480 até 580°C. O ferro na forma de pó é de preferência usado na forma de partículas microesferoidais com um diâmetro médio de 40 a 150 mícrons. O teor de carbono do ferro é geralmente menor do que 0,15 % em peso. Os elementos tais como, por exemplo, níquel, cobre, silício e manganês podem estar presentes em quantidades de preferência inferiores a 1 %. O manganês geralmente está sempre presente e pode assim constituir um marcador do novo processo. O peróxido de hidrogênio ou oxidantes equivalentes, tais como oxigênio, peróxidos orgânicos ou hidroperóxidos são de preferência usados em excesso em relação à quantidade necessária para a oxidação do íon ferroso a íon férrico e para oxidar o molibdênio ao estado hexavalente. O catalisador resultante, graças à ausência de impurezas derivadas dos reagentes usados nos processos de preparação da técnica anterior, tem um desempenho constante para períodos de tempo significativamente longos. O desempenho do catalisador pode ser melhorado mais ainda por adição de molibdato de cério, com o cério tri- ou tetravalente, em uma quantidade de desde 0,05 até 10 % em peso como cério, de preferência 0,1-5%. O molibdato de cério de fato tem o efeito de diminuir significativamente a temperatura do ponto quente no leito catalítico, aumentando assim a estabilidade do leito catalítico e portanto a vida do mesmo. A adição de molibdato de cério é realizada por misturação após a decantação dos licores-mãe, um precipitado obtido de acordo com o método da presente invenção e um precipitado de molibdato de cério obtido partindo de uma solução de um sal de cério solúvel trivalente e/ou tetravalente, tal como, por exemplo, carbonato de cério, misturado com uma solução de um molibdato de metais alcalinos e/ou de amônio (seguida por lavagem para eliminar os íons estranhos) ou partindo de carbonato de cério e tri óxido de molibdênio em suspensão aquosa, aquecido até cessar a geração de CO2 ou com um método similar ao precedente, por adição de tri óxido de molibdênio e carbonato de cério diretamente à mistura durante a reação entre ferro e óxido de molibdênio. O espetro de difração de raios X (XRD) gravado em condições de alta resolução de um catalisador que contém 0 molibdato de cério apresenta linhas que, a uma concentração de cério relativamente baixa (3000 ppm), aparecem nas distâncias da rede d - 8,44 À; d = 6,69 Â e d = 4,79 Á, embora para concentrações mais altas (17000 ppm haja linhas que aparecem a distâncias d = 8,53 Â; d = 6,74 Â; d - 4,82 Â e linhas a distâncias d = 4,29 Â; d = 3,37 Áed = 2,75 Â. A análise de XRD de alta resolução é realizada por utilização de um diffatômetro de pó automatizado Panalytical XlPert theta/2 theta com geometria de Bragg-Brentano, que usa radiação Cu Kl X com lambda = 1,54184 Â e 1,6 kW de potência. O intervalo angular usado é de 5o até 125° 2 teta com etapas de 0,01° e um tempo de aquisição de 15 segundos por etapa. A descrição estendida do goniômetro fornece duas fendas Soller de 0,04-rad, Io de divergência e fendas antidifusoras e uma fenda receptora de 0,4 mm. O feixe que sofreu difração é ainda coletado por um monocromador secundário de grafite.
Tanto 0 catalisador que contém molibdato de cério como o catalisador isento de molibdato têm uma área da superfície de 1 até 7 m2/g, de preferência 2-6 m2/g. A oxidação do metanol é realizada de acordo com métodos conhecidos.
As misturas gasosas contêm metanol em uma concentração de desde 6 até 10 % em volume e oxigênio em uma concentração de desde 9 até 13% em volume, o restante sendo gás inerte tal como, por exemplo, nitrogênio. O reator é do tipo feixe de tubos e o calor da reação é removido por um líquido agente de resfriamento que circula do lado de fora dos tubos. A velocidade linear dos gases é 1 - 2 Nm/s; a temperatura do banho está compreendida entre 250 e 320°C.
Preferencialmente, a mistura gasosa é alimentada ao reator a temperaturas de desde 120 até 160°C.
Os exemplos a seguir são fornecidos para ilustrar mas não para limitar a presente invenção.
EXEMPLOS A planta piloto para os testes catalíticos da oxidação de metanol a formaldeído é constituída por um reator tubular imerso em um banho de sal fundido. O reator tem 1950 mm de comprimento e tem um diâmetro interno de 20,4 mm. O catalisador está localizado na parte central do reator de modo a garantir uma isotermicidade máxima. O banho de sal fundido é aquecido por meio de aquecedores elétricos de imersão e a temperatura é controlada por um regulador.
Os gases são introduzidos pela região superior do reator. O ar e o nitrogênio são dosados por fluxo de massa e o metanol é dosado por meio de uma bomba de escoamento constante e enviado primeiro a um evaporador. O fluxo na saída do reator e os gases após a purga da coluna são analisados por cromatografia em fase gasosas.
Exemplo 1 11 litros de água são carregados ao reator que tem um volume de 20 litros, dotado de um agitador e de um sistema de controle de temperatura. O líquido é agitado e então 128 g de ferro metálico na forma de pó e 825 g de Mo03 são carregados para o dito reator. A massa é aquecida até 75°C e é deixada nestas condições durante 20 horas. No final é formada uma suspensão azul escuro. A suspensão é resfriada até 65°C e tratada com 35 % de peróxido de hidrogênio (aproximadamente 1,4 litro) por meio de uma bomba peristáltica e até que se tome de uma cor amarela. A oxidação dura aproximadamente 3 horas. O precipitado é filtrado, seco, pelotizado (após lubrificação) na forma de um cilindro perfurado e ativado em ar a 500°C durante 4 horas.
Exemplo 2 A preparação do Exemplo 1 é repetida, adicionando-se à massa de reagente 7,1 g de carbonato de cério (42 % de Ce) e 4,6 g de M0O3; as condições do teste são as mesmas que no Exemplo 1.
Exemplo 3 Condições dos testes catalíticos O leito catalítico é constituído de duas camadas: uma camada superior de 400 mm de anéis de cerâmica e uma camada inferior de 700 mm de catalisador. A vazão total dos gases de entrada é 1,5 Nm/s (1765 Nl/hora). O teor de O2 da mistura na entrada é de aproximadamente 9,5%. A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos pela utilização do Exemplo 1; a Tabela 2 apresenta os resultados obtidos pela utilização do Exemplo 2.
Claims (6)
1. Processo para a preparação de um catalisador para a oxidação de metanol a formaldeído, caracterizado pelo fato de que compreende reagir pó de ferro e trióxido de molibdênio em uma razão de Mo/Fe de 1,5 até 5 em uma suspensão aquosa a temperaturas de desde 20 até 100°C e subsequentemente, opcionalmente simultaneamente oxidação da mistura com um agente oxidante em uma quantidade igual a ou maior do que a quantidade necessária para a oxidação do íon ferroso a íon férrico e para oxidar o molibdênio ao estado de valência 6, em que os li cores-mãe da reação são separados e reciclados, o precipitado é seco e o pó ou uma pasta do mesmo é sujeito a uma moldagem para se obter grânulos que têm um formato geométrico específico e os grânulos são calcinados a temperaturas de 450 a 600°C.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente oxidante é o pcróxido de hidrogênio e a oxidação a íon férrico é realizada após a reação entre ferro e tri oxido de molibdênio.
3. Processo de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que a reação entre ferro e tri óxido de molibdênio é realizada a temperaturas entre 60 e 80°C.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo lato de que os grânulos são calcinados a temperaturas de 480 a 580°C.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o molibdato de cério é adicionado ao catalisador em quantidades de desde 0,05 até 10 % em peso como cério,
6. Processo para a preparação de formaldeído por oxidação de metanol, caracterizado pelo fato de que é usado um catalisador obtido pelo processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, e em que o metanol e o oxigênio são alimentados a um reator com feixe de tubos respectivamente em uma concentração de 6 - 10 % e de 9 - 13 % em volume,o restante sendo gás inerte, com uma velocidade linear dos gases de 1-2 Nm/s e a temperatura do banho de resfriamento circulando do lado de fora dos tubos está compreendida entre 250 e 320°C.
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