Procédé d'oxydation catalytique de composés organiques. La présente invention concerne un pro cédé d'oxydation catalytique de composés or ganiques, dans lequel il est fait usage d'une masse catalytique particulière.
On connaît des procédés dans lesquels des composés organiques ont été oxydés catalyti- quement, en particulier en phase vapeur, au moyen de masses de contact contenant, comme l'un au moins de leurs constituants, lorsqu'elles sont fraîchement préparées, -des corps échangeurs de bases, siliceux et non si liceux, et leurs produits de réaction avec des anions, ce que l'on appelle les corps ressem blant à des sels.
On a trouvé maintenant que l'énorme -efficacité de masses de contact des corps échangeurs .de bases est partagée, dans une large mesure, par des masses de contact qui contiennent des substances résultant du lessivage de corps échangeurs de bases par des acides ou des composés acides, c'est-à- dire ,des produits que l'on obtient en traitant des corps échangeurs de bases, de préférence avec des acides dilués, par exemple des aci- des minéraux dilués, tels que les acides chlor hydrique, sulfurique, azotique, etc.
Le corps échangeur de bases soumis à l'extraction peut aussi être un "corps semblable à un sel" ob tenu comme exposé dans la. suite. Ce lessivage aux acides enlève d'abord graduellement les bases échangeables, puis, lorsqu'on le pousse plus loin, enlève graduellement la portion plus basique du noyau non échangeable du corps échangeur .de bases et, si on le pousse jusqu'à achèvement, ne laisse que la portion aeidique du noyau. Dans 1.e cas de corps échangeurs de bases contenant du silicium, ,c'est=à-,dire de zéolithes, le produit final est un acide silicique complexe.
Dans le cas de corps non siliceux, le produit. final d'un les sivage complet ne contient que le ou les cons tituants relativement acides du noyau non échangeable. Aussi étrange que cela puise paraître, ce lessivage ne semble pas détruire à un grand degré la structure physique très poreuse des corps échangeurs de. bases et l'efficacité des masses de contact utilisées dans le procédé de la présente invention peut être attribuée, dans une mesure considérable, au fait qu'elles possèdent une structure phy sique semblable à celle des corps échangeurs de bases en partant desquels elles ont été préparées.
Lorsque les corps échangeurs de bases sont eux-mêmes catalytiquement actifs et .que le lessivage, dans le cas de zéolithes, n'est pas poussé jusqu'à achèvement, le corps les- - sivé peut contenir des éléments catalytique- ment actifs combinés chimiquement dedans. Toutefois si, dans le cas de zéolithes, le les sivage est complet, l'acide silicique complexe résultant n'est pas lui-même -catalytiquement actif, mais agit comme un porteur extraordi nairement efficace pour des constituants ca- talytiquement actifs.
L'invention comprend l'usage de masses de .contact dans lesquelles une partie ou la totalité des constituants ca- talytiquementactifs peut être, présente, par tiellement ou totalement, sous la forme de,di luants physiquement associés, -de préférence sous une forme homogène, avec le corps échangeur de bases lessivé.
On doit soigneusement distinguer les mas ses de contact utilisées dans le procédé selon la présente invention, de corps ressemblant à des sels .dans lesquels l'anion entrant en réac tion reste combiné chimiquement avec le corps échangeur de bases en formant avec lui un groupe présentant bien des propriétés<B>cl-,</B> sels. Le lessivage avec des acides dilués, qui produit les masses de contact utilisées dans le présent procédé, ne laisse généralement pas une quantité notable du radical acide uni avec le corps échangeur de bases.
Les corps échangeurs de bases formant les matières premières pour les masses de contact dont il est fait usage dans la présente invention peuvent être dilués ou non dilués, de préférence dilués. Si on lessive un corps échangeur de bases dilué, les diluants sont habituellement, mais pas nécessairement, inattaqués et restent en association physique intime avec la carcasse formée par le produit résultant du lessivage du corps échangeur de bases.
Les corps échangeurs de bases dilués ou non dilués peuvent être divisés en deux classes: les zéolithes, c'est-à-dire des corps échangeurs de bases contenant du silicium dans leur noyau, et les corps échangeurs de bases non siliceux dans lesquels le silicium est complètement remplacé par des oxydes acides ou amphotères convenables, habituel lement des oxydes métalliques.
Les zéolithes appartiennent à deux classes générales: celles à deux constituants et celles à constituants multiples. Les zéolithes à deux constituants sont les produits de réaction de deux types de constituants initials, c'est-à- dire de métallates et de silicates (en faisant usage ici du mot métallate dans un sens large, comme celui qui sera défini plus loin dans ce mémoire) ou de sels métalliques et de si licate.
Fréquemment, plus d'un membre -d'un type peuvent entrer en réaction, c'est-à-dire qu'un silicate peut réagir avec plus d'un mé- tallate ou avec plus d'un sel métallique. Les zéolithes à constituants multiples sont -les pro duits de réaction d'au moins trois types de constituants, c'est-à-dire d'au moins un sili cate, d'au moins un métallate et d'au moins un sel métallique. Par sel métallique, on en tend des sels qui ne sont pas des métallates.
Les -constituants catalytiquement actifs peuvent se trouver dans la masse catalytique employée sous quatre formes principales, comme il suit: 10 Ils peuvent avoir été mé langés physiquement avec des produit échangeurs de bases lessivés ou non lessivés, ou être imprégnés dans ceux-ci; 20 Ils peu vent avoir été incorporés physiquement, d'une façon homogène, dans des produits échan geurs de bases avant que ceux-ci aient été complètement formés, sous la forme de corps diluants catalytiquement actifs ou sous la forme de diluants qui ont été imprégnés .de substances catalytiquement actives;
3e 'Ils peuvent être combinés chimiquement dans les produits résultant .du lessivage des échan geurs de bases sous une forme non échangea- ble, c'est-à-dire qu'ils peuvent former une partie du noyau non échangeable du produit de lessivage du .corps échangeur de bases qui est présent dans le produit final ou .qui est transformé en les dérivés, ou bien ils peuvent avoir été combinés chimiquement avec les corps échangeurs -de. bases sous la forme d'a nions catalytiquement actifs qui forment avec le corps échangeur de bases, ou son dé rivé lessivé, des corps ressemblant à. des sels;
40 Ils peuvent avoir été combinés .chimique ment sous une forme échangeable, soit. au cours .de la formation du corps échangeur de bases ou, par échange de bases, après forma tion. Naturellement, les mêmes constituants catalytiquement actifs ou des constituants catalytiquement actifs différents peuvent être présents sous plus d'une des formes sus tlécrites et un avantage de l'invention est que des substances catalytiquement actives peuvent être introduites sous une grande va riété de formes qui donnent un grand choix au chimiste catalyste.
Bien que les différents produits échan geurs de bases puissent varier largement quant à leurs caractéristiques -chimiques, ils possèdent tous une structure physique sem blable qui se caractérise par une porosité plus ou moins grande, fréquemment une mi- croporosité, et une grande résistance aux fortes températures et, dans le cas -de pro duits qui n'ont pas été lessivés aux acides au point d'enlever tous les constituants catalyti- quement actifs, ces "constituants sont distri bués dans toute la carcasse -des produits en dispersion atomique ou moléculaire; cette ho mogénéité chimique est un des avantages im portants -de certaines des masses de contact utilisées dans le procédé selon l'invention.
Bien que les substances catalytiquement actives puissent être contenues dans des pro duits de lessivage de corps échangeurs de ba ses non dilués aussi bien que dans des pro duits dilués, on a trouvé que, pour la plupart clés réactions, des masses de contact diluées d'une façon homogène offrent un avantage, en particulier si les diluants sont d'une na ture physique ou chimique telle -qu'ils exer cent une influence désirée sur l'activité cata- lytique des masses de contact comme quand, par exemple, les diluants sont riches en silice que l'on a trouvé avoir un pouvoir activant, ou quand les diluants, en raison d'une grande porosité, .d'une grande capillarité ou d'une forte énergie superficielle, peuvent.
être con sidérés comme des catalyseurs, ou des ac'ti- vateurs, physiques.
Les corps échangeurs de bases se compor tent comme s'ils étaient des produits de poids moléculaire extrêmement élevé, car on peut introduire des constituants catalytique- ment actifs, soit dans le noyau non échangea- ble ou sous la forme de bases échangeables en, pratiquement.
toutes proportions désira bles et la loi ordinaire de proportions de com binaison chimique, qui, dans des composés de faible poids moléculaire restreint les propor tions dans lesquelles des constituants peuvent être incorporés chimiquement, paraît être sans force, ce qui rend raisonnable de suppo ser que le poids moléculaire -est si élevé qu'il masque complètement l'effet de la loi. Il est, bien entendu, possible que les corps échan geurs de bases, ou certains .d'entre eux, puis sent être des solutions solides de plusieurs composés de poids moléculaire moindre. Il n'a pas été possible, jusqu'à présent, .de trancher définitivement cette question, car des corps échangeurs -de bases ne se laissent pas analy ser facilement quant à leur structure chimi que.
L'invention n'est naturellement limitée à aucune théorie; mais, quelles que soient les réactions chimiques sur lesquelles il re pose, le fait que des constituants catalytique- ment actifs peuvent être introduits chimique ment en toutes proportions désirées a une énorme importance pour le chimiste ea.ta- lyste et lui permet de produire un nombre presque illimité de catalyseurs au masses de contact finement et graduellement dosés pour les diverses oxydations de composés organi ques.
Dans tous les cas, les masses de contact produites sont très efficaces en raison de la. structure physique désirable des produïts échangeurs de bases lessivés contenus dedans et des limites étendues de dilution homogène de molécules ou atomes catalytiquement ac- tifs, avec uniformité et douceur d'action ré sultantes, ce qui a une grande importance, en particulier dans les réactions sensibles telles que l'oxydation de bien des composés aroma tiques dans la phase vapeur qui est un champ de catalyse d'oxydation de composés organi ques pour lequel des masses de :contact dont il est fait usage dans la présente invention conviennent particulièrement bien.
En plus des importants caractères dont les corps obtenus par lessivage ainsi qu'in diqué dotent les masses de contact, on a trouvé que, pour bien des réactions rentrant clans le cadre de l'invention, il est désirable de régulariser et régler l'action des masses de contact. Cela peut. se faire en associant avec lesdits corps lessivés, ou en y incorpo rant ou y formant, des composés des métaux alcalins, des métaux alcalino-terreux et des métaux terreux fortement basiques à oxydes non réductibles par l'hydrogène. Ces compo sés semblent ralentir ou adoucir la réaction catalytique et on les désignera, dans tout ce mémoire, sous le nom .de régulateurs.
Les ré gulateurs peuvent être mélangés physique ment avec lesdits corps lessivés ou, si le les sivage n'est pas suffisant pour .enlever toutes les bases échangeables, ces dernières peuvent agir comme régulateurs et, pour certaines réactions, sont particulièrement efficaces vu qu'elles sont en combinaison chimique avec le corps lessivé et sont ainsi finement. distri buées, d'une façon homogène, dans toute la masse de contact.
Il est difficile de déterminer exactement le :degré de lessivage dans certains cas et, si un contrôle très étroit de l'alcalinité est dé sirable, on peut traiter un corps échangeur de bases lessivé d'où, peut-être, beaucoup trop de bases échangeables ont été enlevées. avec des alcalis convenables qui remplaceront en partie ou en totalité les bases éliminées par le lessivage. Cela donne une possibilité supplé mentaire de contrôler la composition cataly tique finale.
En plus de l'usage .de régulateurs qui sont importants dans un grand nombre d'oxy- ,dations organiques, en particulier des oxy- dations en produits intermédiaires ou des oxydations qui ont pour but .d'enlever par combustion un ou plusieurs constituants d'un mélange de composés organiques, tel, par exemple, que des hydrocarbures aromatiques bruts comme l'anthra:
cène, sans attaquer sen siblement les autres constituants du mélange, on a trouvé que l'action du régulateur et la très haute efficacité des masses de contact peut, dans bien des cas, être grandement aug mentée par l'association avec ces masses, ou la combinaison chimique dans celles-ci, @d'é- léments ou radicaux ou groupes qui sont cata- lytiquement actifs, mais qui ne possèdent pas d'activité catalytique spécifique pour la réac tion particulière à effectuer. Ainsi, par exem ple,
dans le cas de certaines oxydations d'où résulte la production d'eau comme sous- produit, des catalyseurs de déshydratation peuvent avantageusement être présents dans la masse de contact. Dans d'autres ox- yda- tions, où l'on désire une condensation ou une polymérisation, des catalyseurs favorisant ces réactions peuvent être présents.
Ces consti tuants catalytiquement actifs qui ne sont pas des catalyseurs spécifiques pour l'oxydation organique particulière en question seront dé signés ici sous le nom de catalyseurs auxi liaires. Ils semblent augmenter l'effet de do sage que l'on peut obtenir avec des régula teurs. Dans certaines réactions, on peut faire usage -de catalyseurs auxiliaires sans régula teurs, bien que, en général, cela ne soit pas désirable.
Il va sans dire que l'action des ré gulateurs, tout en étant probablement due principalement à un ralentissement ou stabi lisation de l'action du constituant, catalyti- quement efficace spécifique de la masse de contact n'a pas, dans tous les cas, ni même normalement, pour résultat un rendement moindre. Au contraire, les rendements en un produit d'oxydation particulier, spéciale ment s'il constitue un stade d'oxydation in termédiaire, sont normalement augmentés par le choix d'un régulateur convenable et dans bien des cas le rendement, en particulier dans des oxydations en phase vapeur, peut être augmenté, et dans certains cas l'être grande- ment, par la .présence de régulateurs.
Cepen dant, dans tous les cas, le choix -de régula teurs .convenables, avec ou sans catalyseurs auxiliaires convenables, augmente l'efficacité générale de la réaction.
L'énorme gamme de groupes chimiques que l'on peut combiner dans ou avec, ou in corporer dans des produits permutogénéti- ques (corps échangeurs de bases ou leurs dé rivés) permet un grand choix de catalyseurs auxiliaires aussi bien que de catalyseurs spé- .cifiques et permet leur association avec les masses de contact sous une forme extrême ment homogène et catalytiquement efficace.
Ainsi, bien des corps échangeurs de bases ou leurs dérivés peuvent constituer en même temps des catalyseurs spécifiques, des régula teurs et des catalyseurs auxiliaires com plexes, car tous ces éléments peuvent être présents dans le même composé chimique et participer aux avantages découlant de sa structure physique et de ses propriétés chimi ques désirables.
Naturellement, tant des Tégu- lateurs que des catalyseurs auxiliaires peu vent être mélangés en partie ou en totalité avec des produits permutogénétiques et un seul régulateur ou un seul catalyseur auxi liaire peut être présent, partie en mélange physique et partie en combinaison chimique, comme le comprendra aisément le chimiste échangeur -de bases expérimenté.
Les corps échangeurs de bases qui for ment des constituants importants ou la ma tière initiale pour ,des dérivés, dans des mas ses de contact utilisées dans le procédé selon l'invention, peuvent être préparés par un quelconque -des procédés bien connus. Ainsi, par exemple, on peut préparer des zéolithes à deux constituants par .des procédés par voie humide dans lesquels on fait réagir des cons tituants métallates, ou .des constituants sels métalliques, dont une partie ou la totalité peuvent être catalytiquement actifs, avec des silicates solubles pour former des zéolithes des types aluminosilicate ou silicate double d'aluminium, ou bien l'on peut fondre les constituants, de préférence en présence de fondants.
Il va sans .dire que l'expression mé- tallate englobe non seulement les solutions alcalines d'oxydes ou hydroxydes métalliques amphotères, mais aussi des sels, de métaux formant alcalis, -d'acides métalliques, tels que les oxyacides de métaux des cinquième et sixième groupes qui, dans au moins un des stades d'oxydation, ne .sont pas à strictement parler amphotères, mais qui sont capables de réagir avec des silicates pour former des zéolithes, ou avec d'autres constituants pour former des -corps échangeurs de bases non siliceux.
Dans tout le présent mé moire, on adhérera strictement à cette défi nition des métallates. Dans la formation<B>de</B> zéolithes à deux constituants par voie hu mide, le produit de réaction final doit. être alcalin à l'égard du tournesol et, pour des produits à haut pouvoir échangeur de bases, il doit être neutre ou alcalin à l'égard de la phénolphtaléine. Pour produire des corps échangeurs de bases à utiliser dans la prépa ration de masses de contact pour l'exécution du procédé selon la présente invention, il est parfois inutile d'assurer un haut pouvoir échangeur .de bases et, pour bien des buts,
des zéolithes formées dans des conditions d'où ré sulte un produit de réaction final qui est acide à l'égard de la phénolphtaléine, mais alcalin à l'égard du tournesol, présentent un avantage, On ne sait pas exactement si le:; produits obtenus dans de telles conditions sont des composés chimiques homogènes quoi que, de bien des façons, ils se comportr_nt comme tels. Il y a pourtant raison de croire que, dans certains cas au moins. des mélanges de polysilicates échangeurs et non échangeur. de bases peuvent se produire.
Dans le but du présent mémoire, on considérera un produit comme échangeur de bases s'il possède un pouvoir échangeur de bases quelconque, i faible soit-il. h1 est désirable pour bien des buts, et en particulier si l'on veut avoir des zéolithes à deux constituants à fort pouvoir échangeur de bases, d'ajouter les constituants relative ment acides, par exemple les sels métalliques clans le cas .de silicates du type silicate clou- blé d'aluminium, aux constituants relative ment plus alcalins, tels, par exemple, que des silicates solubles.
Par ces moyens, on assure une alcalinité continue et cette façon de pro céder peut être considérée comme celle qu'il est préférable d'adopter dans la plupart des cas; mais la façon de procéder inverse est avantageuse pour certaines masses de con tact.
On peut préparer des zéolithes à consti tuants multiples par l'un quelconque des pro cédés précédents, en faisant usage d'au moins trois types de constituants, c'est-à-dire -d'au moins un métallate, d'au moins un sel métal lique et d'au moins un silicate soluble. Dans le cas de zéolithes à .constituants multiples, comme dans le cas de zéolithes à deux cons tituants, on doit observer les conditions -d'al calinité et, pour bien des buts, il est avanta geux d'ajouter les constituants relativement acides aux constituants relativement alcalins afin d'assurer une réaction alcaline continue.
Les zéolithes à constituants multiples produi tes varient comme nature selon la proportion des différents constituants réactifs. Ainsi, quand les métallates et les silicates pr6do- minent sur les sels métalliques, les produits résutants ressemblent à des zéolithes à deux constituants du type alumino=silicate. Si les sels métalliques et les silicates prédominent sur les métallates, les produits ressemblent à des zéolithes à deux constituants -du type si licate double d'aluminium et, enfin,
si les mé- tallates et les sels métalliques l'emportent sur les silicates, le produit résultant ressemble plus ou moins à des corps échangeurs de ba ses non siliceux. Il est clair qu'il n'y a pas de ligne de démarcation nette entre les trois types de zéolithes à constituants multiples et que l'un se fond .dans l'autre à mesure que les proportions des différents constituants va rient.
Un avantage des zéolithes à consti tuants multiples sur les zéolithes à deux constituants est que le choix de constituants catalytiquement actifs est plus vaste, car cer tains éléments ou groupes catalytiquement actifs ne peuvent être incorporés que sous la forme -de métallates et d'autres que sous la forme de sels métalliques. Dans une zéolithe à constituants multiples, on peut incorporer chaque groupe catalytiquement actif sous la forme sous laquelle il est le plus profitable.
On obtient des corps échangeurs de bases non siliceux par les procédés généraux dé crits ci-dessus; mais, au lieu d'effectuer -des réactions entre silicates et autres constituants oxydes métalliques, on fait réagir .deux ou plus de deux composés oxymétalliques dont, en général, au moins un sera un métallate et au moins un, un sel métallique, .ou bien, dans certains cas, il est possible d'effectuer une réaction entre deux métallates différents dans lesquels un des radicaux négatifs est plus aci- dique que l'autre.
Il est possible de produire des corps échangeurs de bases non siliceux dans lesquels plusieurs oxydes métalliques sont présents. Il est également possible de produire des corps échangeurs de bases non siliceux dans lesquels un seul métal est pré sent. Ainsi, par exemple, certains métaux peuvent être d'un genre suffisamment am photère pour former tant des métallates que des sels métalliques qui sont capables de réagir les uns avec les autres pour produire des corps échangeurs de bases.
Une façon spéciale de produire des corps échangeurs -de bases non siliceux consiste à. neutraliser graduellement des sels fortement alcalins des oxyacides d'éléments métallique des cinquième et sixième groupes dans des stades d'oxydation dans lesquels ils sont suf fisamment amphotères. La neutralisation d'autres métallates fortement alcalins peut également -déterminer la formation de corps échangeurs de bases non siliceux. La méthode inverse, par laquelle des sels non alcalins de métaux convenables sont traités graduelle ment avec de l'alcali jusqu'à ce que la réac tion soit suffisamment alcaline pour per mettre la formation de corps échangeurs de bases, peut également être employée.
Bien des métaux ne sont capables d'eu- trer dans la formation échangeuse de bases que dans certains stades d'oxydation et il est parfois nécessaire d'introduire ces métaux clans un stade d'oxydation différent de celui qu'on désire dans le corps échangeur -de bases final, le changement de stade d'oxydation étant -de préférence effectué durant la forma tion du corps échangeur de bases. Certains autres éléments peuvent être incorporés sous la forme de composés complexes des types les plus divers, tels, par exemple, que les groupes ammoniacaux, etc.
En plus des corps échangeurs de bases ar tificiels brièvement décrits- ci-dessus, on peut faire usage de corps échangeurs de bases na turels comme la néphéline, la leucite, le feldspath, etc.
Les masses -de contact les plus importan tes pour bien des réactions conformes à l'in vention contiennent .des produits permuto- génétiques lessivés dans lesquels, de préfé rence, les diluants sont incorporés d'une fa çon homogène dans les corps échangeurs de bases avant formation de ces .derniers ou, tout au moins, avant que le corps échangeur de bases ait fait prise après formation. On peut faire usage de bien -des diluants, tant inertes que régulateurs, activants, cataly seurs spécifiques ou catalyseurs auxiliaires.
En voici quelques-uns: kieselgurs en tous genres, en particulier la terre -de,cellite natu- relle ou traitée, poudres siliceuses de divers types, produits permutogénétiques pulvéri sés, poudres naturelles ou artificielles de ro ches, pierres, tuf, trass, lave et produits vol caniques similaires qui sont fréquemment très poreux, sable vert, glauconite ou son dérivé lessivé à l'acide:
le glaucosile, laine de scorie pulvérisée, ciments, sable, silicag.el, poterie pulvérisée, terre à. foulon, talc, poudre de verre, poudre de pierre ponce, amiante, graphite, charbon activé, poudre de quartz, divers minéraux pulvérisés, riches en quartz, poudres métalliques et d'alliages métalliques, sels d'acides oxymétalliques, tels que tungs- tates, vanadates, chromates.
uranates, manga- nates, -cérates, molybdates, etc., en particu lier ceux de cuivre, silicates, tels que silicate de cuivre, silicate de fer, silicate de nickel, silicate de cobalt, silicate d'aluminium, sili- cate de titane, minéraux ou minerais, spécia lement ceux riches en cuivre, etc.
Des di luants finement divisés présentent un grand avantage, @ spécialement si la grosseur moyenne des particules est inférieure à 60 microns auquel cas les diluants possèdent une forte énergie superficielle, ce qui augmente la capacité .adsorptive et absorptive de la masse de contact, la vitesse de diffusion et la po rosité. Ces diluants finement divisés peu vent être considérés comme .des catalyseurs ou activateurs physiques.
Des corps permu- togénétiques dilués peuvent également être finement divisés et employés comme une par tie ou la totalité des diluants d'autres corps échangeurs de bases.
Les neuf façons de procéder suivantes sont les plus efficaces pour l'introduction de diluants; mais on peut faire usage de toutes autres méthodes convenables, le lessivage étant effectué soit avant, soit après, soit en core en cours de formation. Des exemples de méthodes d'incorporation de diluants ont déjà été décrits ailleurs et on peut faire usage clé l'une quelconque de ces méthodes: 1o On peut mélanger les diluants avec un ou plusieurs constituants liquides des corps échangeurs de bases à former. lorsqu'on pré pare ces derniers par voie humide.
20 On peut précipiter des constituants, qu'ils soient des catalyseurs spécifiques, des catalyseurs auxiliaires ou autres, dans des corps diluants, ou en imprégner ceux-ci que l'on incorpore ensuite dans les corps échan geurs de bases par toutes méthodes d'incorpo ration convenables.
<B>30</B> On peut mélanger des diluants avec -des corps échangeurs de bases, lorsque ces derniers sont encore sous la forme de gelées, par pétrissage ou malaxage, auquel cas la gelée échangeuse de bases se comporte comme un adhésif. L'homogénéité et l'uniformité de la distribution des diluants ne sont. naturel -ent, pas tout<B>à</B> fait aussi grandes par I 'em<B>1</B> cette méthode que par la méthode 10; mais, pour bien des oxydations catalytiques de composés organiques, une extrême uniformité n'est pas essentielle.
40 On peut former -des diluants au cours de la formation .de corps échangeurs de bases, en mélangeant des composés. con venables avec les constituants des corps échan geurs -de bases, -de façon que les particules de diluants soient précipitées au cours de la for mation. On peut ajouter des colloïdes protec- teurs pour empêcher une coagulation des par ticules -de diluants avant que les corps échan geurs de bases aient fait prise suffisamment.
50 On peut ajouter des composés qui réa gissent avec certains des corps échangeurs-de bases en formant des constituants pour pro duire -des diluants; par exemple, on peut ajouter -des sels des acides de métaux des cin quième et sixième groupes suffisamment en excès pour .qu'ils réagissent avec -des consti tuants du corps échangeur -de bases pour for mer -des diluants insolubles comme, par exemple, avec des oxydes de métaux lourds.
60 On peut imprégner des corps échan geurs de bases préformés, .dilués ou non di lués, artificiels ou naturels, de solutions vé ritables ou colloïdales -de constituants cataly- tiquement efficaces, puis les sécher.
<B>70</B> On peut imprégner un corps échangeur de bases préformé, dilué ou non dilué, de plusieurs solutions, qui réagissent dedans pour précipiter tous diluants désirés.
<B>80</B> Ou peut ajouter des composés diluants acides aux constituants formant un corps échangeur- de bases qui, après formation, re tient les composés en solution et que l'an sèche, sans le laver, ou que l'on traite pour précipiter les composés.
90 On peut imprégner des corps échan geurs de bases, naturels ou artificiels, .dilués ou non .dilués, ou leurs dérivés, de solutions des composés désirés que l'on précipite en suite au moyen de gaz réactifs.
Le noyau, ou portion non échangeable, des molécules des corps échangeurs de bases est ordinairement considéré comme consistant en deux types d'oxydes, à savoir: des oxydes métalliques relativement basiques, habituelle ment amphotères, et des oxydes relativement acidiques, tels que SiO2, certains oxydes mé talliques amphotères et certains oxydes mé- talliques qui présentent un caractère nette ment acide.
Le noyau se comporte comme un anion simple; mais il est avantageux de con sidérer les deux portions du noyau comme les portions basique et acidique en ne perdant pas de vue, bien entendu, que le noyau se coïn- porte comme un groupe siirple. Les composés métalliques qui sont capables de former la portion basique du noyau sont ceux des ml:
taux suivants: cuivre, argent, or, bismuth, bé ryllium, zinc, cadmium, bore, aluminium, certaines terres rares, titane, zirconium, étain, plomb, thorium, niobium, antimoine, tantale, chrome, molybdène, tungstène, ura nium, vanadium, manganèse, fer, nickel, co balt, platïne, palladium. On peut introduire des composés de ces éléments, isolément ou en mélanges, en toute proportion .désirée, et ils peuvent-être sous la forme d'ions simples ou complexes. Il va sans dire que certains des éléments, dans certains stades d'oxyda tion, peuvent être introduits soit comme iné- tallates, soit comme sels métalliques.
D'au tres ne peuvent être introduits que sous l'une des formes et d'autres encore peuvent être in troduits dans un stade d'oxydation autre que celui désiré dans le corps échangeur de bases final, ou sous la forme de composés complexes. Parmi les ionogènes complexes, on peut citer l'ammoniaque, l'acide cyanhydri que, l'acide oxalique, l'acide formique, l'a cide tartrique, l'acide citrique, la glycérine, etc.
Bien des métaux sont des catalyseurs spé cifiques; d'autres sont des régulateurs et d'autres encore des catalyseurs auxiliaires. Naturellement, la condition d'un élément comme catalyseur spécifique ou comme cata lyseur auxiliaire variera avec la réaction d'oxydation particulière pour laquelle la masse de contact finale doit être employée et le choix -de ces catalyseurs, ainsi que les pro portions seront .déterminés par l'oxydation ca talytique particulière du composé organique particulier pour lequel la masse de contact doit être employée.
Des exemples de constituants formant la portion relativement acide du noyau échan- geur de bases sont les silicates de métaux al- calins@, qui sont solubles dans l'alcali, et les sels, de métaux alcalins, -d'acides tels que ceux de bore, de phosphore, ,d'azote, .d'étain, de titane, -de vanadium, de tungstène, de chrome, de niobium, -de tantale, d'uranium, d'antimoine, de manganèse, etc.
Les bases échangeables des corps échan geurs de bases peuvent être .substituées par échange de bases et les éléments que l'on peut introduire individuellement ou en mé lange, par échange de bases, sont les sui vants: cuivre, argent, or, ammonium, béryl lium, calcium, manganèse, césium, potassium, sodium, zinc, strontium, cadmium, baryum, plomb, aluminium, scandium, titane, zirco nium, étain, antimoine, thorium, vanadium, lithium, rubidium, thallium, bismuth, chrome, uranium, manganèse, fer, cobalt, nickel, ruthénium, palladium, platine et cé rium.
Selon les réactions dans lesquelles l'a masse,de contact doit être empjoyée, les bases échangeables introduites peuvent être des ca talyseurs spécifiques, elles peuvent être des régulateurs ou elles peuvent être des cataly seurs auxiliaires. On peut les introduire comme ions simples ou comme ions complexes et elles peuvent augmenter l'activité Cataly tique de la masse -de contact finale, amélio rer sa structure physique ou agir des deux façons.
On peut également enrober ou revêtir des granules porteurs massifs de corps échan geurs de bases lessivés, dilués ou non dilués, sous la forme de pellicules, ou en imprégner ces granules. Les porteurs massifs peuvent être inertes, activants ou être eux-mêmes des catalyseurs. Par -exemple, on peut faire usage de certains alliages catalytiques contenant du vanadium, du chrome, du tungstène, .de l'ura nium, -du molybdène et d'autres métaux qui sont des catalyseurs d'oxydation.
Des frag ments porteurs métalliques et spécialement des métaux de haute conductibilité thermi que, comme l'aluminium, jouent un rôle sup plémentaire avantageux en ce :sens que leur conductibilité thermique relativement élevée tend à empêcher une surchauffe locale, ce quia une grande importance, puisque la plu part des oxydations organiques rentrant dans le cadre -de la présente invention sont fortement exothermiques et que certaines d'entre elles sont excessivement sensibles à des conditions -de températures et tendent ai- s6ment à échapper à tout contrôle avec des températures excessives.
Le lessivage peut être effectué de toute manière convenable et l'expression "lessi- vage" englobe -des procédés dans lesquels le corps échangeur de bases est lavé avec des acides dilués. En fait, tout traitement avec un acide quia pour résultat l'enlèvement, par action chimique, d'une portion quelcon que -des bases présentes dans le corps échan geur,de bases doit être considéré comme cou vert par l'expression "lessivage".
Pour bien .des oxydations organiques. il est désirable de soumettre les masses de contact à une calcination préliminaire avec de d'air ou avec des gaz acides. Ce dernier traitement n'est pas aussi important si le les sivage a été poussé à un haut degré, car l'un de ses rôles les plus importants réside dans la réduction d'une forte alcalinité qui est effec tuée par lui et, naturellement, dans des mas ses de contact amplement lessivées, l'alcali nité est à peu près complètement détruite.
Cependant, on peut faire usage de calcina tions et de traitement par des gaz acides et ils présentent un avantage, avec un grand nombre -de masses<B>de</B> contact, en particulier des masses de contact où le corps échangeur de bases lessivé peut être lui-même employé comme diluant dans d'autres corps échan geurs de bases catalytiquement inactifs ou actifs. Dans des cas de ce genre, le corps les sivé peut ne pas montrer en lui-même une alcalinité excessive pour certaines réactions, mais il peut être associé avec d'autres cons tituants qui sont trop fortement alcalin: pour donner -de bons résultats et, dans des cas de ce genre, un traitement avec des gaz acides a une grande importance.
La calcination et les catalyses elles-mêmes, en particulier les catalyses en phase vapeur, ont habituellement pour résultat certaines transformations chi miques dans la masse de contact, spéciale ment sur sa surface, qui ne sont pas bien dé finies et les masses de contact de l'invention sont -définies ici comme du moment où elles sont fraîchement préparées, conformément au mode de définition usuel en chimie cata lytique.
Si les corps échangeurs de bases lessi vés contiennent -les quantités considérables de constituants basiques, et spécialement si le lessivage a été arrêté avant l'enlèvement complet de bases échangeables, on peut prépa rer des corps, ressemblant à des sels, du corps échangeur de bases. Des radicaux aci- diques que l'on peut amener à réagir peuvent être catalytiquement actifs, inertes, ou peu vent agir comme catalyseurs auxiliaires.
Parmi: les radicaux catalytiquement actifs importants se trouvent ceux des oxyacides des métaux des cinquième et sixième grolz- pes du système périodique, en particulier les éléments tels que vanadium, molybdène, tungstène, uranium, chrome, etc. On peut faire usage d'autres radicaux acides tels que ceux de manganèse, sélénium, tellure, arsenic, phosphore, soufre, chlore, brome, fluor, azoté et bore.
On peut faire usage d'acides simples ou de leurs sels, ou employer des peracides ou des acides complexes tels que ceux contenant du ferro- et ferricyanogène, du sulfocyano- gène ou d'autres groupes métal-cyanogène. Des groupes ammoniacaux .sont également ef ficaces.
L'activité catalytique des masses de -contact constituées par des corps ressem blant à des sels peut résider en partie ou en totalité -dans le noyau .du corps échangeur de bases lessivé, dans les radicaux acides unis avec lui ou sous la forme de diluants phy siquement associés avec la masse .de contact.
Les masses de contact dont il est fait usage dans l'invention sont efficaces dans toutes les oxydations organiques et en voici des exem ples: 1e Réactions dans lesquelles un produit d'oxydation intermédiaire est obtenu:
L'oxy- dation de benzol, toluol, phénol, phénols de goudron ou furfurol et autres èomposés con tenant le groupe -CHZ-CH= CH-CH=- en acide maléique et acide fumarique ou acide mésotartrique; de crésol en aldéhyde salicylique et acide salicylique; de toluol et des divers toluols substitués halogénés et ni trés en les aldéhydes et acides correspon dants;
-de xylènes, pseudocumène, mésitylène, paracymène et autre dérivés en les aldéhydes et acides correspondants; de naphtaline en naphtaquinone, anhydride phtalique en acide maléique et acide fumarique, d'anthracène en anthraquinone; de phénanthrène en phé- nanthraquinone, acide diphénique, anhydride phtalique -et acide maléique;
d'acénaphtène en acénaphtylène, acénaphtaquinone, bisacé- naphtylidènedione, acide naphtaldéhydique, anhydride naphtalique et acide hémimellithi- que; de fluorène en fluorénone; -d'eugénol et isoeugénol en vanilline et acide vanillique; d'alcool méthylique et de méthane en aldé hyde formique;
d'alcool éthylique _ en acide acétique; de chlorhydrine d'éthylène en acide -chloracétique, etc.
20 Réactions dans lesquelles une impu reté non désirée est brûlée, telles que l'épura tion d'anthracènes bruts -de divers degrés d'impureté avec combustion totale de carba- zol,d'huiles sans emploi et, dans certains cas, de phénanthrène; l'épuration de naphtalines brutes et d'hydrocarbures mononucléaires bruts, comme les benzols, etc., l'épuration d'ammoniaque provenant de goudron de houille avec combustion des impuretés orga niques telles que les corps phénoliques pré sents, ete.
30 Oxydation de mélanges de composés organiques en produits intermédiaires -dési rés, avec enlèvement -l'impuretés, comme l'oxydation -d'anthracènes bruts, ph6nanthrè- nes bruts, etc., en produits intermédiaires tels qu'anthraquinone, phénanthraquinone, acide diphénique, anhydride phtalique, etc., avec enlèvement concomitant de carbazol et d'huiles sans emploi par combustion totale;
l'oxydation d'acides de goudron bruts en aci des maléique et fumarique, avec combustion de certaines impuretés, etc.
Les éléments les plus importants, dans des catalyseurs d'oxydation pour le premier et le troisième groupes sont les métaux des cinquième et sixième groupes du système pé riodique et, en particulier, le vanadium bien que, naturellement, l'invention ne soit nul lement limitée à l'emploi de masses de con tact qui contiennent un ou plusieurs de ces éléments. Pour les réactions du groupe 20, d'autres éléments sont fréquemment plus ef ficaces comme catalyseurs; ainsi, par exem ple, le cuivre, le cobalt et le fer semblent être particulièrement efficaces, avec ou sans mé taux des troisième et quatrième groupes du système périodique.
Les épurations, en par ticulier lorsqu'on a à briller une impureté hé- térocyclique, telle que le carbazol, exigent fréquemment une grande quantité de régula teur et, dans certains cas, la masse de con tact doit contenir plus de régulateur que de ca talyseur spécifique, tandis que, dans la plu part des masses de contact à utiliser selon l'invention- et en particulier dans celles qui sont destinées aux réactions énumérées ci- dessus .dans le groupe 1, les éléments,cataly- tiquem-ent efficaces sont normalement -en ex cès sur les régulateurs.
Des réactions d'épu ration utilisent également avec efficacité des régulateurs fortement alcalins. D'autres part, les réactions comprises dans le groupe 1 s'effectuent normalement mieux avec des ré gulateurs non alcalins ou, tout au moins, avec -des régulateurs ne possédant pas une forte alcalinité.
En raison de l'énorme nombre d'oxyda tions organiques que l'on peut exécuter par le procédé selon l'invention, le choix -de cons tituants catalyseurs spécifiques, régulateurs et auxiliaires variera beaucoup -et ces consti tuants seront choisis par le chimiste cata- lyste expérimenté selon la réaction catalyti que particulière à laquelle il s'intéresse.
On ne perdra pas de vue, à,cet égard, qu'un cons tituant qui peut être un catalyseur spécifique pour une réaction peut être un catalyseur auxiliaire pour une autre réaction et, par con séquent, les conceptions de catalyseurs spéci fiques et auxiliaires ne doivent pas être consi dérées comme définissant des classes chimi ques de composés dans un sens absolu; ce sont, au contraire, des termes relatifs dépen dant de la réaction d'oxydation particulière dans laquelle on a à faire usage de la masse de contact.
<B>Il</B> est décrit ci-après, à titre d'exemple, la préparation de masses catalytiques, et leur emploi conformément à l'invention.
<I>Exemple 1:</I> On prépare les trois mélanges suivants: <B>10</B> On imprègne 280 parties de poudre Je pierre ponce ou de fibres d'amiante d'une so lution de nitrate de manganèse contenant 1 de manganèse et .dilués suffisamment pour permettre une bonne imprégnation de la ma tière. On lave après cela le produit avec une solution d'ammoniaque à<B>10%,</B> puis avec de l'eau, afin d'enlever l'ammoniaque. On brasse la ponce imprégnée clans une solution (le verre soluble à environ 33 Baumé, contenant 24--30 parties de SiO2 diluées avec 5-6 parties d'eau.
20 On fait dissoudre 9,1 parties de V205 dans une quantité ,de solution d'hydroxyde de sodium normale suffisante pour que le pro duit soit à peu près neutre à l'égard du tour nesol. On ajoute environ 19,5 parties de Fe80, plus 7 H20, sous la forme d'une so lution aqueuse convenablement diluée, et l'on obtient un prépicité de vanadate de fer mélangé à de l'oxyde de fer.
30 On traite 18,2 parties de V205 avec 2 % de leur poids d'acide sulfurique concen tré et on dilue avec 200 parties d'eau. On fait bouillir doucement le mélange et on y fait passer du S02 gazeux jusqu'à ce qu'on ob tienne une solution bleue claire du sulfate de vanadyle. On traite graduellement la solution bleue avec de la soude caustique<B>ION</B> jus qu'à -ce que le précipité d'hydroxyde de va nadium qui se forme d'abord se dissolve .dans la soude caustique pour former une solution de vanadite de sodium brun café.
On verse ensuite ensemble les suspensions 1o et *20 et on introduit immédiatement la solution 30 en un mince courant, en agitant vigoureusement. On neutralise la plus grande partie de l'alcali en excès avec de l'acide sul furique à<B>10%</B> et on presse bien la gelée qui se forme, on la lave deux .ou trois fois avec 300 parties d'eau et on la sèche à une tem pérature d'environ 100 C. Le produit est une zéolithe contenant du vanadium tétrava- lent dilué avec la poudre de pierre ponce ou les fibres d'amiante imprégnées et du vana- date de fer.
On lessive avec précaution le produit avec de l'acide chlorhydrique ou sul furique à<B>2-3%</B> afin d'enlever l'alcali échangeable, puis on le lave pour le débar rasser de l'acide et ou le sèche, de préférence à 100 C. On presse en granules convenables le corps échangeur de bases lessivé, ainsi ob tenu, qui est alors un catalyseur efficace pour l'oxydation catalytique d'anthracène en anthraquinone dans les conditions de réac tion usuelles.
On peut obtenir une masse de contact même plus efficace en pulvérisant le corps échangeur de bases lessivé et en le met tant en suspension dans une solution d'un agent agglutinant tel que le sulfate, le bisul- fate ou le phosphate acide de potassium, so lution qui peut contenir avantageusement de 10 à 15% de l'agent agglutinant avec une quantité suffisante d'eau pour former une bonne suspension. On pulvérise ensuite cette suspension sur des fragments de pierre ponce ou des fragments de quartz rugueux pour produire un revêtement uniforme et effectif.
La masse de contact, qu'elle soit sous la forme de granules ou qu'elle revête ou en robe des fragments, .convient bien, après cal cination avec de l'air à environ 450 C, pour l'oxydation en phase vapeur d'anthracène en anthraquinone et d'acénaphtène, d'acénaphty- lène ou .de leur dérivés halogénés en les anhy drides naphtaliques correspondants. On mé lange les vapeurs de composés aromatiques en question, ayant de préférence une pureté d'en viron<B>90%,</B> avec de l'air dans la proportion de 1 : 18 en poids et on les fait passer sur la masse -de contact à 3G0-420 C.
On obtient des rendements .excellents en le produit désiré et les impuretés telles que le carbazol et le phénanthrène, dans le cas .d'anthracène, sont complètement brûlées. On peut faire varier la proportion d'hydrocarbures aromatiques par rapport à l'air dans des limites assez larges sans affecter sérieusement le rendement.
Au lieu de préparer une zéolithe à deux constituants par la réaction d'un vanaditre avec du verre soluble, on peut préparer des zéolithes par la réaction de vanadate de so dium ou de potassium avec du verre soluble dans les conditions décrites ci-dessus et, une fois lessivées, ces zéolithes constituent d'ex cellents catalyseurs.
Au lieu .de faire usage de solutions de mN- tallates, tels que les vanadites et les vana- dates dont il a été question ci-dessus, on peut faire usage de solutions de sels métalliques d'ans lesquelles les bases métalliques sont suf fisamment amphotères;
c'est ainsi, par exem ple, qu'on peut préparer.les zéolithes corres- pondantes par l'action réciproque de sulfate de vanadyle et de verre soluble en choisis sant les quantités des constituants, -de ma nière à obtenir un produit de réaction qui soif alcalin à l'égard (lu tournesol ou, de préfé rence, alcalin ou neutre à l'égard de la phé- nolphtaléine.
On peut également préparer des zéolithes à trois constituants correspondantes en fai sant réagir du verre soluble avec du vanadite de potassium ou de sodium et du sulfate de vanadyle, en mélangeant d'abord la solution de vanadite avec la solution de verre soluble puis, en ajoutant. le sulfate de vanadyle, en agitant vigoureusement, jusqu'à ce que le produit de réaction, ressemblant à une gelée, reste alcalin à l'égard du tournesol ou, de préférence, alcalin ou neutre à l'égard de la phénolphtaléine.
On peut effectuer le lessivage des zéoli- thes diluées. séchées, décrites -ci-dessus, en hydratant de la manière usuelle, puis en fai sant ruisseler des acides organiques ou inor ganiques dilués sur la zéolithe jusqu'à ce qu'une partie ou la totalité -de l'alcali échan- geable ait été éliminée par lessivage.
Au lieu de faire usage -de fragments de quartz ou de pierre ponce comme porteurs, on peut enrober de suspensions des zéolithes lessivées de gros granules, naturels ou artificiels, de terre à diatomées, de pierres à filtrer, de silicates, de roches, de certains minerais, etc., en faisant usage de verre soluble ou .de composé de mé tal alcalin comme agents agglutinants.
Au lieu d'appliquer les zéolithes lessivées, broyées, comme enrobage ou enduit sur des fragments, on peut les mélanger avec des so lutions -de verre soluble, ou des composés de métal alcalin, puis en former des pastilles convenables, ayant la forme voulue pour être employées dans des convertisseurs pour l'oxy dation catalytique de composés organiques, par exemple: .des convertisseurs tubulaires à bain.
Au lieu de lessiver .directement les corps échangeurs .de bases, on peut d'abord les hy drater, puis les traiter avec des solutions sa lines afin d'échanger une partie ou la iota- lité de l'alcali échangeable pour des bases des solutions.
Ainsi, par exemple, on fait ruis seler des solutions à<B>5-10%</B> .de sulfate de cuivre, de chlorure ferrique, de nitrate .de co balt, de nitrate de nickel, de nitrate de man ganèse, etc.. individuellement ou en mélange, sur le corps échangeur de bases jusqu'à. ce qu'il ne se produise plus d'échange de bases. Une telle zéolithe, par exemple une zéolithe au cuprovanadium, si la solution était une so lution de sel de cuivre, est traitée avec des acides dilués, tels que l'acide sulfurique ou l'acide chlorhydrique à<B>2-3%</B> ou un ac idt. organique à 10-15%, comme l'acide acéti que, l'acide maléique, l'acide phtalique, etc.,
afin d'enlever par lessivage une partie ou la totalité des bases échangeables. On peut ef fectuer le lessivage en plaçant la matière sur un filtre ordinaire et en faisant ruisseler des sus les solutions acides pendant une demi- heure à deux heures selon le degré auquel on désire pousser le ,lessivage.
Des zéolithes lessivées, contenant des mé taux lourds, introduits par échange de bases, conviennent bien pour l'oxydation catalyti- que de benzol, toluol, phénol, acides de gou dron, furfurol ou anhydride phtalique en acide maléique lorsqu'on fait passer les va peurs d'une quelconque de ces substances, mé langées avec de l'air dans la proportion de 1 :16-25 parties, en poids, d'air sur la masse de contact à 350--d20 (". On obtient de bons rendements en acides maléique et fu- marique et la qualité est excellente.
On peut obtenir une autre classe de zéo- lithes lessivées en formant. d'abord les corps ressemblant à des sels .des zéolithes, puis c111 les lessivant.
Par exemple: on peut,faire réa gir une zéolithe au cuprovanadium, telle due celle -décrite ci-dessus, avec des composés con tenant des radicaux des acide: de métaux des cinquième et sixième groupes du système pé riodique, tels que des solutions à 1 % de va nadate, tungstate, molybdate ou tantalate d'ammonium ou de potassium, ou un mélange de ces solutions.
On lessive les corps ressem blant à des sels .de la même manière que les zéolithes ordinaires et, après lessivage, les masses de contact produites conviennent bien pour l'oxydation de toluol en aldéhyde ben zoïque et acide benzoïque. On fait passer un mélange de toluol et de gaz contenant de l'oxygène dans les proportions de 2 parties de toluol pour 25-30 partie. en poi.cls. d'air sur la masse de contact, à 34a)-380 P. dans un convertisseur muni clé puissant moyens .de refroidissement.
On peut faire usage d'air, ou employer dans un procédé cir culatoire un mélange d'anhydride carbonique et d'oxygène dans le rapport de 10 : ?, l'an hydride carbonique agissant comme un gaz inerte, permanent, l'oxygène étant introduit en un endroit convenable dans le cycle et l'aldéhyde benzoïque ainsi que l'acide benzoï que étant séparés en un autre point.
Pour ef fectuer cette réaction très sensible, il v a souvent avantage, que l'on travaille en 4 un procédé circulatoire ou par catalyse d'un seul jet, à, effectuer la réaction en présence d'a gents protecteurs sous la forme de gaz ou de vapeurs, comme des vapeurs de tétrachlo rure de carbone ou d'autres vapeurs qui sont difficilement oxydables. On augmente nota- blement les rendements en acide benzoïque et anhydride benzoïque en effectuant la réaction en présence de telles vapeurs protectrices.
On peut également faire usage .des mas ses de contact décrites ci-dessus pour l'oxyda tion catalytique d'alcool méthylique ou de méthane en aldéhyde formique en faisant usage d'air comme agent oxydant. On ob tient de bons rendements.
@..u lieu de faire usage de vanadium dans divers stades .d'oxydation, dans la partie non échangeable de la zéolithe, on peut substituer partiellennent ou entièrement d'autres élé ments suffisamment amphotères tels, par exemple, que tungstène, aluminium, manga nèse, chrome, etc., ou un mélange de .deux ou plus -de deux de ceux-ci.
Exemple <I>2:</I> On fait digérer à plusieurs reprises 100 parties d'une zéolithe artificielle ordinaire, contenant de l'aluminium et du sodium, que l'on peut préparer soit par fusion ou par voie humide, ou une quantité similaire de zéolithes naturelles, avec une .solution .de ni trate de plomb à 5%, ce qui introduit du plomb dans la zéolithe par échange -de bases. On enlève ensuite le nitrate -de plomb en ex cès en lavant le produit et en le traitant avec une solution de vanadate à 109o' jusqu'à ce qu'on obtienne un vanadate de la zéolithe du plomb.
Cela fait, on élimine bien complète ment, par lavage, la solution de vanadate en excès, on sèche le produit à une température inférieure à 100 C, puis on le lessive sur un filtre avec 500 parties d'acide sulfurique à <B>2-3%.</B> On enlève alors l'excès d'acide par lavage avec la même quantité d'eau et on cal cine à environ 100 " C la masse lessivée :que l'on place dans un convertisseur. On fait passer sur la masse de contact, à 300-450 C, un mélange -de vapeurs d'acénaphtène et d'air dans la proportion de 1 :14, en poids.
On obtient d'excellents rendements en acé- naphtylène .d'une belle couleur dorée. On peut préparer d'autres dérivés efficaces en substituant du cuivre, du nickel, du cobalt, de l'argent, .du manganèse, .du chrome ou de l'aluminium à une partie ou à la totalité du plomb, puis en traitant avec un ou plu sieurs composés contenant -des radicaux aci des -des éléments métalliques des cinquième et sixième groupes du système périodique, comme l'acide vanadique, l'acide tantalique, l'acide tungstique, l'acide uranique, l'acide chromique,
ou l'acide bismuthique, ou un mé lange. On lessive ensuite les zéolithes avec de l'acide chlorhydrique à 2--3% ou .de l'acide a -ce êti Îqu e <B>à</B> 8-10 %' et on peut alors les em- ployer comme masses de contact pour l'oxy dation catalytique d'ortho- et <RTI
ID="0014.0041"> parachloro- et bromotoluols, de dichlorotoluols, de chlo- robromotoluols, de nitro-toluols, de bromoni- trotoluols, etc., en les aldéhydes benzoïques et acides benzoïques correspondants. On fait, à cet effet, passer les vapeurs des composés, mélangées avec -de l'air dans les proportions de 1 : 10 à. 1<B>:35,</B> sur la masse de contact, à 320-450 C.
On peut également faire usage de ces masses de contact pour l'oxyda tion catalytique d'homologues de toluols, comme le xylol, le mésitylène, le pseudocu- mène, le paracymène, etc., en les aldéhydes et acides correspondants.
On peut également faire usage des corps échangeurs de bases lessivés comme maté riaux porteurs sur lesquels on applique, comme enduit ou enrobage, d'autres matiè res catalytiquement actives en formant ainsi des masses de contact mixtes qui sont pré cieuses pour l'oxydation de composés organi ques.
<I>Exemple 3:</I> On prépare les trois solutions suivantes: 10 On dilue dans 200 volumes .d'eau 42 parties de SiO2 sous la forme d'une solution de verre soluble à 33 Baumé et on y brasse 70 parties de terre de cellite.
20 On fait dissoudre 18,2 parties de V20" dans une solution concentrée de po tasse caustique pour former une solution ;le vanadate de potassium à<I>10%.</I>
P On fait dissoudre 5 parties d'oxyde d'aluminium dans une solution d'hydroxyde de potassium 5 N, pour former un aluminate de potassium.
On verse ensemble les trois mélanges, on chauffe à<B>60-70'</B> C et on y coule, en agi tant vigoureusement, de l'acide sulfurique à <B>10%,</B> jusqu'à .ce que toute la masse se soli difie en une gelée qui doit, toutefois, rester alcaline à l'égard du tournesol. On filtre la gelée avec aspiration, on la presse bien,com plètement, on la sèche à -des températures inférieures à 100 C, on la brise en morceaux et on l'hydrate en faisant ruisseler de l'eau dessus. On fait ensuite ruisseler .de l'acide sulfurique à 1--3 % sur la zéolithe, afin d'é liminer par lessivage une partie de l'alcali échangeable.
Cela fait, on calcine la masse de contact avec de l'air et des gaz SOZ dilués, à 420-500 C. Après calcination, on fait passer sur la masse de contact, à 380-420 C, un mélange de vapeurs de naphtaline et d'air dans la proportion de 1 : 10-1 : 15. On obtient -d'excellents rendements en anhydride phtalique de grande pureté.
Si l'on change la proportion de vapeur de naphtaline par rapport à l'air pour la faire passer de 1 : 30 à 1 : 40 et si l'on abaisse la température de réaction à 360-380 C, on obtient :de farts rendements en a-naphtaqui- none accompagné de petites quantités d'an hydride phtalique.
Si on le désire, on peut réduire le corps échangeur de bases en menues particules et en enduire, ou en enrober, des granules naturels ou artificiels massifs tels que des fragments d'ilménite, de bauxite, de minéraux riches en silice, comme des fragments de quartz ru gueux, -des fragments .de pierres à filtrer quartzeuses, des fragments de briques de cel- lïte, des granules de métal, comme des gra nules d'aluminium, des granules d'alliages métalliques tels que ferrovanadium, ferro- molybdène, ferrosilicium,
silicium-ferroman- ganèse, silicium-aluminium-ferromanganèse, ferrotitane, ferrotungstène, etc. L'enrobage peut se faire en chauffant les fragments por teurs massifs à 100-150' C, avec agitation, puis en pulvérisant sur eux une suspension du corps 'échangeur .de bases lessivé et eu accompagnent cettei pulvérisation d'une se conde pulvérisation d'un agent agglutinant dilué, tel qu'une solution de verre soluble à base de potassium, de sulfate de potassium,
de bisulfate de potassium ou de phosphate de potassium. On forme, de cette manière, une pellicule uniforme et fortement adhérente.
Les masses de contact enrobées convien nent bien pour l'oxydation de naphtaline en anhydride phtalique. Si l'on introduit du fer, du cobalt ou du manganèse, par échange de bases, avant lessivage, les masses de con tact conviennent bien pour l'oxydation cata- lytique d'anthracène en anthraquinone ou d'aeénaphtène ou d'acénaphtylève en anhy dride naphtalique.
<I>Exemple 4:</I> On fait -dissoudre 2 2 parties de carbonate de cuivre basique, sous la forme d'un com posé euproammonium. On fait dissoudre<B>10.2</B> parties d'hydroxyde d'aluminium, fraîche ment précipité, dans une quantité d'une solu tion d'hydroxyde de sodium 2 N, suffisante pour former-une solution claire d'aluminate de sodium. On fait dissoudre dans 101) par ties d'eau, 24 parties de nitrate de cuivre, contenant 3 molécules d'eau.
On mélange en suite ensemble le carbonate de cuprammo- nium et la solution d'aluminate, puis on verse, en agitant vigoureusement, la solu tion de nitrate de cuivre. Il se forme un produit gélatineux qui est neutre ou légère ment alcalin à l'égard de la phénol phtalélil <B>CI</B> et qui constitue un corps échangeur de b@i- ses non siliceux contenant du sodium, du cui vre et de l'aluminium. On presse la gelée et on la sèche à -des températures inférieures à <B>100</B> C, puis on l'hydrate avec de l'eau.
Cela fait, on place le corps échangeur de bases non siliceux sur un filtre approprié et on le les sive soigneusement avec de l'acide suifuriqii,, à 2-5%, en faisant ruisseler -rradiicllement sur lui 250-500 parties de l'acide dilué. Si on le désire, on peut remplacer une partie de l'alcali échangeable par des bases telle? que fer, cobalt, manganèse, chrome, titane. zirconium, cuivre ou thorium en faisant ruis- seler sur le corps échangeur .de bases des solu tions à 5-10 % :des sels correspondants. Cela fait, on lessive le produit pour enlever l'alcali échangeable.
On peut également former des corps res semblant -à .des sels du corps échangeur de bases, comme cela a été décrit ci-dessus, dans les exemples précédents, puis les lessiver.
Après lessivage, on pétrit les masses de contact avec 15-20%, en poids, de sulfate de potassium, .de nitrate de potassium, <B>de</B> chlorure de potassium, .d'hydroxyde de potas sium,<B>-de</B> carbonate de potassium, -clé phos phate de potassium ou -d'autres composés de métal alcalin, sous la forme de solutions aqueuses; ou bien on peut faire usage de so lutions de verre soluble comme agents ag glutinants. On forme en pastilles convenables les produits pétris -et on les calcine à des tem pératures supérieures à 400 C.
Ces masses de contact conviennent bien pour l'épuration catalytique d'anthracène brut en anthracène de qualité supérieure avec combustion totale .des principales impuretés, telles que le car- bazol, et combustion plus ou moins complète de phénanthrène, selon les conditions de réac tion.
Ainsi, par exemple, on vaporise unifor mément avec de l'air, dans le rapport d'envi ron 1 : 20, en poids, de l'anthracène brut à 25-50 %, spécialement du tourteau d'an- thracène à 30-.-35%, puis on le fait passer sur la masse de contact à 380-430 C. L'an- thracène épuré obtenu contient 70-80., ô d'anthracène, pratiquement pas -de carbazol, et le reste est du phénanthrène pratiquement pur.
Après recristallisation de la quantité minimum de naphte .dissolvant, suffisante pour dissoudre à. 80 C, l'anthracène épuré, suivie d'un refroidissement à 15 C, l'anthra cène recristallisé contient<B>95-97%</B> d'an- thracène, est pratiquement incolore et d'ex cellente qualité. Dans l'épuration catalytique, on peut obtenir des rendements dépassant <B>90%</B> de l'anthracène présent dans l'anthra- cène brut. Le phénanthrène que l'on peut ob tenir de la liqueur mère de la cristallisation est aussi d'excellente pureté.
Au lieu de faire usage .des masses de contact .de la fa çon décrite, on peut réduire en menues parti cules le corps échangeur de bases lessivé et er enrober des fragments .de pierre ponce, de quartz, de minerais de fer, de minerais de cuivre, de diaspore, etc., -ces masses de con tact. enrobées conviennent également bien pour l'épuration catalytique d'anthracène dans les conditions .de réaction décrites ci dessus.
Au lieu d'introduire du cuivre sous la forme du composé cuproammonium, on peut aussi en faire usage sous la forme de sel de cuivre, comme le sulfate ou le nitrate de cuivre. Lorsqu'on effectue une réaction en tre une solution de sel de cuivre et l'alumi nate, il .est nécessaire de prendre soin que le produit de réaction reste neutre ou alcalin à l'égard de la phénolphtaléine. On peut aussi remplacer partiellement ou entièrement le cuivre par une ou plusieurs solutions salines contenant du fer, du cobalt, du nickel, (lu chrome, de l'aluminium, du titane, du cad mium, du thorium, du zirconium, de l'étain ou -du vanadium sous la forme .de composés de vanadyle. Ces masses de contact sont très efficaces,
spécialement lorsque du fer ou du cobalt sont présents. On peut également rem placer partiellement ou complètement la solu tion d'aluminate par une ou plusieurs autres solutions de métallates, tels, par exemple, que zincates, cadmiates, plumbites, etc.
Les masses -de contact susdécrites non seulement sont convenables pour l'épuration catalytique d'anthracène brut, mais on peut aussi en faire usage pour l'épuration de naphtaline brute, de benzine brute ou d'au tres fractions brutes de goudron de houille. Un autre champ d'applications pour lequel les masses de contact conviennent bien est l'épuration catalytique de goudron de houille ou de l'ammoniaque obtenue comme sous- produit, les impuretés organiques étant brû lées -ou transformées en acides.
On fait pas ser sur la masse de contact, à 380-450 C, l'ammoniaque, obtenue comme sous-produit, mélangé avec de l'air en faisant, -de préfé rence, usage d'un grand excès d'air, confor- mément aux impuretés organiques présentes. Les impuretés organiques sont entièrement brûlées, transformées en composés solubles dans l'eau, et il en résulte une épuration -de l'ammoniaque par oxydation différentielle des impuretés.
Exemple <I>5:</I> On met en suspension 18 parties de pentoxyde -de vanadium .dans 250 parties d'eau acidulée avec de l'acide sulfurique,con- centré et on les réduit en .sulfate :de vana- dyle bleu en faisant usage d'anhydride sul fureux. On fait bouillir la solution et on la concentre à 150 parties d'eau. On transforme 10 parties d'oxyde d'aluminium en alumi nate de potassium au moyen d'une solution d'hydroxyde de potassium 5 N.
On traite un tiers de la solution de sulfate de vanadyie avec -de l'hydroxyde de potassium 10 N pour transformer le sulfate de vanadyle en vana- dite -de potassium brun café que l'on mélange ensuite avec de l'aluminate -de potassium et on y brasse 100 parties de terre d'infusoires, après quoi on ajoute, en agitant vigoureuse ment, les deux tiers restants de la solution de sulfate de vanadyle. On presse le produit fi nal, qui doit rester fortement alcalin à l'égard du tournesol, on le sèche comme d'habitude, de préférence, au-dessous de<B>100' C,</B> on le casse en morceaux, on l'hydrate avec -de l'eau, de la manière usuelle,
puis on le lessive soi gneusement avec 200 parties d'acide sulfuri que à 5%, ce que l'on peut effectuer en fai sant ruisseler l'acide sur le corps échangeur de bases. On calcine ensuite avec de l'air, à 400 C, le produit lessivé; :c'est une excel lente masse de contact pour l'oxydation en phase vapeur de naphtaline en anhydride phtalique. On fait passer à cet effet sur la masse -de contact, ù 380-420' C, un mé lange de vapeurs de naphtaline et d'air dans la. proportion -de 1<B>:18,</B> en poids.
<I>Exemple 6:</I> On prépare les trois solutions suivantes: <B>10</B> On dilue avec 6-8 volumes d'eau, 210 parties de solution de verre soluble à 33 Baumé et on y brasse un mélange,de silicates réduits en menues particules et de kiesel- gur jusqu'à, ce que la suspension reste juste aisément remuable. Le diluant mélangé doit, de préférence, contenir plus de 25 % de kieselgur.
20 On réduit 18 parties de V20' en une solution bleue de sulfate de vanadyle dans une solution aqueuse chaude acidifiée par de l'acide sulfurique, en faisant usage d'au- hydride sulfureux comme agent réducteur. On transforme le sulfate de vanadyle en une solution brune de vanadite -de potassium au moyen d'une quantité suffisante de solution de potasse caustique 10 N.
30 On prépare une solution de sulfate d'a luminium à<B>100%.</B>
On verse ensemble la suspension<B>10</B> et la solution 20 et on ajoute en un mince cou rant, en agitant vigoureusement, une quantité de la solution de sulfate d'aluminium suf fisante pour amener .le mélange de réaction à une neutralité à l'égard de la phénolphta- léine, ou à un point qui est juste sur le côté alcalin. La masse se solidifie en une gelée d'un vert sale; on la filtre avec aspiration, on la lave légèrement et on la sèche; c'est une zéolithe à trois constituants contenant du vanadium tétravalent, de l'aluminium et SiO2 sous la forme non échangeable. Si on le désire, on peut mettre les diluants en sus pension dans la solution 20; ou bien on peut les brasser dans un mélange de verre solu ble et d'aluminium.
On peut substituer à une partie ou à la totalité -de l'aluminium, dans la solution 20, des quantités correspondantes d'une solution de vanadate de potassium pré parée en faisant dissoudre VZO' dans de l'hydroxyde de potassium 2 N. On peut rem placer partiellement ou totalement le vana- date par d'autres métallates.
Au lieu de faire usage de sulfate d'alumi nium dans la solution 30, on peut le rempla cer partiellement ou complètement par un ou plusieurs autres sels métalliques tels, par exemple, que sulfate :de cuivre, sulfate de nickel, sulfate de cobalt, sulfate de fer, ni- trace de manganèse, chlorure- ferrique, sul fate -de zinc, sulfate -de cadmium, nitrate de titane, nitrate de thorium, nitrate de zirco nium, etc.
Après avoir séché les produits, -de préfé rence à 100 C, on peut les soumettre à un échange de bases après hydratation; ou bien on peut former des corps ressemblant à des sels. Cela fait, on les lessive avec de l'acide chlorhydrique à 2-4% et l'on peut pousser le lessivage aussi loin que c'est nécessaire, selon la quantité d'alcali qu'on désire con server dans le produit. Après lessivage, on forme la matière en pastilles convenables en faisant usage, comme agent agglutinant, d'une petite quantité de verre soluble à base de potassium.
Ces masses de contact conte nant du vanadium conviennent bien pour l'oxydation catalytique de naphtaline en anhydride phtalique, dans les conditions de réaction décrites dans les exemples précé dents. On peut faire usage de masses de con tact qui contiennent du fer ou du manganèse sous une forme non échangeable, en plus du vanadium,
pour l'oxydation catalytique d'an- thracène en anthraquinone. Ces masses de contact peuvent également être employées pour l'oxydation catalytique .directe d'anthra cène brut en anthraquinone. Ainsi, on vapo rise uniformément de 40 à<B>50%</B> d'anthracène brut avec de l'air, dans la proportion de 1 :25 et on le fait passer sur la masse de contact à 380--450' C.
On peut faire usage de masses de contact qui contiennent du cuivre, -de l'argent ou du fer sous une .forme échangeable pour l'oxyda tion catalytique de méthanol et de méthane en aldéhyde formique.
Des masses de contact similaires conviennent bien pour l'oxydation catalytique d'isoeugénol en vanilline et acide vanillique, de fluorène en fluorénone, de ben zol en benzoquinone, de crésol en aldéhyde salicylique et acide salicylique, .de phénan thrène en acide maléique et d'alcool éthyli que et de thlorhydrine -d'éthylène en les aci des acétiques correspondants.
Les masses de contact qui contiennent du fer et -de l'alumi nium dans la. portion non échangeable du corps échangeur -de bases lessivé, ou sont pré sentes comme diluants, sont convenables pour l'oxydation catalytique d'acénaphtène et -d'a cénaphtylène -en anhydride naphtalique et acide hémimellithique.
Exemple <I>7:</I> On mélange les trois mixtures suivante: 10 On fait dissoudre dans une solution normale -de KOH 6,6 parties de A12O3 fraî chement précipitée, afin -de former l'alumi nate de potassium correspondant. A cette so lution, on ajoute des diluants riches en si lice, tels que roches broyées, tufs, lave d'ori gine volcanique ou éruptive, zéolithes artifi cielles et naturelles, kieselgur, débris de briques de cellite, etc. Lorsqu'on fait usage de débris de briques de cellite ou de kiesel- gur, 50 à 80 parties suffisent.
20 On dilue avec 100 parties d'eau 80 par ties de solution de verre .soluble à base de potassium à 33 Baumé.
30 On fait dissoudre dans 150 parties d'eau, 24 parties de sulfate d'aluminium avec 18 molécules d'eau.
On mélange rapidement la suspension d'a luminate 1o avec la solution de verre soluble, en agitant vigoureusement, puis on introduit en un mince courant la solution de sulfate d'aluminium; il se précipite, sous une forme gélatineuse, une zéolithe à trois constituants. diluée. On enlève la liqueur mère de la façon usuelle, en sèche le tourteau au-dessous de <B>100</B> C et on le casse en monceaux.
On peut, pour augmenter le rendement, faire usage d'une petite quantité d'acide sulfurique très dilué (5 %); mais on doit prendre soin que 1e produit -de réaction et la liqueur mère restent sensiblement neutres ou faiblement alcalins à l'égard de la phénolphtaléine. Dans cette zéolithe, les constituants silicate et métallate prédominent sur le constituant sel métallique, de sorte que le produit résultant ressemble à une zéolithe -du type aluminosilicate. Si on le désire, on peut, pour produire des z6oli- thes modifiées, changer l'ordre dans lequel les trois classes de constituants sont amenées à réagir.
On peut également changer les quan- tités relatives -des constituants, par exemple comme il suit: <B>10</B> On fait dissoudre dans gOH 3,4 par ties de A1203 fraîchement précipitée, pour former une solution d'aluminate de potas sium.
20 On fait dissoudre 120-150 parties d'une solution -de verre soluble à base -de po tassium à 33 Baumé dans environ 200 par ties d'eau.
30 On fait. dissoudre dans 200 parties d'eau 44 parties de sulfate d'aluminium avec 18 molécules d'eau.
On peut ajouter à l'un ou à l'autre des constituants de réaction alcalins bien des di luants catalytiquement actifs, régulateurs, catalyseurs auxiliaires inertes ou possédant deux ou plusieurs de ces caractéristiques et, de préférence, on mélange ensemble les solu tions d'aluminate et de verre soluble, puis on ajoute le sulfate d'aluminium, comme dé crit; mais on peut procéder inversement. Les zéolithes obtenues ressemblent à des zéolithes à deux constituants du type silicate - double d'aluminium.
On peut produire au moyen des solutions suivantes des zéolithes à trois constituants dans lesquelles les constituants métallates et sels métalliques prédominent sur les constituants silicates et qui ressemblent à des corps échangeurs de bases non siliceux: <B>10</B> On transforme 5 parties,de A1z03 fraî chement précipitée en une solution ,d'alumi nate de potassium correspondante.
2o On fait dissoudre -dans 200 parties d'eau 34 parties de sulfate d'aluminium avec 18 molécules -d'eau.
30 On fait dissoudre 50 parties de verre soluble à base .de potassium à 33 Baumé dans 100=150 parties d'eau.
On peut ajouter à l'un des constituants ou au mélange des constituants alcalins les di luants décrits dans la première partie de cet exemple. De préférence, on mélange ensem ble les constituants aluminate et silicate et on ajoute, en agitant vigoureusement, le sul fate d'aluminium. On débarrasse le produit de réaction de la liqueur- mère et on le sèche de la façon usuelle. On peut également inver ser l'ordre de réaction des constituants.
On peut-substituer partiellement ou com plètement à l'oxyde .d'aluminium, dans le constituant métallate, un ou plusieurs métal- lates contenant -du vanadium, du tungstène, du molybdène, du plomb, du zinc ou du cad mium.
On peut remplacer partiellement ou to talement le sulfate d'aluminium par un ou plusieurs autres sels métalliques tels que ceux contenant du vanadium, spécialement le sulfate de vanadyle, du zinc, du cadmium, du titane, du zirconium, du cuivre, du nickel. du cobalt, de l'argent, du béryllium, du cé rium, .du zinc, .du thorium, du manganèse, du chrome ou du fer.
On lessive les corps échangeurs de bases obtenus, comme décrit ci-dessus, et ces corps peuvent être eux-mêmes, ou non, catalytique- ments actifs. Lorsque des constituants non catalytiquement actifs sont présents dans le noyau échangeur de bases, on peut intro duire les constituants catalytiques sous la forme de radicaux acides s'unissant avec les corps échangeurs de bases pour former des corps ressemblant à des sels.
Le pouvoir Pa- talytique -des produits lessivés peut résider entièrement dans la zéolithe ou dans des cons tituants en combinaison chimique avec elle; ou bien il peut résider en partie dans la zéo lithe originelle et en partie dans des diluants combinés avec celle-ci pour former une struc ture homogène.
On peut également faire usage de zéoli- thes lessivées comme porteurs pour de la. ma tière catalytique. Un exemple de l'introduc tion .de constituants catalytiquement actifs est l'introduction par échange de base;
. Par exemple, on peut .substituer à une partie ou à la totalité de l'alcali échangeable des métaux lourds, tels que fer, cuivre, nickel, cobalt, manganèse, argent, titane, zirconium et alu minium en faisant ruisseler des solutions 5-105'o' .des sels correspondants sur la zéoli- the à -des températures modérément élevées pour accélérer l'échange de bases.
Ainsi, juste avant de commencer l'échange de bases, il est avantageux d'hydrater le corps échan geur de bases en faisant ruisseler de l'eau dessus; après ce traitement, on fait réagir les corps échangeurs de bases avec .du vanadate d'ammonium ou -d'autres vanadates convena bles, afin de former un corps ressemblant à un -sel. On imprègne de préférence la zéoli- the .d'une solution de vanadate et on élimine l'alcali par lavage, après réaction.
La couleur de la zéolithe change en celle des vanadates correspondants. Des solutions à 1-10% des vanadates sont. celles qui sont préférables. On sèche la masse, puis on la lessive avec de l'acide acétique à 5-1010o', on la lave ensuite bien complètement. et on en remplit alors un convertisseur. On vaporise des toluols, et -di vers toluols substitués nitrés, avec de l'air dans des rapports tels que 1 : 40 et on les fait passer sur la masse -de contact à 340-420 C, -ce qui produit les aldéhydes benzoïques et acides benzoïques correspondants.
On peut oxyder d'une façon similaire -des xylènes, pseudocumènes, mésitylènes, du para-cymène et autres composés organiques à -chaîne laté rale en les aldéhydes et acides correspon dants, dans les mêmes conditions.
L'introduction .de diluants catalytique ment actifs tels, par exemple, que 5 à 10% de sels des acides -des métaux des cinquième et sixième groupes -du système périodique augmente le pouvoir catalytique des masses de contact.
Des composés particulièrement ef ficaces sont le vanadate -d'argent, le vanadate de cuivre et le vanadate de fer ou les tungsta- tes, molybdates, uranates, tantalates, chromi- tes, correspondants, ou leurs mélanges. Après lessivage, le pouvoir catalytique peut résider partiellement ou entièrement dans les di luants.
A process for the catalytic oxidation of organic compounds. The present invention relates to a process for the catalytic oxidation of organic compounds, in which use is made of a particular catalytic mass.
Processes are known in which organic compounds have been catalytically oxidized, in particular in the vapor phase, by means of contact masses containing, as at least one of their constituents, when they are freshly prepared, base exchangers, siliceous and not so licious, and their reaction products with anions, so-called salt-like bodies.
It has now been found that the enormous contact mass efficiency of base exchange bodies is shared to a large extent by contact masses which contain substances resulting from leaching of base exchange bodies by acids or acids. acidic compounds, i.e. products obtained by treating base exchange bodies, preferably with dilute acids, for example dilute mineral acids, such as hydrochloric acid, sulfuric acid , nitrogen, etc.
The base exchange body subjected to extraction can also be a "salt-like body" obtained as set forth in 1a. after. This acid leaching first gradually removes the exchangeable bases, then, when pushed further, gradually removes the more basic portion of the non-exchangeable nucleus from the base exchange body and, if pushed to completion, leaves only the aid portion of the nucleus. In the case of base exchange bodies containing silicon, ie zeolites, the final product is a complex silicic acid.
In the case of non-siliceous bodies, the product. final of a complete waste contains only the relatively acidic constituent (s) of the non-exchangeable nucleus. Strange as it sounds, this leaching does not appear to destroy to any great degree the very porous physical structure of the heat exchangers. bases and the effectiveness of the contact masses used in the process of the present invention can be attributed, to a considerable extent, to the fact that they have a physical structure similar to that of the base exchange bodies from which they were produced. prepared.
When the base exchange bodies are themselves catalytically active and the leaching, in the case of zeolites, is not carried out to completion, the leached body may contain chemically combined catalytically active elements. in. However, if in the case of zeolites the scavenging is complete, the resulting complex silicic acid is not itself catalytically active, but acts as an extraordinarily effective carrier for catalytically active constituents.
The invention includes the use of contact masses in which some or all of the catalytically active constituents may be present, partially or totally, in the form of physically associated diluents, preferably in a form. homogeneous, with the leached base exchange body.
Care should be taken to distinguish the contact forms used in the process according to the present invention from salt-like bodies in which the reacting anion remains chemically combined with the base exchange body, forming with it a group presenting many <B> cl-, </B> salts properties. Leaching with dilute acids, which produces the contact masses used in the present process, generally does not leave a significant amount of the acid radical united with the base exchange body.
The base exchange bodies forming the raw materials for the contact masses which are used in the present invention can be diluted or undiluted, preferably diluted. If a diluted base exchange body is leached, the diluents are usually, but not necessarily, unattacked and remain in close physical association with the carcass formed by the product resulting from the leaching of the base exchange body.
Diluted or undiluted base exchange bodies can be divided into two classes: zeolites, i.e. base exchange bodies containing silicon in their nucleus, and non-siliceous base exchange bodies in which silicon is completely replaced by suitable acidic or amphoteric oxides, usually metal oxides.
Zeolites belong to two general classes: those with two components and those with multiple components. Two-component zeolites are the reaction products of two types of initial constituents, i.e. metallates and silicates (using the word metallate in a broad sense here, such as that which will be defined later in this memoir) or metallic salts and so licate.
Frequently, more than one member of one type can react, that is, a silicate can react with more than one metallate or with more than one metal salt. Multi-component zeolites are the reaction products of at least three types of components, i.e. at least one silicate, at least one metallate and at least one metal salt. . By metal salt, we mean salts which are not metallates.
The catalytically active components can be found in the catalyst mass employed in four main forms, as follows: They can have been physically mixed with leached or non-leached base exchange products, or be impregnated therein; They may have been incorporated physically, in a homogeneous manner, into base exchange products before these have been fully formed, in the form of catalytically active diluents or in the form of diluents which have been impregnated. . catalytically active substances;
3e 'They can be chemically combined in the products resulting from the leaching of the base exchangers in non-exchangeable form, that is, they can form a non-exchangeable core part of the leaching product of the base. .base exchange body which is present in the final product or which is derivatized, or they may have been chemically combined with the exchange bodies. bases in the form of catalytically active anions which together with the base exchange body, or its leached derivative, form bodies resembling. salts;
40 They may have been chemically combined in an exchangeable form, ie. during the formation of the base exchange body or, by base exchange, after formation. Of course, the same catalytically active constituents or different catalytically active constituents can be present in more than one of the above-mentioned forms and an advantage of the invention is that catalytically active substances can be introduced in a wide variety of forms which give a large choice for the catalyst chemist.
Although the different base exchange products can vary widely in their chemical characteristics, they all have a similar physical structure which is characterized by greater or less porosity, frequently micro-porosity, and high resistance to high temperatures. temperatures and, in the case of products which have not been leached with acids to the point of removing all catalytically active constituents, these constituents are distributed throughout the carcass -products in atomic or molecular dispersion this chemical homogeneity is one of the important advantages of some of the contact masses used in the process according to the invention.
Although the catalytically active substances can be contained in undiluted ba al exchanger leach products as well as in dilute products, it has been found that, for most reactions, dilute contact masses of homogeneous form provides an advantage, particularly if the diluents are of such a physical or chemical nature that they exert a desired influence on the catalytic activity of the contact masses as when, for example, the diluents are rich in silica which has been found to have an activating power, or when diluents, due to high porosity,. of high capillarity or high surface energy, can.
be regarded as physical catalysts, or activators.
Base exchange bodies behave as if they were extremely high molecular weight products, since catalytically active constituents can be introduced either into the non-exchangeable core or in the form of substantially exchangeable bases. .
all desirable proportions and the ordinary law of chemical combination proportions, which in low molecular weight compounds restricts the proportions in which constituents can be chemically incorporated, appears to be without force, which makes it reasonable to assume that the molecular weight -is so high that it completely obscures the effect of the law. It is, of course, possible that the base exchange bodies, or some of them, then feel to be solid solutions of several compounds of lower molecular weight. It has not been possible, until now, to settle this question definitively, because base exchange bodies do not allow themselves to be easily analyzed for their chemical structure.
The invention is of course not limited to any theory; but, whatever chemical reactions it rests upon, the fact that catalytically active constituents can be introduced chemically in any desired proportions is of enormous importance to the etalyst chemist and enables him to produce a almost unlimited number of catalysts with finely and gradually dosed contact masses for the various oxidations of organic compounds.
In all cases, the contact masses produced are very effective because of the. desirable physical structure of the leached base exchange products contained therein and wide limits of homogeneous dilution of catalytically active molecules or atoms, with resulting uniformity and smoothness of action, which is of great importance, especially in sensitive reactions such as the oxidation of many aromatic compounds in the vapor phase which is a field of oxidation catalysis of organic compounds for which contact masses which are used in the present invention are particularly suitable.
In addition to the important characteristics with which the bodies obtained by leaching as indicated endow the contact masses, it has been found that, for many reactions falling within the scope of the invention, it is desirable to regularize and regulate the action. contact masses. This may. be done by associating with said leached bodies, or by incorporating or forming therein, compounds of alkali metals, alkaline earth metals and strongly basic earth metals with oxides not reducible by hydrogen. These compounds appear to slow down or soften the catalytic reaction and will be referred to throughout this specification as regulators.
The regulators can be physically mixed with said leaches or, if the scavenging is not sufficient to remove all the exchangeable bases, the latter can act as regulators and, for some reactions, are particularly effective since they are in chemical combination with the leached body and are thus finely. distributed evenly throughout the contact mass.
It is difficult to determine exactly the degree of leaching in some cases and, if very close control of alkalinity is desirable, a leached base exchange body can be treated from which, perhaps, too much base exchangeable have been removed. with suitable alkalis which will replace part or all of the bases removed by leaching. This gives an additional possibility of controlling the final catalyst composition.
In addition to the use of regulators which are important in a large number of organic oxidations, in particular oxidations to intermediates or oxidations which aim to remove by combustion one or more constituents a mixture of organic compounds, such as, for example, crude aromatic hydrocarbons such as anthra:
However, without significantly attacking the other constituents of the mixture, it has been found that the action of the regulator and the very high efficiency of the contact masses can, in many cases, be greatly increased by association with these masses, or the chemical combination therein of elements or radicals or groups which are catalytically active, but which do not possess specific catalytic activity for the particular reaction to be carried out. So, for example,
in the case of certain oxidations resulting in the production of water as a by-product, dehydration catalysts may advantageously be present in the contact mass. In other oxidation, where condensation or polymerization is desired, catalysts which promote these reactions may be present.
Those catalytically active components which are not specific catalysts for the particular organic oxidation in question will be referred to herein as auxiliary catalysts. They seem to increase the dosing effect that can be obtained with regulators. In some reactions, auxiliary catalysts without regulators can be used, although in general this is not desirable.
It goes without saying that the action of the regulators, while probably being due mainly to a slowing down or stabilization of the action of the catalytically effective constituent, specific to the contact mass, has not in all cases , nor even normally, results in a lower yield. On the contrary, the yields of a particular oxidation product, especially if it constitutes an intermediate oxidation stage, are normally increased by the choice of a suitable regulator and in many cases the yield, particularly in certain circumstances. vapor phase oxidations can be increased, and in some cases greatly increased, by the presence of regulators.
However, in all cases the choice of suitable regulators, with or without suitable auxiliary catalysts, increases the overall efficiency of the reaction.
The enormous range of chemical groups which can be combined in or with, or incorporated into permutogenetic products (base exchange bodies or their derivatives) allows a wide choice of auxiliary catalysts as well as special catalysts. .cific and allows their association with the contact masses in an extremely homogeneous and catalytically effective form.
Thus, many base exchange bodies or their derivatives can constitute at the same time specific catalysts, regulators and complex auxiliary catalysts, because all these elements can be present in the same chemical compound and participate in the advantages deriving from its structure. physical and its desirable chemical properties.
Of course, both the regulators and the auxiliary catalysts can be mixed in part or in whole with permutogenetics and a single regulator or a single auxiliary catalyst may be present, partly in physical mixture and partly in chemical combination, such as. the experienced base exchange chemist will readily understand.
The base exchange bodies which form important constituents or the starting material for derivatives, in contact forms used in the process according to the invention, can be prepared by any of the well known processes. Thus, for example, bicomponent zeolites can be prepared by wet processes in which metallate constituents, or metal salt constituents, some or all of which may be catalytically active, are reacted with soluble silicates to form zeolites of the aluminosilicate or aluminum double silicate type, or else the constituents can be melted, preferably in the presence of fluxes.
It goes without saying that the expression metallate encompasses not only alkaline solutions of amphoteric metal oxides or hydroxides, but also salts of alkali-forming metals of metal acids, such as the oxyacids of metals of the fifth. and sixth groups which, in at least one of the oxidation stages, are not strictly speaking amphoteric, but which are capable of reacting with silicates to form zeolites, or with other constituents to form exchange bodies. non-siliceous bases.
Throughout this memo, this definition of metallates will be strictly adhered to. In the formation of <B> two-component zeolites </B> by a wet route, the final reaction product must. be alkaline with respect to sunflower and, for products with a high base exchange power, it must be neutral or alkaline with respect to phenolphthalein. In order to produce base exchange bodies for use in the preparation of contact masses for carrying out the process according to the present invention, it is sometimes unnecessary to provide high base exchange power and, for many purposes, it is unnecessary to provide a high base exchange power.
zeolites formed under conditions resulting in a final reaction product which is acidic with respect to phenolphthalein, but alkaline with respect to sunflower, have an advantage. It is not clear whether the :; products obtained under such conditions are homogeneous chemical compounds although in many ways they behave as such. There is however reason to believe that, in certain cases at least. mixtures of exchanger and non-exchanger polysilicates. basics can occur.
For the purposes of this specification, a product will be considered as a base exchanger if it has any base exchanging capacity, however low. h1 is desirable for many purposes, and in particular if it is desired to have two-component zeolites with high base exchange power, to add the relatively acidic components, for example the metal salts in the case of silicates of aluminum nail silicate type, with relatively more alkaline constituents, such as, for example, soluble silicates.
By these means, a continuous alkalinity is ensured and this procedure can be regarded as that which is preferable to adopt in most cases; but the reverse procedure is advantageous for certain contact masses.
Multiple component zeolites can be prepared by any of the foregoing processes, using at least three types of components, i.e. at least one metallate, at least a metal salt and at least one soluble silicate. In the case of multiple component zeolites, as in the case of two component zeolites, the calinity conditions must be observed and, for many purposes, it is advantageous to add the relatively acidic components to the components. relatively alkaline constituents in order to ensure a continuous alkaline reaction.
The multi-component zeolites produced vary in nature depending on the proportion of the different reactive components. Thus, when metallates and silicates predominate over metal salts, the resulting products resemble two-component zeolites of the alumino = silicate type. If the metallic salts and silicates predominate over the metallates, the products resemble two-component zeolites - of the double aluminum silicate type and, finally,
if the metallates and metal salts outweigh the silicates, the resulting product looks more or less like non-siliceous base exchange bodies. It is clear that there is no sharp dividing line between the three types of multi-component zeolites and that one merges into the other as the proportions of the different components change.
An advantage of multi-component zeolites over bicomponent zeolites is that the choice of catalytically active components is wider, since some catalytically active elements or groups can only be incorporated in the form of metallates and others only. in the form of metal salts. In a multi-component zeolite, each catalytically active group can be incorporated in the form in which it is most beneficial.
Non-siliceous base exchange bodies are obtained by the general methods described above; but, instead of carrying out reactions between silicates and other metal oxide constituents, two or more oxymetallic compounds are reacted, of which, in general, at least one will be a metallate and at least one a metal salt. or, in certain cases, it is possible to carry out a reaction between two different metallates in which one of the negative radicals is more acidic than the other.
It is possible to produce non-siliceous base exchange bodies in which several metal oxides are present. It is also possible to produce non-siliceous base exchange bodies in which only one metal is present. Thus, for example, some metals may be of a sufficiently bitter type to form both metallates and metal salts which are capable of reacting with each other to produce base exchange bodies.
A special way of producing non-siliceous base exchange bodies is. gradually neutralize strongly alkaline salts of oxyacids of metallic elements of the fifth and sixth groups in oxidation stages in which they are sufficiently amphoteric. Neutralization of other strongly alkaline metallates can also determine the formation of non-siliceous base exchange bodies. The reverse method, whereby non-alkaline salts of suitable metals are gradually treated with alkali until the reaction is sufficiently alkaline to allow the formation of base exchange bodies, can also be employed.
Many metals are only able to enter the base exchange formation in certain stages of oxidation and it is sometimes necessary to introduce these metals in a stage of oxidation different from that which is desired in the body. final base exchanger, the change in oxidation stage preferably being carried out during the formation of the base exchange body. Certain other elements can be incorporated in the form of complex compounds of the most diverse types, such as, for example, ammoniacal groups, etc.
In addition to the artificial base exchange bodies briefly described above, use may be made of natural base exchange bodies such as nepheline, leucite, feldspar, etc.
The most important contact masses for many reactions according to the invention contain leached permutogenetic products in which, preferably, the diluents are incorporated in a homogeneous manner in the base exchange bodies. before the formation of these last ones or, at least, before the base exchanger body has taken after formation. Use can be made of many diluents, both inert and regulators, activators, specific catalysts or auxiliary catalysts.
Here are some of them: all kinds of diatomaceous earth, in particular earth, natural or treated cellite, siliceous powders of various types, pulverized permutogenetic products, natural or artificial powders of rocks, stones, tuff, trass, lava and similar canic products which are frequently very porous, green sand, glauconite or its acid-leached derivative:
glaucosil, pulverized slag wool, cements, sand, silica gel, pulverized pottery, clay. fuller, talc, glass powder, pumice powder, asbestos, graphite, activated carbon, quartz powder, various pulverized minerals, rich in quartz, metal and metal alloy powders, salts of oxymetallic acids, such as tungs- tates, vanadates, chromates.
uranates, manganates, -cerates, molybdates, etc., in particular those of copper, silicates, such as copper silicate, iron silicate, nickel silicate, cobalt silicate, aluminum silicate, silicate of titanium, minerals or ores, especially those rich in copper, etc.
Finely divided diluents have a great advantage, especially if the average particle size is less than 60 microns in which case the diluents have a high surface energy, which increases the adsorptive and absorptive capacity of the contact mass, the speed. diffusion and porosity. These finely divided diluents can be viewed as physical catalysts or activators.
Dilute permutogenetic bodies can also be finely divided and used as part or all of the diluents of other base exchange bodies.
The following nine procedures are the most effective for introducing diluents; but use may be made of any other suitable method, the leaching being carried out either before, or after, or still during formation. Examples of methods of incorporating diluents have already been described elsewhere and any one of these methods can be used as a key: 1o The diluents can be mixed with one or more liquid constituents of the base exchange bodies to be formed. when preparing these by wet process.
The constituents, whether specific catalysts, auxiliary catalysts or the like, can be precipitated in diluents, or impregnated therewith which are then incorporated into the base exchange bodies by any method of preparation. suitable incorpo ration.
<B> 30 </B> Diluents can be mixed with base exchange bodies, when the latter are still in the form of jellies, by kneading or kneading, in which case the base exchange jelly behaves like an adhesive. The homogeneity and uniformity of the distribution of diluents are not. natural -ent, not all <B> to </B> made as large by this method <B> 1 </B> as by method 10; but, for many catalytic oxidations of organic compounds, extreme uniformity is not essential.
Diluents can be formed during the formation of base exchange bodies by mixing compounds. suitable for the constituents of the base exchange bodies, so that the particles of diluents are precipitated during formation. Protective colloids can be added to prevent coagulation of the diluent particles before the base exchange bodies have set sufficiently.
Compounds can be added which react with some of the base exchange bodies to form components to produce diluents; for example, one can add -salts of the acids of metals of the fifth and sixth groups in sufficient excess so that they react with -components of the exchange body -of bases to form -insoluble diluents such as, for example , with heavy metal oxides.
Preformed base exchange bodies, diluted or undiluted, artificial or natural, can be impregnated with true or colloidal solutions of catalytically effective constituents and then dried.
<B> 70 </B> A preformed base exchange body, diluted or undiluted, can be impregnated with several solutions, which react therein to precipitate any desired diluents.
<B> 80 </B> Or can add acidic diluting compounds to constituents forming a base exchange body which, after formation, retains the compounds in solution and which the year dries, without washing it, or which the treated to precipitate the compounds.
90 Diluted or undiluted base exchange substances, natural or artificial, or their derivatives, can be impregnated with solutions of the desired compounds which are subsequently precipitated by means of reactive gases.
The nucleus, or non-exchangeable portion, of the molecules of the base exchange bodies is usually considered to consist of two types of oxides, namely: relatively basic metal oxides, usually amphoteric, and relatively acidic oxides, such as SiO2, certain amphoteric metal oxides and certain metal oxides which exhibit a distinctly acidic character.
The nucleus behaves like a single anion; but it is advantageous to regard the two portions of the nucleus as the basic and acidic portions, bearing in mind, of course, that the nucleus coalesces as a sibling group. The metal compounds which are capable of forming the basic portion of the nucleus are those of ml:
following rates: copper, silver, gold, bismuth, beryllium, zinc, cadmium, boron, aluminum, certain rare earths, titanium, zirconium, tin, lead, thorium, niobium, antimony, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, ura nium , vanadium, manganese, iron, nickel, co balt, platin, palladium. Compounds of these elements can be introduced, singly or in mixtures, in any desired proportion, and they can be in the form of simple or complex ions. It goes without saying that some of the elements, in certain stages of oxidation, can be introduced either as metallates or as metal salts.
Others can only be introduced in one of the forms and still others can be introduced in an oxidation stage other than that desired in the final base exchange body, or in the form of complex compounds. Among the complex ionogens, mention may be made of ammonia, hydrocyanic acid, oxalic acid, formic acid, tartaric acid, citric acid, glycerin, etc.
Many metals are specific catalysts; others are regulators and still others are auxiliary catalysts. Of course, the condition of an element as a specific catalyst or as an auxiliary catalyst will vary with the particular oxidation reaction for which the final contact mass is to be employed and the choice of such catalysts, as well as the proportions, will be determined. by the particular catalytic oxidation of the particular organic compound for which the contact mass is to be employed.
Examples of constituents forming the relatively acidic portion of the base exchange nucleus are the alkali metal silicates, which are soluble in the alkali, and the alkali metal salts, of acids such as those of boron, phosphorus,, nitrogen, .tin, titanium, - vanadium, tungsten, chromium, niobium, - tantalum, uranium, antimony, manganese, etc.
The exchangeable bases of the base exchange bodies can be substituted by exchange of bases and the elements which can be introduced individually or in mixture, by exchange of bases, are the following: copper, silver, gold, ammonium, beryllium, calcium, manganese, cesium, potassium, sodium, zinc, strontium, cadmium, barium, lead, aluminum, scandium, titanium, zirconium, tin, antimony, thorium, vanadium, lithium, rubidium, thallium, bismuth, chromium, uranium, manganese, iron, cobalt, nickel, ruthenium, palladium, platinum and cerium.
Depending on the reactions in which the contact mass is to be used, the exchangeable bases introduced can be specific catalysts, they can be regulators or they can be auxiliary catalysts. They can be introduced as single ions or as complex ions and they can increase the catalytic activity of the final contact mass, improve its physical structure, or act in both ways.
It is also possible to coat or coat bulk carrier granules with leached, diluted or undiluted base exchange bodies, in the form of films, or to impregnate these granules with them. The massive carriers can be inert, activating or themselves be catalysts. For example, use can be made of certain catalytic alloys containing vanadium, chromium, tungsten, uranium, molybdenum and other metals which are oxidation catalysts.
Metal carrier fragments, and especially metals of high thermal conductivity, such as aluminum, play an additional advantageous role in that their relatively high thermal conductivity tends to prevent local overheating, which is of great importance, since Most of the organic oxidations within the scope of the present invention are highly exothermic and some of them are excessively sensitive to temperature conditions and tend easily to get out of control with excessive temperatures.
The leaching can be carried out in any convenient manner and the term "leaching" embraces processes in which the base exchange body is washed with dilute acids. In fact, any treatment with an acid which results in the removal, by chemical action, of any portion of the bases present in the base exchanger, should be considered to be covered by the term "leaching". .
For good. Organic oxidations. it is desirable to subject the contact masses to preliminary calcination with air or with acid gases. The latter treatment is not as important if the sivage has been carried out to a high degree, since one of its most important roles is in the reduction of a strong alkalinity which is effected by it and, of course, in amply leached contact mas s, the alkali nity is almost completely destroyed.
However, calcinations and treatment with acid gases can be used and they have an advantage, with a large number of <B> contact </B> masses, in particular contact masses where the Leached bases can itself be employed as a diluent in other catalytically inactive or active base exchange bodies. In such cases the body may not show excessive alkalinity in itself for some reactions, but it may be combined with other constituents which are too strongly alkaline: to give good results and , in such cases, treatment with acid gases is of great importance.
Calcination and the catalyses themselves, especially vapor phase catalysis, usually result in some chemical transformations in the contact mass, especially on its surface, which are not well defined and the contact masses of the invention are defined here as when they are freshly prepared, in accordance with the mode of definition customary in catalytic chemistry.
If the leached base exchange bodies contain considerable amounts of basic constituents, and especially if the leaching has been stopped before the complete removal of exchangeable bases, one can prepare salt-like bodies of the base exchange body. bases. Acid radicals which can be reacted may be catalytically active, inert, or may act as auxiliary catalysts.
Among: Important catalytically active radicals are those of the oxyacids of metals of the fifth and sixth groups of the periodic system, in particular the elements such as vanadium, molybdenum, tungsten, uranium, chromium, etc. Other acidic radicals such as those of manganese, selenium, tellurium, arsenic, phosphorus, sulfur, chlorine, bromine, fluorine, nitrogen and boron can be used.
Simple acids or their salts can be used, or peracids or complex acids such as those containing ferro- and ferricyanogen, sulfocyanogen or other metal-cyanogen groups can be employed. Ammoniacal groups are also effective.
The catalytic activity of the contact masses consisting of salt-like bodies may reside in part or in whole in the nucleus of the leached base exchange body, in the acid groups united with it or in the form of diluents. physically associated with the contact mass.
The contact masses which are used in the invention are effective in all organic oxidations and the following are examples: 1e Reactions in which an intermediate oxidation product is obtained:
Oxidation of benzol, toluol, phenol, tar phenols or furfurol and other compounds containing the group -CHZ-CH = CH-CH = - to maleic acid and fumaric acid or mesotartaric acid; from cresol to salicylic aldehyde and salicylic acid; of toluol and of the various halogenated substituted toluols and of the corresponding aldehydes and acids;
- xylenes, pseudocumene, mesitylene, paracymene and other derivatives in the corresponding aldehydes and acids; from naphthalene to naphthaquinone, phthalic anhydride to maleic acid and fumaric acid, from anthracene to anthraquinone; phenanthrene to phenanthraquinone, diphenic acid, phthalic anhydride -and maleic acid;
acenaphthene to acenaphthylene, acenaphthaquinone, bisacenaphthylidenedione, naphthaldehyde acid, naphthalic anhydride and hemimellithic acid; from fluorene to fluorenone; -eugenol and isoeugenol to vanillin and vanillic acid; methyl alcohol and methane in formic aldehyde;
ethyl alcohol _ to acetic acid; from ethylene chlorohydrin to -chloroacetic acid, etc.
Reactions in which unwanted impurity is burned, such as the purification of crude anthracenes - of varying degrees of impurity with complete combustion of carbazol, unused oils and, in some cases, phenanthrene ; the purification of crude mothballs and crude mononuclear hydrocarbons, such as benzols, etc., the purification of ammonia from coal tar with combustion of organic impurities such as the phenolic substances present, and so on.
Oxidation of mixtures of organic compounds to desired intermediates, with removal of impurities, such as oxidation of crude anthracenes, crude phenanthrenes, etc., to intermediates such as anthraquinone, phenanthraquinone, acid diphenic, phthalic anhydride, etc., with concomitant removal of carbazol and unused oils by total combustion;
oxidation of crude tar acids to maleic and fumaric acid, with combustion of certain impurities, etc.
The most important elements in oxidation catalysts for the first and third groups are the metals of the fifth and sixth groups of the periodic system and, in particular, vanadium although, of course, the invention is not at all. limited to the use of contact masses which contain one or more of these elements. For Group 20 reactions, other elements are frequently more effective as catalysts; thus, for example, copper, cobalt and iron appear to be particularly effective, with or without metals from the third and fourth groups of the periodic system.
Purifications, especially when a heterocyclic impurity, such as carbazol, frequently requires a large amount of regulator, and in some cases the contact mass must contain more regulator than ca. specific analyzer, while, in most of the contact masses to be used according to the invention - and in particular in those which are intended for the reactions enumerated above. in group 1, the elements, cataly- tically effective are normally -excess on regulators.
Scrub reactions also effectively utilize strongly alkaline regulators. On the other hand, the reactions included in group 1 are normally best carried out with non-alkaline regulators or, at least, with regulators not possessing a strong alkalinity.
Due to the enormous number of organic oxidation which can be carried out by the process according to the invention, the choice of specific catalyst, regulator and auxiliary constituents will vary greatly and these constituents will be chosen by the chemist. Catalyst experienced according to the particular catalytic reaction in which he is interested.
In this regard, it will be borne in mind that a component which may be a specific catalyst for one reaction may be an auxiliary catalyst for another reaction and, therefore, the designs of specific and auxiliary catalysts do not. should not be taken as defining chemical classes of compounds in an absolute sense; on the contrary, they are relative terms depending on the particular oxidation reaction in which use is made of the contact mass.
<B> It </B> is described below, by way of example, the preparation of catalytic masses, and their use in accordance with the invention.
<I> Example 1: </I> The following three mixtures are prepared: <B> 10 </B> 280 parts of pumice powder or asbestos fibers are impregnated with a solution of manganese nitrate containing 1 manganese and .diluted sufficiently to allow good impregnation of the material. The product is then washed with a <B> 10% ammonia solution, </B> then with water, in order to remove the ammonia. The impregnated pumice is stirred in a solution (about 33 Baumé water glass, containing 24--30 parts of SiO2 diluted with 5-6 parts of water.
9.1 parts of V205 are dissolved in an amount of normal sodium hydroxide solution sufficient for the product to be approximately neutral to tour nesol. About 19.5 parts of Fe80, plus 7H20, are added as a suitably diluted aqueous solution, and a prepicity of iron vanadate mixed with iron oxide is obtained.
18.2 parts of V205 are treated with 2% by weight of concentrated sulfuric acid and diluted with 200 parts of water. The mixture is gently boiled and S02 gas is passed through it until a clear blue solution of the vanadyl sulfate is obtained. The blue solution is gradually treated with <B> ION </B> caustic soda until the precipitate of vanadium hydroxide which first forms dissolves in the caustic soda to form a coffee brown sodium vanadite solution.
The 10 and 20 suspensions are then poured together and the solution 30 is immediately introduced in a thin stream with vigorous stirring. Most of the excess alkali is neutralized with <B> 10% </B> sulfuric acid and the jelly that forms is pressed well, washed two or three times with 300 parts. of water and dried at a temperature of about 100 ° C. The product is a zeolite containing tetravelling vanadium diluted with pumice powder or asbestos fibers impregnated with iron vanadium.
The product is carefully washed with <B> 2-3% </B> hydrochloric or sulfuric acid to remove the exchangeable alkali, then washed to remove the acid and / or dried, preferably at 100 ° C. The leached base exchange body, thus obtained, which is then an effective catalyst for the catalytic oxidation of anthracene to anthraquinone under the usual reaction conditions, is pressed into suitable granules.
An even more effective contact mass can be obtained by pulverizing the leached base exchange body and suspending it both in a solution of an agglutinating agent such as potassium sulphate, bisulfate or acid phosphate, so solution which may advantageously contain 10 to 15% of the agglutinating agent with a sufficient quantity of water to form a good suspension. This suspension is then sprayed onto pumice stone fragments or rough quartz fragments to produce a uniform and effective coating.
The contact mass, whether in the form of granules or whether it is coated or in the dress of fragments, is well suited, after calcination with air at about 450 ° C., for the vapor phase oxidation of anthracene to anthraquinone and acenaphthene, acenaphthylene or their halogenated derivatives to the corresponding naphthalic anhydrides. The vapors of the aromatic compounds in question, preferably having a purity of about <B> 90%, </B>, are mixed with air in the proportion of 1:18 by weight and passed through the contact earth at 3G0-420 C.
Excellent yields of the desired product are obtained and impurities such as carbazol and phenanthrene, in the case of anthracene, are completely burnt off. The ratio of aromatic hydrocarbons to air can be varied within fairly wide limits without seriously affecting the yield.
Instead of preparing a two-component zeolite by reacting a vanaditre with water glass, zeolites can be prepared by reacting sodium or potassium vanadate with water glass under the conditions described above and, once leached, these zeolites constitute excellent catalysts.
Instead of making use of solutions of metallates, such as the vanadites and vanadates discussed above, one can make use of solutions of metal salts in which the metal bases are sufficient. amphoteric;
it is thus, for example, that the corresponding zeolites can be prepared by the reciprocal action of vanadyl sulphate and soluble glass by choosing the amounts of the constituents, so as to obtain a product of reaction which thirsts alkaline with regard to (sunflower or, preferably, alkaline or neutral with regard to phenolphthalein.
Corresponding three-component zeolites can also be prepared by reacting water glass with potassium or sodium vanadite and vanadyl sulfate, first mixing the vanadite solution with the water glass solution and then adding . vanadyl sulfate, with vigorous stirring, until the jelly-like reaction product remains alkaline with respect to sunflower or, preferably, alkaline or neutral with respect to phenolphthalein.
Leaching of dilute zeolites can be carried out. dried, described above, by hydrating in the usual manner, then by running dilute organic or inorganic acids over the zeolite until some or all of the exchangeable alkali has been washed away.
Instead of using fragments of quartz or pumice stone as carriers, it is possible to coat with suspensions of zeolites leached from large granules, natural or artificial, of diatomaceous earth, of filter stones, silicates, rocks, certain ores, etc., by making use of water glass or an alkali metal compound as binding agents.
Instead of applying the leached, ground zeolites as a coating or coating to fragments, they can be mixed with water glass solutions, or alkali metal compounds, and then formed into suitable pellets, in the desired shape. for use in converters for the catalytic oxidation of organic compounds, for example: bath tubular converters.
Instead of leaching the base exchange bodies directly, they can first be hydrated and then treated with saline solutions in order to exchange some or all of the exchangeable alkali for bases of the bases. solutions.
Thus, for example, one makes ruis seler solutions to <B> 5-10% </B>. Of copper sulphate, of ferric chloride, of carbon nitrate, of nickel nitrate, of manganese nitrate. , etc. .. individually or as a mixture, on the base exchanger body up to. so that there is no more exchange of bases. Such a zeolite, for example a cuprovanadium zeolite, if the solution was a copper salt solution, is treated with dilute acids, such as sulfuric acid or <B> 2-3% hydrochloric acid < / B> or an ac idt. 10-15% organic, such as acetic acid, maleic acid, phthalic acid, etc.,
in order to remove by leaching some or all of the exchangeable bases. Leaching can be carried out by placing the material on an ordinary filter and trickling the acid solutions off for half an hour to two hours depending on how much more leaching is desired.
Leached zeolites, containing heavy metals, introduced by base exchange, are well suited for the catalytic oxidation of benzol, toluol, phenol, tar acids, furfurol or phthalic anhydride to maleic acid when passing them. values of any of these substances, mixed with air in the proportion of 1: 16-25 parts, by weight, of air on the contact mass at 350 - d20 (". good yields of maleic and fumaric acids and the quality is excellent.
Another class of leached zeolites can be obtained by forming. first the bodies resembling salts of zeolites, then leaching them.
For example: a cuprovanadium zeolite, such as that described above, can be reacted with compounds containing acid radicals: of metals of the fifth and sixth groups of the periodic system, such as solutions with 1% of ammonium or potassium va nadate, tungstate, molybdate or tantalate, or a mixture of these solutions.
Salt-like bodies are leached in the same manner as ordinary zeolites and, after leaching, the contact masses produced are well suited for the oxidation of toluol to ben zoic aldehyde and benzoic acid. A mixture of toluol and oxygen-containing gas is passed through in the proportion of 2 parts toluol to 25-30 part. in poi.cls. air on the contact mass, at 34a) -380 P. in a converter fitted with powerful key cooling means.
Air may be used, or a mixture of carbon dioxide and oxygen in the ratio of 10:?, Carbon dioxide acting as an inert, permanent gas, oxygen being. introduced at a suitable place in the ring and the benzoic aldehyde as well as the benzoic acid being separated at another point.
In order to carry out this very sensitive reaction, it is often advantageous, whether one works in a circulatory process or by catalysis in a single jet, to carry out the reaction in the presence of protective agents in the form of gas or vapors, such as carbon tetrachloride vapors or other vapors which are hardly oxidizable. The yields of benzoic acid and benzoic anhydride are significantly increased by carrying out the reaction in the presence of such protective vapors.
The contact masks described above can also be used for the catalytic oxidation of methyl alcohol or methane to formaldehyde using air as the oxidizing agent. We get good returns.
@ .. u instead of using vanadium in various oxidation stages, in the non-exchangeable part of the zeolite, it is possible to substitute partially or entirely other sufficiently amphoteric elements such as, for example, tungsten, aluminum, etc. manganese, chromium, etc., or a mixture of two or more of these.
Example <I> 2: </I> 100 parts of an ordinary artificial zeolite, containing aluminum and sodium, which can be prepared either by melting or by wet process, are digested several times or similar amount of natural zeolites, with a 5% lead ni trate solution, which introduces lead into the zeolite by base exchange. The excess lead nitrate is then removed by washing the product and treating it with a 109% vanadate solution until a lead zeolite vanadate is obtained.
This being done, the excess vanadate solution is completely removed by washing, the product is dried at a temperature below 100 ° C., then it is washed on a filter with 500 parts of sulfuric acid at <B> 2 -3%. </B> The excess acid is then removed by washing with the same quantity of water and the leached mass is calculated to about 100 "C: which is placed in a converter. pass over the contact mass, at 300-450 C, a mixture of acenaphthene vapor and air in the proportion of 1:14 by weight.
Excellent yields of acenaphthylene of a beautiful golden color are obtained. Other effective derivatives can be prepared by substituting copper, nickel, cobalt, silver, manganese, chromium or aluminum for some or all of the lead and then treating with. one or more compounds containing -aci radicals of -metallic elements of the fifth and sixth groups of the periodic system, such as vanadic acid, tantalic acid, tungstic acid, uranic acid, chromic acid,
or bismuthic acid, or a mixture. The zeolites are then washed with 2--3% hydrochloric acid or 8-10% <B> </B> acid and can then be used. as contact masses for the catalytic oxidation of ortho- and <RTI
ID = "0014.0041"> parachloro- and bromotoluols, dichlorotoluols, chlorobromotoluols, nitro-toluols, bromonitotoluols, etc., to the corresponding benzoic aldehydes and benzoic acids. For this purpose, the vapors of the compounds, mixed with air, are passed in the proportions of 1: 10 to. 1 <B>: 35, </B> on contact ground, at 320-450 C.
These contact masses can also be used for the catalytic oxidation of homologs of toluols, such as xylol, mesitylene, pseudocu- lead, paracymene, etc., to the corresponding aldehydes and acids.
Use can also be made of the leached base exchange bodies as carrier materials to which are applied, as a coating or coating, other catalytically active materials, thus forming mixed contact masses which are valuable for the oxidation of compounds. organic.
<I> Example 3: </I> The following three solutions are prepared: 42 parts of SiO2 are diluted in 200 volumes of water in the form of a 33 Baumé water-glass solution and 70 parts are stirred therein. of cellite earth.
18.2 parts of V20 "are dissolved in a concentrated caustic cup solution to form a solution; <I> 10% potassium vanadate. </I>
P 5 parts of aluminum oxide are dissolved in 5N potassium hydroxide solution to form potassium aluminate.
We pour the three mixtures together, heat to <B> 60-70 '</B> C and pour in, while stirring vigorously, <B> 10% sulfuric acid, </B> until so that the whole mass solidifies into a jelly which must, however, remain alkaline with respect to the sunflower. The jelly is filtered off with suction, squeezed well, completely, dried at temperatures below 100 ° C., broken into pieces and hydrated by running water over them. 1--3% sulfuric acid is then trickled onto the zeolite in order to wash out some of the exchangeable alkali.
This done, the contact mass is calcined with air and diluted SOZ gases, at 420-500 C. After calcination, a mixture of naphthalene vapors is passed over the contact mass at 380-420 C. and air in the proportion of 1:10 to 1:15. Excellent yields of high purity phthalic anhydride are obtained.
If we change the proportion of mothball vapor to air from 1:30 to 1:40 and if we lower the reaction temperature to 360-380 C, we obtain: waxes yields α-naphthaquinone accompanied by small amounts of phthalic anhydride.
If desired, the base exchange body can be reduced to small particles and coated or coated with massive natural or artificial granules such as fragments of ilmenite, bauxite, silica-rich minerals, such as fragments. rubble quartz, -fragments of quartzose filter stones, fragments of cellulite bricks, metal granules, such as aluminum granules, granules of metal alloys such as ferranadium, ferro-molybdenum , ferrosilicon,
silicon-ferroman- ganese, silicon-aluminum-ferromanganese, ferrotitanium, ferrotungsten, etc. The coating can be done by heating the massive carrier fragments to 100-150 ° C, with agitation, then spraying on them a suspension of the leached base exchanger body and accompanying this spraying with a second spray of 'a dilute agglutinating agent, such as a solution of water glass based on potassium, potassium sulfate,
potassium bisulfate or potassium phosphate. In this way, a uniform and strongly adherent film is formed.
Coated contact masses are well suited for the oxidation of naphthalene to phthalic anhydride. If iron, cobalt or manganese are introduced, by exchange of bases, before leaching, the contact masses are suitable for the catalytic oxidation of anthracene to anthraquinone or aeenaphthene or acenaphthylve to. naphthalic anhy dride.
<I> Example 4: </I> 2 2 parts of basic copper carbonate are dissolved in the form of a euproammonium compound. <B> 10.2 </B> parts of freshly precipitated aluminum hydroxide are dissolved in a quantity of a 2N sodium hydroxide solution sufficient to form a clear solution of aluminum hydroxide. sodium. 24 parts of copper nitrate, containing 3 molecules of water, are dissolved in 101) parts of water.
The cuprammonium carbonate and the aluminate solution are then mixed together, and the copper nitrate solution is then poured in with vigorous stirring. A gelatinous product is formed which is neutral or slightly alkaline with respect to phenol phthalelil <B> CI </B> and which constitutes a non-siliceous carbon exchange body containing sodium, copper. and aluminum. The jelly is pressed and dried at temperatures below <100 ° C, then hydrated with water.
Once this is done, the non-siliceous base exchange body is placed on a suitable filter and it is thoroughly washed with 2-5% sulfuric acid, streaming 250-500 parts of the acid radically over it. dilute acid. If desired, we can replace part of the alkali exchangeable by bases such? as iron, cobalt, manganese, chromium, titanium. zirconium, copper or thorium by causing 5-10% solutions to flow onto the base exchange body: corresponding salts. This done, the product is leached to remove the exchangeable alkali.
It is also possible to form bodies resembling the salts of the base exchange body, as described above, in the previous examples, and then leach them.
After leaching, the contact masses are kneaded with 15-20%, by weight, potassium sulphate, potassium nitrate, <B> </B> potassium chloride,. Potassium hydroxide, < B> -of </B> potassium carbonate, the key to potassium or other alkali metal compounds, in the form of aqueous solutions; or else soluble glass solutions can be used as agglutinating agents. The kneaded products are formed into suitable pellets and calcined at temperatures above 400 C.
These contact masses are well suited for the catalytic purification of crude anthracene into superior quality anthracene with total combustion of the main impurities, such as carbonazol, and more or less complete combustion of phenanthrene, depending on the reaction conditions. .
Thus, for example, 25-50% crude anthracene, especially 30% anthracene cake, is sprayed uniformly with air in the ratio of about 1: 20 by weight. -.- 35%, then passed over the contact mass at 380-430 C. The purified anthracene obtained contains 70-80% anthracene, practically no carbazol, and the remainder is practically pure phenanthrene.
After recrystallization of the minimum quantity of naphtha .dissolvent, sufficient to dissolve at. 80 ° C, clean anthracene followed by cooling to 15 ° C, recrystallized anthracene contains <B> 95-97% </B> anthracene, is practically colorless and of excellent quality. In catalytic scrubbing, yields exceeding <B> 90% </B> of the anthracene present in the crude anthracene can be obtained. The phenanthrene which can be obtained from the mother liquor of crystallization is also of excellent purity.
Instead of using the contact masses as described, the leached base exchange body can be reduced to small particles and coated with fragments of pumice stone, quartz, iron ore, ores. of copper, diaspore, etc., - these contact masses. Coatings are also well suited for the catalytic purification of anthracene under the reaction conditions described above.
Instead of introducing copper in the form of the compound cuproammonium, it can also be used in the form of copper salt, such as copper sulfate or nitrate. When carrying out a reaction between a solution of copper salt and the aluminate, it is necessary to take care that the reaction product remains neutral or alkaline with respect to the phenolphthalein. Copper can also be partially or completely replaced by one or more saline solutions containing iron, cobalt, nickel, (chromium, aluminum, titanium, cadmium, thorium, zirconium, tin or vanadium in the form of vanadyl compounds These contact masses are very effective,
especially when iron or cobalt are present. The aluminate solution can also be partially or completely replaced with one or more other solutions of metallates, such as, for example, zincates, cadmiums, plumbites, etc.
The above-described contact masses are not only suitable for the catalytic scrubbing of crude anthracene, but can also be used for the scrubbing of crude naphthalene, crude benzine or other crude coal tar fractions. Another field of applications for which the contact masses are well suited is the catalytic purification of coal tar or ammonia obtained as a by-product, the organic impurities being burned off - or transformed into acids.
Ammonia, obtained as a by-product, mixed with air, preferably using a large excess of air, is used on the contact mass, at 380-450 C, in accordance with the organic impurities present. The organic impurities are completely burnt, transformed into water-soluble compounds, and the result is a purification of ammonia by differential oxidation of the impurities.
Example <I> 5: </I> 18 parts of vanadium pentoxide are suspended in 250 parts of water acidulated with sulfuric acid, concentrated and reduced to the sulphate of vanadium. blue dyle using sulphurous anhydride. The solution is boiled and concentrated to 150 parts of water. 10 parts of aluminum oxide are converted to potassium aluminate by means of a 5N solution of potassium hydroxide.
One third of the vanadyl sulfate solution is treated with 10 N potassium hydroxide to convert the vanadyl sulfate to coffee brown vanadyl sulfate which is then mixed with potassium aluminate. and there are stirred 100 parts of diatomaceous earth, after which one adds, with vigorous stirring, the remaining two-thirds of the solution of vanadyl sulphate. The final product, which must remain strongly alkaline with respect to the sunflower, is pressed, dried as usual, preferably below <B> 100 'C, </B> it is broken into pieces , it is hydrated with water, in the usual way,
then it is washed cleanly with 200 parts of 5% sulfuric acid, which can be done by trickling the acid onto the base exchange body. The leaching product is then calcined with air at 400 C; : It is an excellent slow mass contact for the vapor phase oxidation of naphthalene to phthalic anhydride. For this purpose, a mixture of naphthalene vapors and air is passed through the contact mass at 380-420 ° C. proportion -of 1 <B>: 18, </B> by weight.
<I> Example 6: </I> The following three solutions are prepared: <B> 10 </B> Diluted with 6-8 volumes of water, 210 parts of 33 Baumé soluble glass solution and stirred therein a mixture of fine particulate silicates and kieselguhr until the suspension just remains easily stirred. The mixed diluent should preferably contain more than 25% diatomaceous earth.
18 parts of V20 'are reduced to a blue solution of vanadyl sulfate in a hot aqueous solution acidified with sulfuric acid, using sulfur dioxide as a reducing agent. The vanadyl sulfate is converted to a brown potassium vanadite solution using a sufficient amount of 10 N caustic potassium solution.
A <B> 100% aluminum sulfate solution is prepared. </B>
Slurry <B> 10 </B> and solution 20 are poured together and added in a thin stream, with vigorous stirring, an amount of the aluminum sulfate solution sufficient to bring the reaction mixture to temperature. a neutrality to phenolphthalein, or to a point that is right on the alkaline side. The mass solidifies into a dirty green jelly; it is filtered with suction, washed lightly and dried; it is a three-component zeolite containing tetravalent vanadium, aluminum and SiO2 in the non-exchangeable form. If desired, the diluents can be suspended in solution 20; or they can be brewed in a mixture of soluble glass and aluminum.
Some or all of the aluminum in solution 20 can be substituted with corresponding amounts of a potassium vanadate solution prepared by dissolving VZO 'in 2N potassium hydroxide. can partially or totally replace the vanadate by other metallates.
Instead of using aluminum sulphate in solution 30, it can be partially or completely replaced by one or more other metal salts such as, for example, sulphate: copper, nickel sulphate, cobalt sulphate, iron sulphate, trace of manganese, ferric chloride, zinc sulphate, cadmium sulphate, titanium nitrate, thorium nitrate, zirconium nitrate, etc.
After having dried the products, preferably at 100 ° C., they can be subjected to a base exchange after hydration; or we can form salt-like bodies. Once this is done, they are leached with 2-4% hydrochloric acid and the leaching can be extended as far as necessary, depending on how much alkali you want to keep in the product. After leaching, the material is formed into suitable pellets using a small amount of potassium water glass as a binding agent.
These contact masses containing vanadium are well suited for the catalytic oxidation of naphthalene to phthalic anhydride, under the reaction conditions described in the preceding examples. Use can be made of contact masses which contain iron or manganese in a non-exchangeable form, in addition to vanadium,
for the catalytic oxidation of anthracene to anthraquinone. These contact masses can also be used for the direct catalytic oxidation of crude anthra cene to anthraquinone. Thus, 40 to <B> 50% </B> of crude anthracene are vaporized uniformly with air, in the proportion of 1:25 and passed over the contact mass at 380--450 ' VS.
Use can be made of contact masses which contain copper, silver or iron in exchangeable form for the catalytic oxidation of methanol and methane to formaldehyde.
Similar contact masses are well suited for the catalytic oxidation of isoeugenol to vanillin and vanillic acid, of fluorene to fluorenone, of ben zol to benzoquinone, of cresol to salicylic aldehyde and salicylic acid, of phenan threne to maleic acid and d. ethyl alcohol and ethylene thlorohydrin in the aci of the corresponding acetics.
Contact masses which contain iron and aluminum in the. The non-exchangeable portion of the leached base exchange body, or are provided as diluents, are suitable for the catalytic oxidation of acenaphthene and cenaphthylene to naphthalic anhydride and hemimellithic acid.
Example <I> 7: </I> The following three mixtures are mixed: 6.6 parts of freshly precipitated A12O3 are dissolved in a normal KOH solution in order to form the corresponding potassium aluminate. To this solution, diluents rich in silica are added, such as crushed rocks, tuffs, lava of volcanic or eruptive origin, artificial and natural zeolites, kieselguhr, debris of cellite bricks, etc. When using debris from cellite bricks or kieselguhr, 50 to 80 parts are sufficient.
80 parts of a 33 Baumé potassium-soluble glass solution are diluted with 100 parts of water.
24 parts of aluminum sulfate are dissolved in 150 parts of water with 18 molecules of water.
The 1o luminate suspension is mixed rapidly with the water glass solution, with vigorous stirring, then the aluminum sulfate solution is introduced in a thin stream; it precipitates, in a gelatinous form, a three-component zeolite. diluted. The mother liquor is removed in the usual way, the cake is dried below <B> 100 </B> C and it is broken into heaps.
To increase the yield, it is possible to use a small quantity of very dilute sulfuric acid (5%); but care must be taken that the reaction product and mother liquor remain substantially neutral or weakly alkaline with respect to phenolphthalein. In this zeolite, the silicate and metallate components predominate over the metal salt component, so that the resulting product resembles an aluminosilicate type zeolite. If desired, the order in which the three classes of components are reacted can be changed in order to produce modified zolites.
The relative amounts of the constituents can also be changed, for example as follows: <B> 10 </B> 3.4 parts of freshly precipitated A1203 are dissolved in gOH to form an aluminate solution of potas sium.
120-150 parts of a 33 Baumé potassium water glass solution are dissolved in about 200 parts of water.
30 We do. dissolve in 200 parts of water 44 parts of aluminum sulphate with 18 water molecules.
Catalytically active diluents, regulators, auxiliary catalysts which are inert or which have two or more of these characteristics can be added to either of the alkaline reaction constituents and, preferably, the solutions are mixed together. aluminate and water glass, then aluminum sulfate is added, as described; but we can proceed in reverse. The zeolites obtained resemble two-component zeolites of the silicate - aluminum double type.
Three-component zeolites can be produced using the following solutions in which the metallate and metal salt constituents predominate over the silicate constituents and which resemble non-siliceous base exchange bodies: <B> 10 </B> 5 parts are converted , freshly precipitated A1z03 in a corresponding potassium aluminate solution.
2o Is dissolved in 200 parts of water 34 parts of aluminum sulphate with 18 molecules of water.
50 parts of 33 Baumé potassium water glass are dissolved in 100 = 150 parts of water.
The diluents described in the first part of this example can be added to one of the constituents or to the mixture of the alkaline constituents. Preferably, the aluminate and silicate constituents are mixed together and the aluminum sulphate is added, with vigorous stirring. The reaction product is freed from the mother liquor and dried in the usual manner. It is also possible to reverse the order of reaction of the constituents.
One or more metalates containing vanadium, tungsten, molybdenum, lead, zinc or cadmium can be partially or completely substituted for the aluminum oxide in the metallate component.
Aluminum sulphate can be partially or totally replaced by one or more other metal salts such as those containing vanadium, especially vanadyl sulphate, zinc, cadmium, titanium, zirconium, copper, nickel. cobalt, silver, beryllium, cerium,. zinc,. thorium, manganese, chromium or iron.
The base exchange bodies obtained are washed, as described above, and these bodies may or may not themselves be catalytically active. When non-catalytically active components are present in the base exchange nucleus, the catalytic components can be introduced in the form of acidic groups uniting with the base exchange bodies to form salt-like bodies.
The patalytic power of the leaches can reside entirely in the zeolite or in constituents in chemical combination with it; or it may reside partly in the original zeo lithe and partly in diluents combined therewith to form a homogeneous structure.
Leached zeolites can also be used as carriers for. catalytic matter. An example of the introduction of catalytically active constituents is the introduction by base exchange;
. For example, it is possible to substitute some or all of the exchangeable alkali for heavy metals, such as iron, copper, nickel, cobalt, manganese, silver, titanium, zirconium and aluminum by running solutions 5- 105% of the corresponding salts on the zeolite at moderately high temperatures to accelerate the exchange of bases.
Thus, just before starting the base exchange, it is advantageous to hydrate the base exchange body by running water over it; after this treatment, the base exchange bodies are reacted with ammonium vanadate or other suitable vanadates to form a salt-like body. The zeolite is preferably impregnated with a solution of vanadate and the alkali washed off after reaction.
The color of the zeolite changes to that of the corresponding vanadates. 1-10% solutions of vanadates are. which ones are preferable. The mass is dried, then washed with acetic acid at 5-1010 °, then washed thoroughly. and we then fill a converter. Toluols, and -di to substituted nitrated toluols, are vaporized with air in ratios such as 1:40 and passed through the contact mass at 340-420 C, which produces the benzoic aldehydes. and corresponding benzoic acids.
Xylenes, pseudocumenes, mesitylenes, para-cymene and other organic side-chain compounds can be oxidized in a similar manner to the corresponding aldehydes and acids under the same conditions.
The introduction of catalytically active diluents such as, for example, 5 to 10% of salts of acids - metals of the fifth and sixth groups - of the periodic system increases the catalytic power of the contact masses.
Particularly effective compounds are silver vanadate, copper vanadate and iron vanadate or the corresponding tungstates, molybdates, uranates, tantalates, chromites, or mixtures thereof. After leaching, the catalytic power may reside partially or entirely in the diluents.