DE102005009885A1 - Preparation of acrolein or acrylic acid involves conducting starting reaction gas mixture having propylene and molecular oxygen reactants and inert molecular nitrogen and propane diluent gasses through fixed catalyst bed - Google Patents
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Abstract
Description
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Acrolein oder Acrylsäure oder deren Gemisch durch heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von Propen, bei dem man ein die Reaktanden Propylen und molekularer Sauerstoff sowie die inerten Verdünnungsgase molekularer Stickstoff und Propan enthaltendes Reaktionsgasausgangsgemisch, das den molekularen Sauerstoff und das Propylen in einem molaren Verhältnis O2:C3H6 ≥ 1 enthält, bei erhöhter Temperatur durch ein Katalysatorfestbett führt, dessen Aktivmasse wenigstens ein die Elemente Mo, Fe und Bi enthaltendes Multimetalloxid ist.The present invention relates to a process for the preparation of acrolein or acrylic acid or a mixture thereof by heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene, comprising reacting the reactants propylene and molecular oxygen and the inert diluent gases molecular nitrogen and propane containing reaction gas starting mixture containing the molecular oxygen and propylene in a molar ratio O 2 : C 3 H 6 ≥ 1, at elevated temperature leads through a fixed catalyst bed, the active material is at least one of the elements Mo, Fe and Bi containing multimetal.
Acrolein bildet ein reaktives Monomer, das insbesondere als Zwischenprodukt, z. B. bei der Herstellung von Acrylsäure durch zweistufige heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von Propen von Bedeutung ist. Acrylsäure ist als solche oder in Form ihrer Alkylester z. B. zu Herstellung von Polymerisaten, die u.a. als Klebstoffe oder Wasser absorbierende Materialien Verwendung finden können, geeignet.acrolein forms a reactive monomer, especially as an intermediate, z. B. in the production of acrylic acid by two-stage heterogeneous catalyzed partial gas phase oxidation of propene of importance is. acrylic acid is as such or in the form of their alkyl esters z. B. to manufacture of polymers, i.a. as adhesives or water absorbent Materials can be used, suitable.
Die
Herstellung von Acrolein durch das in der Präambel dieser Schrift beschriebene
Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation
ist bekannt (vgl. z. B. EP-A 11 06 598, WO 97/36849, EP-A 293 224,
WO 01/96271, DE-A 198 37 517, EP-A 274 681, DE-A 198 37 519, DE-A
198 37 520, EP-A 117 146, WO 03/11804,
Zielprodukt einer heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidation von Propen zu Acrolein ist Acrolein.target product a heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of propene to acrolein is acrolein.
Problempunkt aller heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidationen im Katalysatorfestbett ist, dass das Reaktionsgasgemisch beim Durchströmen durch das Katalysa torfestbett einen Höchstwert, den sogenannten Heißpunktwert durchläuft. Dieser Höchstwert setzt sich zusammen aus der externen Temperierung des Katalysatorfestbetts und der Reaktionswärme.problem point all heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidations in the fixed catalyst bed is that the reaction gas mixture when flowing through the cata- torfestbett a maximum, the so-called hot spot value passes. This maximum value is composed of the external temperature of the fixed catalyst bed and the heat of reaction.
Aus Gründen der Zweckmäßigkeit werden daher die Temperatur des Katalysatorfestbetts und die effektive Temperatur des Katalysatorfestbetts voneinander unterschieden. Dabei wird unter der Temperatur des Katalysatorfestbetts die Temperatur des Katalysatorfestbetts bei Ausübung des Partialoxidationsverfahrens, jedoch in fiktiver Abwesenheit einer chemischen Reaktion (d. h., ohne den Einfluss der Reaktionswärme) verstanden. Unter effektiver Temperatur des Katalysatorfestbetts wird dagegen die tatsächliche Temperatur des Katalysatorfestbetts unter Einbezug der Reaktionswärme der Partialoxidation verstanden. Ist die Temperatur des Katalysatorfestbetts längs des Katalysatorfestbetts nicht konstant (z. B. im Fall von mehreren Temperaturzonen), so meint der Begriff Temperatur des Katalysatorfestbetts den (Zahlen) Mittelwert der Temperatur entlang des Katalysatorfestbetts. Selbstverständlich kann die Temperatur des Katalysatorfestbetts über seine Länge auch so gestaltet sein, dass die Temperatur über einen gewissen Längenabschnitt konstant ist, sich dann sprunghaft ändert und über einen weiteren Längenabschnitt auf diesem neuen Wert verharrt u.s.w.. Man spricht dann von einem mehr als eine Temperaturzone (oder auch Reaktionszone) aufweisenden oder sich in mehr als einer Temperaturzone (oder auch Reaktionszone) befindlichen Katalysatorfestbett (Festbettkatalysatorschüttung). Derartige Temperaturzonen (oder auch Reaktionszonen) realisierende, mit Katalysator beschickte Reaktoren werden in entsprechender Weise als „Ein-„ oder „Mehr-Zonen-Reaktoren" bezeichnet (vgl. z. B. WO 04/085369). Mit der Temperatur des Reaktionsgasgemischs durchläuft die effektive Temperatur des Katalysatorfestbetts in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemischs gleichfalls den Heißpunktwert.Out establish the expediency Therefore, the temperature of the fixed catalyst bed and the effective Temperature of the fixed catalyst bed differ from each other. there becomes the temperature below the temperature of the fixed catalyst bed the fixed catalyst bed during exercise of the partial oxidation process, but in notional absence a chemical reaction (i.e., without the influence of the heat of reaction) understood. By contrast, the effective temperature of the fixed catalyst bed becomes the actual Temperature of the catalyst fixed bed with the inclusion of the heat of reaction Partial oxidation understood. Is the temperature of the fixed catalyst bed along the Fixed catalyst bed not constant (eg in the case of several Temperature zones), the term temperature of the fixed catalyst bed means the (numbers) average of the temperature along the fixed catalyst bed. Of course For example, the temperature of the fixed catalyst bed may be configured along its length. that the temperature over a certain length of section is constant, then changes abruptly and over another length of section u.s.w .. persists in this new value. One then speaks of one more than one temperature zone (or reaction zone) having or in more than one temperature zone (or reaction zone) fixed catalyst bed (fixed catalyst bed). Realizing such temperature zones (or reaction zones), Catalyst-fed reactors are used in a similar manner referred to as "single" or "multi-zone reactors" (cf. WO 04/085369). With the temperature of the reaction gas mixture passes through the effective temperature of the fixed catalyst bed in the flow direction the reaction gas mixture also the hot spot value.
Ein Ziel der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidationen von Propylen zu Acrolein besteht nun darin, die Heißpunkttemperatur und mit ihr ihre Sensitivität gegenüber einer Erhöhung der Temperatur des Katalysatorfestbetts möglichst günstig zu gestalten. So mindern zu hohe Heißpunkttemperaturen in der Regel sowohl die Lebensdauer des Katalysatorfestbetts, als auch die Selektivität der Zielproduktbildung (hier: Acrolein). Mit niederen Heißpunkttemperaturen geht normalerweise gleichzeitig eine Minderung der Sensitivität derselben gegenüber einer Erhöhung der Temperatur des Katalysatorfestbetts einher. Dies erweist sich z. B. bei einer Durchführung der Partialoxidation in Rohrbündelreaktoren als günstig, wenn die einzelnen Kontaktrohre infolge von über den Reaktorquerschnitt bestehenden Temperaturgradienten unterschiedliche Temperaturen des im jeweiligen Kontaktrohr befindlichen Katalysatorfestbetts bedingen. Ein Beisein von Propan im Reaktionsgasgemisch begünstigt infolge der vergleichsweise erhöhten spezifischen Wärme des Propans niedere Heißpunkttemperaturen (vgl. z. B. EP-A 293 224).One goal of the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidations of propylene to acrolein is to make the hotspot temperature and with it its sensitivity to an increase in the temperature of the fixed catalyst bed as low as possible. Too high hotspot temperatures usually reduce both the service life of the fixed catalyst bed and the selectivity of target product formation (here: Acrolein). Lower hot spot temperatures are usually accompanied by a reduction in their sensitivity to an increase in the temperature of the fixed catalyst bed. This proves z. B. in carrying out the partial oxidation in tube bundle reactors as low, if the individual catalyst tubes due to temperature differences over the reactor cross-section different temperatures of the catalyst fixed bed located in the respective catalyst tube. The presence of propane in the reaction gas mixture favors lower hot-spot temperatures as a result of the comparatively increased specific heat of the propane (cf., for example, EP-A 293 224).
Weiterhin begünstigt ein Beisein von Propan aufgrund seiner Brennbarkeit das Explosionsverhalten des Reaktionsgasgemischs (z. B. DE-A 195 08 558).Farther favored a presence of propane due to its flammability the explosive behavior of the Reaction gas mixture (eg DE-A 195 08 558).
Auf der anderen Seite ist bekannt, dass ein Beisein von Propan im Reaktionsgasgemisch die unerwünschte Bildung von Propionaldehyd und/oder Propionsäure in unerwünschter Weise begünstigt (vgl. z. B. WO 01/96270). Die WO 01/96270 empfiehlt daher, das Reaktionsgasgemisch mit molekularem Stickstoff zu verdünnen und als Sauerstoffquelle beispielweise Luft zu verwenden. Ein Vorteil dieser Verfahrensweise wäre gleichzeitig die Nutzung einer vergleichsweise ökonomischen Sauerstoffquelle. Eine weitere Zielsetzung der Verfahren im Stand der Technik besteht darin, als Propenquelle eine heterogen katalysierte Oxidehydrierung und/oder Dehydrierung von Propan zu Propylen einsetzen zu können und dabei auf eine nachfolgende Abtrennung des gebildeten Propylen vom nicht umgesetzten Propan zu verzichten, um so über eine wirtschaftliche Propylenquelle zu verfügen (vgl. z. B. WO 03/011804, DE-A 198 37 517, DE-A 198 37 519, DE-A 198 37 520, WO 01/96370, DE-A 102 45 585 und WO 03/76370).On the other hand, it is known that a presence of propane in the reaction gas mixture the unwanted Formation of propionaldehyde and / or propionic acid in undesired Way favors (See, for example, WO 01/96270). WO 01/96270 therefore recommends the reaction gas mixture to dilute with molecular nitrogen and as an oxygen source for example, to use air. An advantage of this procedure would be simultaneous the use of a comparatively economical source of oxygen. Another object of the prior art methods is therein, as a propene source, a heterogeneously catalyzed oxydehydrogenation and / or To be able to use dehydrogenation of propane to propylene and thereby on a subsequent separation of the formed propylene from unreacted propane, so as to have a commercial propylene source to dispose of (See, for example, WO 03/011804, DE-A 198 37 517, DE-A 198 37 519, DE-A 198 37 520, WO 01/96370, DE-A 102 45 585 and WO 03/76370).
In der WO 01/96270 wird diesbezüglich eine heterogen katalysierte Propandehydrierung mit vergleichsweise niederen Propanumsätzen empfohlen.In WO 01/96270 is in this regard a heterogeneously catalyzed propane dehydrogenation with comparatively low propane conversions recommended.
Auf der anderen Seite fordern z. B. sowohl die EP-A 990 636 als auch die EP-A 10 70 700 möglichst hohe Propengehalte im Reaktionsgasausgangsgemisch einer Propenpartialoxidation zu Acrolein, um möglichst hohe Raum-Zeit-Ausbeuten am Zielprodukt erzielen zu können.On the other side demand z. For example, both EP-A 990 636 and EP-A 10 70 700 as high as possible Propene contents in the reaction gas starting mixture of a propene partial oxidation to acrolein, if possible to be able to achieve high space-time yields on the target product.
Hohe Propanumsätze begünstigen nun zwar die Möglichkeit einer Einstellung von erhöhten Propylengehalten im Reaktionsgasausgangsgemisch der Propylenpartialoxidation. Sie sind jedoch insofern nachteilig, als einerseits der verbleibende Propananteil gemindert wird, was sich ungünstig auf die Heißpunktbildung und das Explosionsverhalten auswirkt und gleichzeitig nimmt mit hohen Propanumsätzen die mit der Dehydrierung bzw. Oxydehydrierung einhergehende Nebenkomponentenbildung (z.B. H2 oder H2O) zu. Verwendet man das resultierende Dehydrier- und/oder Oxydehydriergemisch in diesem Fall als solches für die Erzeugung des Reaktionsgasausgangsgemischs der nachfolgenden Propylenpartialoxidation, wie es z. B. die EP-A 117 146, die DE-A 33 13 573 und die US-A 3,161,670 empfehlen, resultiert ein vergleichsweise voluminöses Reaktionsgasausgangsgemisch. Unter dem Aspekt einer möglichst wirtschaftlichen Förderung der Reaktionsgasströme sind jedoch kleine Volumina vorteilhaft. Insbesondere dann, wenn hohe Belastungen der Katalysatorbeschickung gemäß dem in den Schriften WO 04/85365, WO 04/85367, WO 04/85369, WO 04/85370, WO 04/85363, WO 00/53559, WO 04/85362, WO 00/53557 und DE-A 199 48 248 niedergelegten Prinzip verwirklicht werden sollen.Although high propane conversions now promote the possibility of adjusting increased propylene contents in the starting reaction gas mixture of propylene partial oxidation. However, they are disadvantageous in that on the one hand the remaining propane content is reduced, which has an unfavorable effect on the hot spot formation and the explosion behavior and at the same time increases with high propane conversions associated with the dehydrogenation or oxydehydrogenation secondary component formation (eg H 2 or H 2 O). If the resulting dehydrogenation and / or Oxydehydriergemisch used in this case as such for the production of the reaction gas starting mixture of the subsequent propylene partial oxidation, as z. For example, EP-A 117 146, DE-A 33 13 573 and US-A 3,161,670 recommend results in a comparatively voluminous reaction gas starting mixture. However, small volumes are advantageous from the point of view of the most economical possible promotion of the reaction gas streams. In particular, when high loads of the catalyst charge according to the in the documents WO 04/85365, WO 04/85367, WO 04/85369, WO 04/85370, WO 04/85363, WO 00/53559, WO 04/85362, WO 00 / 53557 and DE-A 199 48 248 are to be implemented.
Andererseits sind hohe Dehydrier- bzw. Oxidehydrierumsätze im Sinne einer möglichst wirtschaftlichen Propylenerzeugung günstig. Umgekehrt erfordert ein erhöhter Propengehalt im Reaktionsgasausgangsgemisch ein erhöhtes molares Verhältnis von molekularem Sauerstoff zu Propylen in selbigem, um die Aktivität der Katalysatorbeschickung optimal zur Entfaltung kommen zu lassen.on the other hand are high dehydrogenation or Oxidehydrierumsätze in the sense of a possible economic propylene production favorable. Conversely requires an elevated one Propene content in the reaction gas starting mixture an increased molar relationship from molecular oxygen to propylene in same to the activity of the catalyst feed to develop optimally.
Gleichzeitig erweist sich ein zu hoher Restsauerstoffgehalt im Produktgasgemisch der Partialoxidation insofern als nachteilig, als er bei einer vorteilhaften Rückführung des nach Abtrennung des Zielprodukts aus diesem Produktgasgemisch verbleibenden, nicht umgesetztes Propan enthaltenden, Restgases in die zur Propylenerzeugung angewandte heterogen katalysierte Propandehydrierung das zu dehydrierende Propan in unerwünschter Weise angreift und die Selektivität der Propenbildung mindert. Generell wird eine heterogen katalysierte Propandehydrierung gegenüber einer heterogen katalysierten Propanoxidehydrierung bevorzugt.simultaneously proves too high residual oxygen content in the product gas mixture the partial oxidation insofar as disadvantageous, as he in an advantageous Return of the remaining after separation of the target product from this product gas mixture, unreacted propane containing, residual gas in the propylene for production applied heterogeneously catalyzed propane dehydrogenation to be dehydrogenated Propane in unwanted Attack mode and reduces the selectivity of propene formation. In general, a heterogeneously catalyzed propane dehydrogenation over a heterogeneously catalyzed Propanoxidehydrierung preferred.
Im Unterschied zur exotherm verlaufenden heterogen katalysierten Oxidehydrierung, die durch anwesenden Sauerstoff erzwungen und bei der intermediär kein freier Wasserstoff gebildet wird (der dem zu dehydrierenden Propan entrissene Wasserstoff wird unmittelbar als Wasser (H2O) entrissen) bzw. nachweisbar ist, soll unter einer heterogen katalysierten Dehydrierung eine („konventionelle") Dehydrierung verstanden werden, deren Wärmetönung im Unterschied zur Oxidehydrierung endotherm ist (als Folgeschritt kann eine exotherme Wasserstoffverbrennung in die heterogen katalysierte Dehydrierung einbezogen sein) und bei der wenigstens intermediär freier molekularer Wasserstoff gebildet wird. Dazu bedarf es in der Regel anderer Reaktionsbedingungen und anderer Katalysatoren als zur Oxidehydrierung.In contrast to the exothermic heterogeneously catalyzed oxydehydrogenation, which is enforced by oxygen present and in the intermediately no free hydrogen is formed (the torn from the dehydrogenated propane entrissene hydrogen is directly as water (H 2 O) snatched) is detectable under one heterogeneously catalyzed dehydrogenation can be understood as a ("conventional") dehydrogenation, the catalytic effect of which is endothermic, in contrast to the oxydehydrogenation (as a subsequent step, an exo thermic hydrogen combustion may be involved in the heterogeneously catalyzed dehydrogenation) and in which at least intermediate free molecular hydrogen is formed. This usually requires different reaction conditions and different catalysts than for oxydehydrogenation.
Unter Frischpropan wird in dieser Schrift Propan verstanden, das noch an keiner chemischen Reaktion teilgenommen hat. In der Regel wird es Roh-Propan (das vorzugsweise die Spezifikation gemäß DE-A 102 46 119 und DE-A 102 45 585 erfüllt) sein, das in geringen Mengen auch von Propan verschiedene Komponenten enthält.Under Fresh propane is understood in this writing propane, that still did not participate in any chemical reaction. Usually will it crude propane (which preferably the specification according to DE-A 102 46 119 and DE-A 102 45 585 met) which contains small amounts of propane also different components.
Das Reaktionsgasausgangsgemisch für die Propenpartialoxidation zu Acrolein erfüllt in dieser Schrift in zweckmäßiger Weise gleichfalls die in der DE-A 102 46 119 und DE-A 102 45 585 empfohlenen Spezifikationen.The Reaction gas starting mixture for the propene partial oxidation to acrolein satisfies in this document in an expedient manner likewise the specifications recommended in DE-A 102 46 119 and DE-A 102 45 585.
Unter der Belastung eines einen Reaktionsschritt katalysierenden Katalysatorbetts mit Reaktionsgas(ausgangs)gemisch wird in dieser Schrift die Menge an Reaktionsgas(ausgangs)gemisch in Normlitern (=Nl; das Volumen in Litern, das die entsprechende Reaktionsgas(ausgangs)gemischmenge bei Normalbedingungen (0°C, 1 bar) einnehmen würde) verstanden, die pro Stunde durch einen Liter Katalysatorfestbett geführt wird.Under the loading of a catalyst bed catalyzing a reaction step with reaction gas (exit) mixture is in this document the amount on reaction gas (outlet) mixture in standard liters (= Nl, the volume in liters, the corresponding reaction gas (outlet) mixed amount at normal conditions (0 ° C, 1 bar) would take) understood that per hour by a liter of fixed catalyst bed guided becomes.
Die Belastung kann auch nur auf einen Bestandteil des Reaktionsgas(ausgangs)gemischs bezogen sein. Dann ist es die Menge dieses Bestandteils in Nl/l·h, die pro Stunde durch einen Liter des Katalysatorfestbetts geführt wird (reine Inertmaterialschüttungen werden nicht zum Katalysatorfestbett gerechnet).The Strain can also be mixed only on one component of the reaction gas (outlet) mixture be related. Then it is the amount of this ingredient in Nl / l · h that per hour through one liter of fixed catalyst bed (pure inert material beds are not counted to the fixed catalyst bed).
Als ein Inertgas soll in dieser Schrift ein Reaktionsgasbestandteil verstanden werden, der sich unter den Bedingungen der entsprechenden Reaktion im wesentlichen als inert verhält und -jeder inerte Reaktionsgasbestandteil für sich betrachtet – zu mehr als 95 mol-%, vorzugsweise zu mehr als 99 mol-% chemisch unverändert erhalten bleibt.When an inert gas in this document is a reaction gas component be understood, under the conditions of the corresponding Reaction essentially as inert and -any inert reactant gas component for themselves considered - too more than 95 mol%, preferably more than 99 mol% chemically unchanged remains.
Nachteilig an den vorstehend zusammengestellten Empfehlungen des Standes der Technik für eine heterogen katalysierte Partialoxidation von Propen zu Acrolein ist, dass sie jeweils nur Einzelaspekte beleuchten. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, ein verbessertes Verfahren der heterogen katalysierten Partialoxidation von Propen zu Acrolein zur Verfügung zu stellen, das den verschiedenen im Stand der Technik angeführten Einzelaspekten in ihrer Gesamtheit in optimierender Weise Rechnung trägt.adversely to the above compiled recommendations of the prior Technology for a heterogeneously catalyzed partial oxidation of propene to acrolein is that they only illuminate individual aspects. The task The present invention was therefore an improved Process of heterogeneously catalyzed partial oxidation of propene to acrolein available to provide the various individual aspects cited in the prior art in its entirety in an optimizing way.
Demgemäß wurde
ein Verfahren zur Herstellung von Acrolein oder Acrylsäure oder
deren Gemisch durch heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation
von Propen, bei dem man ein die Reaktanden Propylen und molekularer
Sauerstoff sowie die inerten Verdünnungsgase molekularer Stickstoff
und Propan enthaltendes Reaktionsgasausgangsgemisch
Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von den Verfahren des Standes der Technik vor allem durch die Forderung V1 = 1 bis 4. In allen Ausführungsbeispielen des Standes der Technik beträgt V1 ≥ 4,5. Letzteres wirkt sich nachteilig auf die Selektivität der Nebenproduktbildung an Propionaldehyd und Propionsäure aus und beschränkt den möglichen Umsatz einer heterogen katalysierten Propandehydrierung als Propylenquelle, ohne mit Blick auf das Explosionsverhalten unabdingbar zu sein.The method according to the invention differs from the methods of the prior art primarily by the requirement V 1 = 1 to 4. In all exemplary embodiments of the prior art, V 1 ≥ 4.5. The latter has a detrimental effect on the selectivity of byproduct formation on propionaldehyde and propyne and limits the possible conversion of a heterogeneously catalyzed propane dehydrogenation as a propylene source, without being indispensable in view of the explosion behavior.
Erfindungsgemäß bevorzugt
gilt für
die Gehalte des Reaktionsgasausgangsgemischs
V1 = 1 bis 3,5
V2 =
3 bis 4,5 und
V3 = 1,4 bis 2,2
beträgt.According to the invention, preference is given to the contents of the reaction gas starting mixture
V 1 = 1 to 3.5
V 2 = 3 to 4.5 and
V 3 = 1.4 to 2.2
is.
Erfindungsgemäß besonders
bevorzugt gilt für
die Gehalte das Reaktionsgasausgangsgemischs
V1 = 1,5 bis 2,5
V2 = 3,5 bis 4,5 (vorzugsweise 3,5 bis 4)
V3 = 1,4 bis 2,14 (vorzugsweise 1,5 bis 2,0)
beträgt.According to the invention, the contents of the reaction gas starting mixture are particularly preferred for the contents
V 1 = 1.5 to 2.5
V 2 = 3.5 to 4.5 (preferably 3.5 to 4)
V 3 = 1.4 to 2.14 (preferably 1.5 to 2.0)
is.
Erfindungsgemäß ganz besonders
bevorzugt gilt für
die Gehalte des Reaktionsgasausgangsgemischs
V1 = 1,5 bis 2,2
V2 = 3,5 bis 4,5 (vorzugsweise 3,5 bis 4)
V3 = 1,4 bis 2,14 (vorzugsweise 1,5 bis 2,0)
beträgt.Very particular preference according to the invention applies to the contents of the reaction gas starting mixture
V 1 = 1.5 to 2.2
V 2 = 3.5 to 4.5 (preferably 3.5 to 4)
V 3 = 1.4 to 2.14 (preferably 1.5 to 2.0)
is.
Bei
der erfindungsgemäß bevorzugtesten
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
gilt für die
Gehalte des Reaktionsgasausgangsgemischs
V1 = 1,7 bis 2,1,
V2 = 3,5 bis 4,5 (vorzugsweise 3,5 bis 4)
V3 = 1,7 bis 2,1 (vorzugsweise 1,8 bis 2,0)
beträgt.In the invention most preferred embodiment of the method according to the invention applies to the contents of the starting reaction gas mixture
V 1 = 1.7 to 2.1,
V 2 = 3.5 to 4.5 (preferably 3.5 to 4)
V 3 = 1.7 to 2.1 (preferably 1.8 to 2.0)
is.
Bei
einer alternativen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
gilt für
die Gehalte des Reaktionsgasausgangsgemischs
V1 = 3 bis 4,
V2 =
3,5 bis 4,5 (vorzugsweise 3,5 bis 4)
V3 =
1,4 bis 2,14 (vorzugsweise 1,5 bis 2,0)
beträgt.In an alternative embodiment of the method according to the invention, the contents of the reaction gas starting mixture apply
V 1 = 3 to 4,
V 2 = 3.5 to 4.5 (preferably 3.5 to 4)
V 3 = 1.4 to 2.14 (preferably 1.5 to 2.0)
is.
Ganz
generell ist es für
alle genannten erfindungsgemäßen Reaktionsgasausgangsgemische
Ferner
ist erfindungsgemäß günstig, wenn
der Gesamtgehalt aller vorgenannten erfindungsgemäßen Reaktionsgasausgangsgemische
Vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass als Propenquelle das in Verfahren der kontinuierlichen heterogen katalysierten partiellen Dehydrierung und/oder Oxidehydrierung von Propan in der Gasphase gebildete Propylen in Betracht kommt, ohne dass zuvor von diesem Propylen das in der heterogen katalysierten partiellen Dehydrierung und/oder Oxidehydrierung nicht umgesetzte Propan abgetrennt werden muß.Advantageous for the inventive method is that as propene source that in process of continuous heterogeneously catalyzed partial dehydrogenation and / or oxydehydrogenation propylene formed in the gas phase by propane is contemplated, without that of this propylene previously catalyzed in the heterogeneous partial dehydrogenation and / or oxydehydrogenation unreacted Propane must be separated.
Prinzipiell
kommen dazu alle bekannten heterogen katalysierten partiellen Dehydrierungen
des Propans in Betracht, wie sie z. B. aus den Schriften WO 03/076370, WO
01/96271, EP-A 117 146, WO 03/011804,
Ebenso kommen alle im Stand der Technik dafür bekannten Dehydrierkatalysatoren in Betracht. Mit Vorteil wird man im Katalysatorfestbett dehydrieren.As well All known in the art known dehydrogenation catalysts into consideration. It is advantageous to dehydrate in the fixed catalyst bed.
Die Dehydrierkatalysatoren lassen sich grob in zwei Gruppen unterteilen. Nämlich in solche, die oxidischer Natur sind (zum Beispiel Chromoxid und/oder Aluminiumoxid) und in solche, die aus wenigstens einem auf einem, in der Regel oxidischen, Träger abgeschiedenen, in der Regel vergleichsweise edlen, Metall (zum Beispiel Platin) bestehen. Unter anderem können damit sowohl alle Dehydrierkatalysatoren eingesetzt werden, die in der DE-A 102 19 879, WO 01/96270, der EP-A 731077, der DE-A 10211275, der DE-A 10131297, der WO 99/46039, der US-A 4 788 371, der EP-A-0 705 136, der WO 99/29420, der US-A 4 220 091, der US-A 5 430 220, der US-A 5 877 369, der EP-A-0 117 146, der DE-A 199 37 196, der DE-A 199 37 105 sowie der DE-A 199 37 107 empfohlen werden, als auch der Katalysator gemäß Beispiel 4 der DE-A 102 19 879. Im besonderen können sowohl der Katalysator gemäß Beispiel 1, Beispiel 2, Beispiel 3, und Beispiel 4 der DE-A 199 37 107 als auch der Katalysator gemäß Beispiel 4 der DE-A 102 19 879 sowie die Katalysatoren der WO 02/51547, WO 02/51540 und der DE-A 102005002127 eingesetzt werden.The Dehydrogenation catalysts can be roughly divided into two groups. Namely into those which are oxidic in nature (for example chromium oxide and / or Alumina) and those made up of at least one on one, usually oxidic, carrier deposited, usually comparatively noble, metal (for example Platinum). Among other things, so that all dehydrogenation catalysts used in DE-A 102 19 879, WO 01/96270, the EP-A 731077, DE-A 10211275, DE-A 10131297, WO 99/46039, US-A 4,788,371, EP-A-0 705 136, WO 99/29420, US-A 4 220 091, US-A No. 5,430,220, US Pat. No. 5,877,369, EP-A-0 117 146, DE-A 199 37 196, DE-A 199 37 105 and DE-A 199 37 107 recommended be as well as the catalyst according to Example 4 of DE-A 102 19 879. In particular, you can both the catalyst according to Example 1, Example 2, Example 3, and Example 4 of DE-A 199 37 107 as also the catalyst according to Example 4 of DE-A 102 19 879 and the catalysts of WO 02/51547, WO 02/51540 and DE-A 102005002127 are used.
Dabei handelt es sich um Dehydrierkatalysatoren, die 10 bis 99,9 Gew.-% Zirkondioxid, 0 bis 60 Gew.-% Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und/oder Titandioxid und 0,1 bis 10 Gew.-% mindestens eines Elements der ersten oder zweiten Hauptgruppe, eines Elements der dritten Nebengruppe, eines Elements der achten Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, Lanthan und/oder Zinn enthalten, mit der Maßgabe, dass die Summe der Gewichtsprozente 100 Gew.-% ergibt.there are dehydrogenation catalysts containing 10 to 99.9% by weight Zirconia, 0 to 60 weight percent alumina, silica and / or Titanium dioxide and 0.1 to 10 wt .-% of at least one element of first or second main group, an element of the third subgroup, an element of the eighth subgroup of the Periodic Table of the Elements, Lanthanum and / or tin contain, with the proviso that the sum of the weight percentages 100 wt .-% results.
Besonders geeignet ist auch der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen dieser Schrift eingesetzte Dehydrierkatalysator.Especially also suitable in the examples and comparative examples Dehydrogenation catalyst used in this document.
Generell kann es sich bei den Dehydrierkatalysatoren um Katalysatorstränge (Durchmesser typisch 1 bis 10 mm, bevorzugt 1,5 bis 5 mm; Länge typisch 1 bis 20 mm, bevorzugt 3 bis 10 mm), Tabletten (vorzugsweise gleiche Abmessungen wie bei den Strängen) und/oder Katalysatorringe (Außendurchmesser und Länge jeweils typisch 2 bis 30 mm oder bis 10 mm, Wandstärke zweckmäßig 1 bis 10 mm, oder bis 5 mm, oder bis 3 mm) handeln.As a general rule For example, the dehydrogenation catalysts may be catalyst strands (diameter typically 1 to 10 mm, preferably 1.5 to 5 mm; Length typically 1 to 20 mm, preferably 3 to 10 mm), tablets (preferably the same dimensions as in the strands) and / or catalyst rings (outer diameter and length each typically 2 to 30 mm or to 10 mm, wall thickness expediently 1 to 10 mm, or to 5 mm, or to 3 mm).
In der Regel sind die Dehydrierkatalysatoren (insbesondere die in dieser Schrift beispielhaft verwendeten sowie die in der DE-A 19937107 empfohlenen (insbesondere die beispielhaften Katalysatoren dieser DE-A) so beschaffen, dass sie sowohl die Dehyd rierung von Propan als auch die Verbrennung von molekularem Wasserstoff zu katalysieren vermögen. Die Wasserstoffverbrennung verläuft dabei im Vergleich zur Dehydrierung des Propans im Fall einer Konkurrenzsituation an den Katalysatoren sehr viel schneller.In As a rule, the dehydrogenation catalysts (especially those in this Example font used and those in DE-A 19937107 recommended (in particular the exemplary catalysts of this DE-A) so that they both the dehydration of propane and catalyze the combustion of molecular hydrogen assets. The Hydrogen combustion proceeds in comparison with the dehydration of propane in the case of a competitive situation at the catalysts much faster.
Zur Durchführung der heterogen katalysierten Propandehydrierung kommen prinzipiell alle im Stand der Technik bekannten Reaktortypen und Verfahrensvarianten in Betracht. Beschreibungen solcher Verfahrensvarianten enthalten zum Beispiel alle bezüglich der Dehydrierungen und Dehydrierkatalysatoren zitierten Schriften des Standes der Technik.to execution the heterogeneously catalyzed propane dehydrogenation come in principle all known in the art reactor types and process variants into consideration. Descriptions of such process variants included for example, all concerning the dehydrogenation and dehydrogenation catalysts quoted writings of the prior art.
Charakteristisch
für die
partielle heterogen katalysierte Dehydrierung von Propan ist, dass
sie endotherm verläuft.
Das heißt,
die für
die Einstellung der erforderlichen Reaktionstemperatur sowie die
für die
Reaktion benötigte
Wärme (Energie)
muss entweder dem Reaktionsgasausgangsgemisch (das Reaktionsgas(ausgangs)gemisch
für die
heterogen katalysierte Propandehydrierung soll in dieser Schrift
als Reaktionsgas(ausgangs)gemisch
Ferner ist es für heterogen katalysierte Dehydrierungen von Propan aufgrund der hohen benötigten Reaktionstemperaturen typisch, dass in geringen Mengen schwersiedende hochmolekulare organische Verbindungen, bis hin zum Kohlenstoff, gebildet werden, die sich auf der Katalysatoroberfläche abscheiden und selbige dadurch deaktivieren. Um diese nachteilige Begleiterscheinung zu minimieren, kann das zur heterogen katalysierten Dehydrierung bei erhöhter Temperatur über die Katalysatoroberfläche zu leitende, Propan haltige Reaktionsgasgemisch mit Wasserdampf verdünnt werden. Sich abscheidender Kohlenstoff wird unter den so gegebenen Bedingungen nach dem Prinzip der Kohlevergasung teilweise oder vollständig eliminiert.Further is it for heterogeneously catalyzed dehydrogenation of propane due to the high required reaction temperatures typical that in small quantities high-boiling high molecular weight organic Compounds, down to the carbon, are formed on the catalyst surface Separate and thereby deactivate selbige. To this detrimental This can be catalyzed by heterogeneously catalyzed side effects Dehydration at elevated Temperature over the catalyst surface to be passed, propane-containing reaction gas mixture with steam dilute become. Depositing carbon is among those given Partially or completely eliminated conditions according to the principle of coal gasification.
Eine andere Möglichkeit, abgeschiedene Kohlenstoffverbindungen zu beseitigen, besteht darin, den Dehydrierkatalysator von Zeit zu Zeit (bei Bedarf täglich) bei erhöhter Temperatur mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas (zweckmäßig in Abwesenheit von Kohlenwasserstoffen) zu durchströmen und damit den abgeschiedenen Kohlenstoff quasi abzubrennen. Eine weitgehende Unterdrückung der Bildung von Kohlenstoffablagerungen ist aber auch dadurch möglich, dass man dem heterogen katalysiert zu dehydrierenden Propan, bevor es bei erhöhter Temperatur über den Dehydrierkatalysator geführt wird, molekularen Wasserstoff zusetzt.A different possibility, eliminating deposited carbon compounds is to the dehydrogenation catalyst from time to time (daily if necessary) increased Temperature with an oxygen-containing gas (useful in the absence of hydrocarbons) and thus the separated Burning off carbon, so to speak. An extensive suppression of Formation of carbon deposits is also possible because of the heterogeneously catalyzed propane to be dehydrogenated before it at elevated Temperature over led the dehydrogenation catalyst is added, molecular hydrogen.
Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, dem heterogen katalysiert zu dehydrierenden Propan ein Gemisch aus Wasserdampf und molekularem Wasserstoff zuzusetzen. Ein Zusatz von molekularem Wasserstoff zur heterogen katalysierten Dehydrie rung von Propan mindert auch die unerwünschte Bildung von Allen (Propadien), Propin und Acetylen als Nebenprodukten. Teiloxidation von solchermaßen zugesetztem Wasserstoff vermag gleichfalls benötigte Reaktionswärme zu liefern.Of course, there is also the possibility the heterogeneously catalysed to be dehydrogenated propane a mixture of Water vapor and molecular hydrogen to add. An addition of molecular hydrogen for heterogeneously catalyzed dehydrogenation tion of propane also reduces the unwanted formation of allenes (propadiene), Propyne and acetylene as by-products. Partial oxidation of such added Hydrogen can also provide the required heat of reaction.
Erfindungsgemäß wesentlich ist, dass als Propenquelle auch heterogen katalysierte partielle Propandehydrierungen in Betracht kommen, bei denen der Propanumsatz 20 bis 30 mol.-% beträgt (auf den einmaligen Durchgang von Frischpropan durch die Dehydrierung bezogen). Besonders günstig für das erfindungsgemäße Verfahren sind als Propenquelle jedoch heterogen katalysierte partielle Propandehydrierungen, bei denen der vorgenannte Propanumsatz 30 bis 60 mol.-%, vorzugsweise 35 bis 55 mol.-% und besonders bevorzugt 35 bis 45 mol.-% beträgt.It is essential according to the invention that heterogeneously catalyzed partial propane dehydrogenations in which the propane conversion is from 20 to 30 mol% (based on the one-time passage of fresh propane through the dehydrogenation) are also suitable as the propene source. However, heterogeneously catalyzed partial propane dehydrogenations are particularly advantageous for the process according to the invention as a propene source NEN the aforementioned propane conversion is 30 to 60 mol .-%, preferably 35 to 55 mol .-% and particularly preferably 35 to 45 mol .-%.
Für die Realisierung
der vorgenannten Propanumsätze
ist es günstig,
die heterogen katalysierte Propandehydrierung bei einem Arbeitsdruck
von 0,3 bis 10 bar, bzw. vorteilhaft bis 3 bar durchzuführen. Ferner ist
es günstig,
das heterogen katalytisch zu dehydrierende Propan mit Wasserdampf
zu verdünnen.
So ermöglicht
die Wärmekapazität des Wassers
einerseits, einen Teil der Auswirkung der Endothermie der Dehydrierung auszugleichen
und andererseits reduziert die Verdünnung mit Wasserdampf den Edukt-
und Produktpartialdruck, was sich günstig auf die Gleichgewichtslage
der Dehydrierung auswirkt. Ferner wirkt sich die Wasserdampfmitverwendung,
wie bereits erwähnt,
vorteilhaft auf die Standzeit von Edelmetall enthaltenden Dehydrierkatalysatoren
aus, insbesondere im Fall von angestrebten hohen Propanumsätzen. Bei
Bedarf kann als weiterer Bestandteil auch molekularer Wasserstoff
zugegeben werden. Das molare Verhältnis von molekularem Wasserstoff
zu Propan ist dabei im Reaktionsgasausgangsgemisch
Generell
werden möglichst
kleine Wasserdampfgehalte im Reaktionsgasausgangsgemisch
EP-A 11 80 508 und die deutsche Anmeldung DE-A 10 2004 032 129) wird üblicherweise das Restgas bezeichnet, das nach einer einstufigen oder mehrstufigen heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidation wenigstens einer organischen Verbindung (hier: Propylen und/oder Acrolein) dann verbleibt, wenn man aus dem Produktgasgemisch der Partialoxidation das Zielprodukt mehr oder weniger selektiv (z. B. durch Absorption in ein geeignetes Lösungsmittel oder durch fraktionierende Kondensation) abgetrennt hat. Im Regelfall besteht es überwiegend aus den für die Partialoxidation verwendeten inerten Verdünnungsgasen sowie aus bei der Partialoxidation üblicherweise als Nebenprodukt gebildetem (oder als Verdünnungsgas zugesetztem, was erfindungsgemäß weniger bevorzugt ist) Wasserdampf und durch unerwünschte vollständige Oxidation gebildeten Kohlenoxiden.EP-A 11 80 508 and the German application DE-A 10 2004 032 129) is customary the residual gas referred to after a single-stage or multi-stage heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of at least one organic compound (here: propylene and / or acrolein) then remains, if one from the product gas mixture of the partial oxidation of the target product more or less selective (eg by absorption into a suitable solvent or by fractional condensation). As a general rule it exists predominantly from the for the partial oxidation used inert diluent gases and from in the Partial oxidation usually by-produced (or added as a diluent gas, which is less according to the invention preferred) is water vapor and by unwanted complete oxidation formed carbon oxides.
Außerdem enthält es normalerweise noch Restmengen an bei der Partialoxidation nicht verbrauchtem Sauerstoff und an nicht umgesetzten organischen Ausgangsverbindungen (hier: Propylen, Acrolein) und geringste Zielproduktmengen.Besides, it usually contains still residual amounts of oxygen not consumed in the partial oxidation and unreacted organic starting compounds (here: Propylene, acrolein) and lowest target product levels.
Bei der erfindungsgemäßen Partialoxidation enthält das Oxidationskreisgas verbliebenes Propan und wird deshalb vorteilhaft in die zweckmäßigerweise als Propylenquelle dienende heterogen katalysierte partielle Propandehydrierung rückgeführt.at the partial oxidation according to the invention contains the oxidant gas remaining propane and is therefore advantageous in the expediently serving as propylene source heterogeneously catalyzed partial propane dehydrogenation recycled.
Grundsätzlich kann eine als Propylenquelle fungierende heterogen katalysierte partielle Propandehydrierung (quasi) adiabat und dabei endotherm durchgeführt werden. Dabei wird das Reaktionsgasausgangsgemisch in der Regel zunächst auf eine Temperatur von 500 bis 700°C (beziehungsweise von 550 bis 650°C) erhitzt (zum Beispiel durch Direktbefeuerung der es umgebenden Wandung). Beim adiabaten Durchgang durch das wenigstens eine Katalysatorbett wird sich das Reaktionsgasgemisch dann je nach Umsatz und Verdünnung um etwa 30°C bis 200°C abkühlen. Ein Beisein von Wasserdampf als Wärmeträger macht sich auch unter dem Gesichtspunkt einer adiabaten Fahrweise vorteilhaft bemerkbar. Niedrigere Reaktionstemperaturen ermöglichen längere Standzeiten des verwendeten Katalysatorbetts. Höhere Reaktionstemperaturen fördern erhöhte Umsätze.Basically a heterogeneously catalyzed partial, acting as propylene source Propane dehydrogenation (quasi) adiabatic and thereby be carried out endothermically. The reaction gas starting mixture is usually initially on a temperature of 500 to 700 ° C (or from 550 to 650 ° C) heated (For example, by direct firing of the surrounding wall). Adiabatic passage through the at least one catalyst bed then the reaction gas mixture is then depending on the conversion and dilution about 30 ° C up to 200 ° C cooling down. A presence of water vapor as a heat carrier is also under the Viewpoint of adiabatic driving advantageously noticeable. lower Allow reaction temperatures longer Service life of the catalyst bed used. Higher reaction temperatures promote increased sales.
Anwendungstechnisch zweckmäßig wird man eine heterogen katalysierte Propandehydrierung als Propylenquelle für das erfindungsgemäße Verfahren als Hordenreaktor verwirklichen.application point becomes appropriate a heterogeneously catalyzed propane dehydrogenation as propylene source for the inventive method as a horde reactor realize.
Dieser enthält räumlich aufeinanderfolgend zweckmäßig mehr als ein die Dehydrierung katalysierendes Katalysatorbett. Die Katalysatorbettenanzahl kann 1 bis 20, zweckmäßig 2 bis 8, aber auch 3 bis 6 betragen. Mit zunehmender Hordenzahl lassen sich zunehmend leichter erhöhte Propanumsätze erreichen. Die Katalysatorbetten sind vorzugsweise radial oder axial hintereinander angeordnet. Anwendungstechnisch zweckmäßig wird in einem solchen Hordenreaktor der Katalysatorfestbetttyp angewendet.This contains spatial successively more useful as a dehydrogenation catalyzing catalyst bed. The number of catalyst beds can 1 to 20, expedient 2 to 8, but also 3 to 6 amount. Let with increasing Hordenzahl Increased increasingly easier propane conversions to reach. The catalyst beds are preferably radial or axial arranged one behind the other. Application technology is appropriate applied in such a tray reactor, the fixed catalyst bed type.
Im einfachsten Fall sind die Katalysatorfestbetten in einem Schachtofenreaktor axial oder in den Ringspalten von zentrisch ineinandergestellten zylindrischen Gitterrosten angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, die Ringspalte in Segmenten übereinander anzuordnen und das Gas nach radialem Durchtritt in einem Segment in das nächste darüber oder darunter liegende Segment zu führen.in the In the simplest case, the fixed catalyst beds are in a shaft furnace reactor axially or in the annular gaps of centric nestled arranged cylindrical gratings. However, it is also possible that Ring gaps in segments one above the other to arrange and the gas after radial passage in a segment in the next about that or underlying segment.
In
zweckmäßiger Weise
wird das Reaktionsgasgemisch
Wird
der Hordenreaktor im übrigen
adiabat betrieben, ist es für
auf Frischpropan bezogene Propanumsätze ≤ 30 mol-%, vor allem bei Verwendung
der in der DE-A 199 37 107 beschriebenen Katalysatoren, insbesondere
der beispielhaften Ausführungsformen,
ausreichend, das Reaktionsgasgemisch
Noch
geschickter ist es, die vorstehend geschilderte Zwischenerhitzung
auf direktem Weg durchzuführen
(autotherme Fahrweise). Dazu wird dem Reaktionsgasgemisch
Generell
sollte erfindungsgemäß eine wie
vorstehend beschriebene Sauerstoffeinspeisung so vorgenommen werden,
dass der Sauerstoffgehalt des Reaktionsgasgemisches
Die Isothermie der für das erfindungsgemäße Verfahren in zweckmäßiger Weise als Propylenquelle fungierenden heterogen katalysierten Propandehydrierung lässt sich dadurch weiter verbessern, dass man im Hordenreaktor in den Räumen zwischen den Katalysatorbetten geschlossene, vor ihrer Füllung günstigerweise aber nicht notwendigerweise evakuierte, Einbauten (zum Beispiel rohrförmige) anbringt. Diese Einbauten enthalten geeignete Feststoffe oder Flüssigkeiten, die oberhalb einer bestimmten Temperatur verdampfen oder schmelzen und dabei Wärme verbrauchen und dort, wo diese Temperatur unterschritten wird, wieder kondensieren und dabei Wärme freisetzen.The Isothermia of for the inventive method in an appropriate manner acting as a propylene heterogeneously catalyzed propane dehydrogenation let yourself thereby further improve that one in the Horden reactor in the spaces between the catalyst beds closed, but before its filling conveniently but not necessarily evacuated, installations (for example, tubular) attaches. These fittings Contain suitable solids or liquids above one evaporate or melt at a certain temperature while consuming heat and condense again where this temperature falls below and heat release.
Selbstredend lässt sich die heterogen katalysierte Propandehydrierung auch wie in der DE-A 102 11 275 beschrieben (als „Schlaufenvariante") realisierten, die einen integralen Bestandteil dieser Patentanmeldung bildet.Needless to say, let yourself the heterogeneously catalyzed propane dehydrogenation also as in DE-A 102 11 275 described (as "loop variant") realized that forms an integral part of this patent application.
D. h., vorteilhaft für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass als Propenquelle ein Verfahren der kontinuierlichen heterogen katalysierten partiellen Dehydrierung von Propan in der Gasphase fungieren kann, bei dem
- – einer Dehydrierzone ein das
zu dehydrierende Propan enthaltende Reaktionsgasausgangsgemisch
1 kontinuierlich zugeführt wird, - – das
Reaktionsgasausgangsgemisch
1 in der Dehydrierzone durch wenigstens ein Katalysatorfestbett geführt wird, an welchem durch katalytische Dehydrierung molekularer Wasserstoff und (partiell) Propylen gebildet werden, - – dem
Reaktionsgasausgangsgemisch
1 vor und/oder nach Eintritt in die Dehydrierzone wenigstens ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas zugesetzt wird, - – der
molekulare Sauerstoff in der Dehydrierzone im Reaktionsgasgemisch
1 enthaltenen molekularen Wasserstoff teilweise zu Wasserdampf oxidiert und - – der
Dehydrierzone ein Produktgas entnommen wird, das molekularen Wasserstoff,
Wasserdampf, Propylen und nicht umgesetztes Propan enthält und das
dadurch gekennzeichnet ist, dass das der Dehydrierzone entnommene
Produktgas in zwei Teilmengen identischer Zusammensetzung aufgeteilt
und eine der beiden Teilmengen als Dehydrierkreisgas (vorzugsweise
als Bestandteil des Reaktionsgasausgangsgemischs
1 ) in die Dehydrierzone zurückgeführt wird, wie es auch die WO 03/076370 empfiehlt.
- A dehydrogenation zone containing a reaction gas starting mixture containing the propane to be dehydrogenated
1 is fed continuously, - - The starting reaction gas mixture
1 is passed through at least one fixed catalyst bed in the dehydrogenation zone, at which molecular hydrogen and (partially) propylene are formed by catalytic dehydrogenation, - - The starting reaction gas mixture
1 before and / or after entry into the dehydrogenation zone at least one molecular oxygen-containing gas is added, - - The molecular oxygen in the dehydrogenation in the reaction gas mixture
1 contained molecular hydrogen partially oxidized to water vapor and - A product gas containing molecular hydrogen, water vapor, propylene and unconverted propane is withdrawn from the dehydrogenation zone and characterized in that the product gas withdrawn from the dehydrogenation zone is divided into two subsets of identical composition and one of the two subsets is used as dehydrogenating gas (preferably as part of the starting reaction gas mixture
1 ) is recycled to the dehydrogenation, as well as WO 03/076370 recommends.
Dabei
kann das Oxidationskreisgas Bestandteil des Reaktionsgasausgangsgemisch
Ist
das Oxidationskreisgas Bestandteil des Reaktionsgasausgangsgemischs
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es im Rahmen der beschriebenen Schlaufenfahrweise günstig, wenn die Menge des Dehydrierkreisgases, bezogen auf das in der Dehydrierzone gebildete Produktgas, 30 bis 70 Vol.-%, vorteilhaft 40 bis 60 Vol.-%, vorzugsweise 50 Vol.-% beträgt.For the inventive method it is favorable in the context of the described loop method, when the amount of Dehydrierkreisgases, based on that in the dehydrogenation zone product gas formed, 30 to 70% by volume, advantageously 40 to 60% by volume, preferably 50% by volume.
Mit
Bezug auf die erfindungsgemäße Partialoxidation
enthält
das Reaktionsgasausgangsgemisch
Der
Umsatz an Propan (bezogen auf den einmaligen Durchgang des vorgenannten
Reaktionsgasausgangsgemisch
Typische
Belastungen der Dehydrierkatalysatorbetten mit Reaktionsgasgemisch
Das der Dehydrierzone (dem Dehydrierreaktor) als Propylenquelle entnommene Dehydrierproduktgas befindet sich entsprechend den für die heterogen katalysierte Propandehydrierung gewählten Reaktionsbedingungen bei einem Druck von 0,3 bis 10 bar, vorzugsweise 1 bis 3 bar, und weist häufig eine Temperatur von 450 bis 650°C, vielfach eine Temperatur von 500 bis 600°C auf. In der Regel enthält es Propan, Propen, H2, N2, H2O, Methan, Ethan (die letzteren beiden resultieren meist infolge thermischen Zerfalls einer geringen Propanmenge), Ethylen, Buten-1, sonstige Butene wie iso-Buten, andere C4-Kohlenwasserstoffe wie n-Butan, iso-Butan, Butadien etc., CO und CO2, im Regelfall aber auch Oxygenate wie Alkohole, Aldehyde und Carbonsäuren (normalerweise mit ≤ 9 C-Atomen). Weiterhin können in geringen Mengen aus dem Oxidationskreisgas herrührende Bestandteile enthalten sein.The dehydrogenation product gas taken from the dehydrogenation zone (the dehydrogenation reactor) as propylene source is in accordance with the reaction conditions chosen for the heterogeneously catalyzed propane dehydrogenation at a pressure of 0.3 to 10 bar, preferably 1 to 3 bar, and often has a temperature of 450 to 650 ° C, often a temperature of 500 to 600 ° C. , In general, it contains propane, propene, H 2 , N 2 , H 2 O, methane, ethane (the latter two usually result from thermal decomposition of a small amount of propane), ethylene, butene-1, other butenes such as isobutene, others C 4 hydrocarbons such as n-butane, isobutane, butadiene etc., CO and CO 2 , but usually also oxygenates such as alcohols, aldehydes and carboxylic acids (usually with ≤ 9 C-atoms). Furthermore, it may be contained in small amounts of the oxidation gas derived components.
Während die EP-A 117 146, die DE-A 33 13 573 und die US-A 3,161,670 empfehlen, das in der Propandehydrierung gebildete Produktgas als solches zur Beschickung der erfindungsgemäßen Partialoxidation zu verwenden, ist es für eine erfindungsgemäße Partialoxidation vorteilhaft, aus dem das Propylen enthaltenden Produktgas der Propandehydrierung vor seiner Verwendung als Propenquelle für die erfindungsgemäße Propenpartialoxidation wenigstens eine Teilmenge der darin enthaltenen, von Propan und Propylen verschiedenen, Bestandteile abzutrennen. Dabei sollten die Erfordernisse der DE-A 102 11 275 beachtet werden.While the EP-A 117 146, DE-A 33 13 573 and US-A 3,161,670 recommend the product gas formed in the propane dehydrogenation as such Charging the partial oxidation according to the invention Use it for it a partial oxidation according to the invention advantageous, from the propylene-containing product gas of the propane dehydrogenation before its use as a propene source for the propene partial oxidation according to the invention at least a subset of the contained therein, of propane and Propylene different, components separate. It should the requirements of DE-A 102 11 275 are observed.
Erfindungsgemäß vorteilhaft wird man wenigstens 50 Vol.-%, vorzugsweise wenigstens 75 Vol.-%, besonders bevorzugt wenigstens 90 Vol.-% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 95 Vol.-% der im Produktgas der Propandehydrierung enthaltenen, von Propan und Propylen verschiedenen, Bestandteile abtrennen, bevor selbiges als Propenquelle für die erfindungsgemäße Partialoxidation eingesetzt wird.According to the invention advantageous it will be at least 50 vol .-%, preferably at least 75 vol .-%, more preferably at least 90% by volume, and most preferably at least 95% by volume of the product gas contained in the propane dehydrogenation, Separate components from propane and propylene before the same as Propenquelle for the partial oxidation according to the invention is used.
Eine für die erfindungsgemäßen Bedürfnisse zweckmäßige Möglichkeit dazu besteht z.B. darin, das vorzugsweise abgekühlte (vorzugsweise auf Temperaturen von 10 bis 100 bzw. 70°C) Produktgasgemisch der Propandehydrierung, z. B. bei einem Druck von 0,1 bis 50 bar, vorzugsweise 5 bis 15 bar und einer Temperatur von z. B. 0 bis 100°C, vorzugsweise 20 bis 40°C, mit einem (vorzugsweise hochsiedenden) organischen Lösungsmittel (vorzugsweise ein hydrophobes), in welchem Propan und Propylen (gegenüber den anderen Bestandteilen des Produktgasgemischs der Propandehydrierung zweckmäßig bevorzugt) absorbiert werden, in Kontakt zu bringen (z. B. durch einfaches Durchleiten). Durch nachfolgende Desorption, Rektifikation und/oder Strippung mit einem bezüglich der erfindungsgemäßen Partialoxidation sich inert verhaltenden und/oder in dieser Partialoxidation als Reaktand benötigten Gas (z. B. Luft oder ein anderes Gemisch aus molekularem Sauerstoff und Inertgas) können das Propan und Propylen im Gemisch in gereinigter Form rückgewonnen und dieses Gemisch für die Partialoxidation als Propylenquelle verwendet werden (vorzugsweise wird wie im Vergleichsbeispiel 1 der deutschen Anmeldung DE-A 10 2004 032 129 beschrieben vorgegangen) Das gegebenenfalls molekularen Wasserstoff enthaltende Abgas einer solchen Absorption kann man z.B. wieder einer Druckwechseladsorptions- und/oder Membrantrennung (z.B. gemäß DE-A 10235419) unterwerfen und dann, bei Bedarf, den abgetrennten Wasserstoff mitverwenden.A for the needs of the invention appropriate possibility there is e.g. therein, preferably cooled (preferably to temperatures from 10 to 100 or 70 ° C) Product gas mixture of propane dehydrogenation, z. B. at a pressure from 0.1 to 50 bar, preferably 5 to 15 bar and a temperature of z. From 0 to 100 ° C, preferably 20 to 40 ° C, with a (preferably high boiling) organic solvent (preferably a hydrophobic) in which propane and propylene (opposite to the other components of the product gas mixture of the propane dehydrogenation expediently preferred) be brought into contact (eg by simple Passing). By subsequent desorption, rectification and / or stripping with a respect the partial oxidation according to the invention behaving inertly and / or in this partial oxidation as Reactant needed Gas (eg, air or another mixture of molecular oxygen and inert gas) recovered the propane and propylene in a mixture in purified form and this mixture for the partial oxidation can be used as propylene source (preferably becomes as in Comparative Example 1 of the German application DE-A 10th 2004 032 129 described proceeded) The possibly molecular Hydrogen-containing offgas of such absorption can be e.g. again a pressure swing adsorption and / or membrane separation (for example according to DE-A 10235419) subject and then, if necessary, use the separated hydrogen.
Allerdings ist der C3-Kohlenwasserstoffe/C4-Kohlenwasserstoffe Trennfaktor beim vorstehenden Trennverfahren vergleichsweise begrenzt und für die in der DE-A 10245585 beschriebenen Bedürfnisse häufig nicht ausreichend.Indeed is the C3 hydrocarbons / C4 hydrocarbons separation factor in the above separation method comparatively limited and for in DE-A 10245585 described needs often not sufficient.
Als Alternative für den beschriebenen Trennschritt via Absorption ist für die erfindungsgemäßen Zwecke daher häufig eine Druckwechseladsorption oder eine Druckrektifikation bevorzugt.When alternative for the separation step described above via absorption is for the purposes according to the invention therefore often a pressure swing adsorption or a pressure rectification preferred.
Als Absorptionsmittel für die vorstehend beschriebene absorptive Abtrennung eignen sich grundsätzlich alle Absorptionsmittel, die in der Lage sind, Propan und Propylen zu absorbieren. Bei dem Absorptionsmittel handelt es sich vorzugsweise um ein organisches Lösungsmittel, das vorzugsweise hydrophob und/oder hochsiedend ist. Vorteilhafterweise hat dieses Lösungsmittel einen Siedepunkt (bei einem Normaldruck von 1 atm) von mindestens 120°C, bevorzugt von mindestens 180°C, vorzugsweise von 200 bis 350°C, insbesondere von 250 bis 300°C, stärker bevorzugt von 260 bis 290°C. Zweckmäßigerweise liegt der Flammpunkt (bei einem Normaldruck von 1 bar) über 110°C. Allgemein eignen sich als Absorptionsmittel relativ unpolare organische Lösungsmittel, wie zum Beispiel aliphatische Kohlenwasserstoffe, die vorzugsweise keine nach außen wirkende polare Gruppe enthalten, aber auch aromatische Kohlenwasser stoffe. Allgemein ist es erwünscht, dass das Absorptionsmittel einen möglichst hohen Siedepunkt bei gleichzeitig möglichst hoher Löslichkeit für Propan und Propylen hat. Beispielhaft als Absorptionsmittel genannt seien aliphatische Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel C8-C20-Alkane oder -Alkene, oder aromatische Kohlenwasserstoffe, zum Beispiel Mittelölfraktionen aus der Paraffindestillation oder Ether mit sperrigen (sterisch anspruchvollen) Gruppen am O-Atom, oder Gemische davon, wobei diesen ein polares Lösungsmittel, wie zum Beispiel das in der DE-A 43 08 087 offenbarte 1,2-Dimethylphthalat zugesetzt sein kann. Weiterhin eignen sich Ester der Benzoesäure und Phthalsäure mit geradkettigen, 1 bis 8 Kohlenstoffatome enthaltenden Alkanolen, wie Benzoesäure-n-butylester, Benzoesäuremethylester, Benzoesäureethylester, Phthalsäuredimethylester, Phthalsäurediethylester, sowie sogenannte Wärmeträgeröle, wie Diphenyl, Diphenylether und Gemische aus Diphenyl und Diphenylether oder deren Chlorderivate und Triarylalkene, zum Beispiel 4-Methyl-4'-benzyl-diphenylmethan und dessen Isomere 2-Methyl-2'-benzyl-diphenyl-methan, 2-Methyl-4'-benzyldiphenylmethan und 4-Methyl-2'-benzyl-diphenylmethan und Gemische solcher Isomerer. Ein geeignetes Absorptionsmittel ist ein Lösungsmittelgemisch aus Diphenyl und Diphenylether, bevorzugt in der azeotropen Zusammensetzung, insbesondere aus etwa 25 Gew.-% Diphenyl (Biphenyl) und etwa 75 Gew.-% Diphenylether, beispielsweise das im Handel erhältliche Diphyl® (z. B. von der Bayer Aktiengesellschaft bezogenes). Häufig enthält dieses Lösungsmittelgemisch ein Lösungsmittel wie Dimethylphthalat in einer Menge von 0,1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Lösungsmittelgemisch, zugesetzt. Besonders geeignete Absorptionsmittel sind auch Octane, Nonane, Decane, Undecane, Dodecane, Tridecane, Tetradecane, Pentadecane, Hexadecane, Heptadecane und Octadecane, wobei sich insbesondere Tetradecane als besonders geeignet erwiesen haben. Günstig ist es, wenn das verwendete Absorptionsmittel einerseits den oben genannten Siedepunkt erfüllt, andererseits gleichzeitig aber ein nicht zu hohes Molekulargewicht aufweist. Mit Vorteil beträgt das Molekulargewicht des Absorptionsmittels ≤ 300 g/mol. Geeignet sind auch die in DE-A 33 13 573 beschriebenen Paraffinöle mit 8 bis 16 Kohlenstoffatomen. Beispiele für geeignete Handelsprodukte sind von der Firma Haltermann vertriebene Produkte wie Halpasole i, wie Halpasol 250/340 i und Halpasol 250/275 i, sowie Druckfarbenöle unter den Bezeichnungen PKWF und Printosol. Bevorzugt sind an Aromaten freie Handelsprodukte, z. B. solche des Typs PKWFaf. Falls sie einen geringen Restaromatengehalt enthalten, kann dieser vorab des beschriebenen Einsatzes vorteilhaft rektifikativ und/oder adsorptiv gemindert und auf Werte signifikant unter 1000 gew·ppm gedrückt werden.In principle, all absorbents which are capable of absorbing propane and propylene are suitable as absorbents for the absorptive separation described above. The absorbent is preferably an organic solvent which is preferably hydrophobic and / or high boiling. Advantageously, this solvent has a boiling point (at a normal pressure of 1 atm) of at least 120 ° C, preferably of at least 180 ° C, preferably from 200 to 350 ° C, especially from 250 to 300 ° C, more preferably from 260 to 290 ° C. Conveniently, the flash point (at a normal pressure of 1 bar) is above 110 ° C. Generally suitable as absorbent relatively non-polar organic solvents, such as aliphatic hydrocarbons, which preferably contain no outwardly polar group, but also aromatic hydrocarbons. In general, it is desirable that the absorbent has the highest possible boiling point with the highest possible solubility for propane and propylene. Examples which may be mentioned as absorbents are aliphatic hydrocarbons, for example C 8 -C 20 alkanes or alkenes, or aromatic hydrocarbons, for example, middle oil fractions from the Paraffindestillation or ethers with bulky (sterically demanding) groups on the O atom, or mixtures thereof, wherein this may be added a polar solvent, such as, for example, the 1,2-dimethyl phthalate disclosed in DE-A 43 08 087. Also suitable are esters of benzoic acid and phthalic acid with straight-chain alkanols containing 1 to 8 carbon atoms, such as n-butyl benzoate, benzoin acid methyl ester, ethyl benzoate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, and so-called heat transfer oils, such as diphenyl, diphenyl ether and mixtures of diphenyl and diphenyl ether or their chlorinated derivatives and triaryl alkenes, for example 4-methyl-4'-benzyl-diphenylmethane and its isomers 2-methyl-2'- benzyl-diphenylmethane, 2-methyl-4'-benzyldiphenylmethane and 4-methyl-2'-benzyl-diphenylmethane, and mixtures of such isomers. A suitable absorbent is a solvent mixture of diphenyl and diphenyl ether, preferably in the azeotropic composition, in particular from about 25 wt .-% diphenyl (biphenyl) and about 75 wt .-% of diphenyl ether, for example the commercially available Diphyl ® (z. B. obtained from Bayer Aktiengesellschaft). Frequently, this solvent mixture contains a solvent such as dimethyl phthalate in an amount of 0.1 to 25 wt .-%, based on the total solvent mixture added. Particularly suitable absorbents are also octanes, nonanes, decanes, undecanes, dodecanes, tridecanes, tetradecanes, pentadecanes, hexadecanes, heptadecans and octadecanes, with tetradecanes in particular having proven to be particularly suitable. It is favorable if the absorbent used on the one hand fulfills the above-mentioned boiling point, but on the other hand has a molecular weight which is not too high. Advantageously, the molecular weight of the absorbent is ≦ 300 g / mol. Also suitable are the paraffin oils having 8 to 16 carbon atoms described in DE-A 33 13 573. Examples of suitable commercial products are products sold by Haltermann, such as Halpasols i, such as Halpasol 250/340 i and Halpasol 250/275 i, as well as printing ink oils under the names PKWF and Printosol. Preference is given to aromatics-free commercial products, eg. B. those of the type PKWFaf. If they contain a low content of residual aromatics, this can advantageously be reduced by rectification and / or adsorption in advance of the described use and be pressed to values significantly below 1000 ppm by weight.
Die Durchführung der Absorption unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Es können alle dem Fachmann gängigen Verfahren und Bedingungen eingesetzt werden. Vorzugsweise wird das Gasgemisch bei einem Druck von 1 bis 50 bar, bevorzugt 2 bis 20 bar, stärker bevorzugt 5 bis 15 bar, und einer Temperatur von 0 bis 100°C, insbesondere von 20 bis 50 bzw. 40°C, mit dem Absorptionsmittel in Kontakt gebracht. Die Absorption kann sowohl in Kolonnen als auch in Quenchapparaten vorgenommen wer den. Dabei kann im Gleichstrom oder im Gegenstrom (ist bevorzugt) gearbeitet werden. Geeignete Absorptionskolonnen sind zum Beispiel Bodenkolonnen (mit Glocken- und/oder Siebböden), Kolonnen mit strukturierten Packungen (zum Beispiel Blechpackungen mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 1000, oder bis 750 m2/m3, zum Beispiel Mellapak® 250 Y) und Füllkörperkolonnen (zum Beispiel mit Raschig-Füllkörpern gefüllte). Es können aber auch Riesel- und Sprühtürme, Graphitblockabsorber, Oberflächenabsorber wie Dickschicht- und Dünnschichtabsorber sowie Tellerwäscher, Kreuzschleierwäscher und Rotationswäscher verwendet werden. Zudem kann es günstig sein, die Absorption in einer Blasensäule mit und ohne Einbauten stattfinden zu lassen.The performance of absorption is not particularly limited. All methods and conditions customary to the person skilled in the art can be used. Preferably, the gas mixture at a pressure of 1 to 50 bar, preferably 2 to 20 bar, more preferably 5 to 15 bar, and a temperature of 0 to 100 ° C, in particular from 20 to 50 or 40 ° C, with the absorbent brought into contact. The absorption can be made both in columns and in quench apparatus who the. It can be done in cocurrent or in countercurrent (is preferred). Suitable absorption columns are, for example tray columns (having bubble and / or sieve trays), columns with structured packings (for example, sheet metal packings with a specific surface area of 100 to 1000, or up to 750 m 2 / m 3, for example Mellapak ® 250 Y) and Packed columns (filled, for example, with Raschig fillers). However, it is also possible to use trickle and spray towers, graphite block absorbers, surface absorbers such as thick-film and thin-layer absorbers, dishwashers, cross-flow scrubbers and rotary scrubbers. In addition, it may be beneficial to let the absorption take place in a bubble column with and without internals.
Die Abtrennung des Propans und Propylens von dem Absorptionsmittel kann durch Strippung, Entspannungsverdampfung (Flashen) und/oder Destillation erfolgen.The Separation of the propane and propylene from the absorbent can by stripping, flash evaporation and / or distillation respectively.
Die Abtrennung des Propans und Propylens von dem Absorptionsmittel erfolgt vorzugsweise durch Strippen und/oder Desorption. Die Desorption kann in üblicher Weise über eine Druck- und/oder Temperaturänderung durchgeführt werden, vorzugsweise bei einem Druck von 0,1 bis 10 bar, insbesondere 1 bis 5 bar, stärker bevorzugt 1 bis 3 bar, und einer Temperatur von 0 bis 200°C, insbesondere 20 bis 100°C, stärker bevorzugt 30 bis 70°C, besonders bevorzugt 30 bis 50°C. Ein für die Strippung geeignetes Gas ist beispielsweise Wasserdampf, bevorzugt sind jedoch insbesondere Sauerstoff-/Stickstoff-Mischungen, beispielsweise Luft. Bei der Verwendung von Luft beziehungsweise Sauerstoff-/Stickstoff-Mischungen, bei denen der Sauerstoffgehalt über 10 Vol.-% liegt, kann es sinnvoll sein, vor und/oder während des Strippprozesses ein Gas zuzusetzen, das den Explosionsbereich reduziert. Besonders geeignet dafür sind Gase mit einer spezifischen Wärmekapazität ≥ 29 J/mol·K bei 20°C, wie zum Beispiel Methan, Ethan, Propan (bevorzugt), Propen, Benzol, Methanol, Ethanol, sowie Ammoniak, Kohlendioxid, und Wasser. C4-Kohlenwasserstoffe sind erfindungsgemäß bevorzugt als solche Zusätze jedoch zu vermeiden. Besonders geeignet für die Strippung sind auch Blasensäulen mit und ohne Einbauten.The Separation of the propane and propylene is carried out by the absorbent preferably by stripping and / or desorption. The desorption can in usual Way over a pressure and / or temperature change carried out be, preferably at a pressure of 0.1 to 10 bar, in particular 1 to 5 bar, stronger preferably 1 to 3 bar, and a temperature of 0 to 200 ° C, in particular 20 to 100 ° C, stronger preferably 30 to 70 ° C, more preferably 30 to 50 ° C. One for the stripping suitable gas is for example steam, preferably however, are in particular oxygen / nitrogen mixtures, for example Air. When using air or oxygen / nitrogen mixtures, where the oxygen content is over 10 vol.%, It may be useful before and / or during the Stripping process to add a gas that reduces the explosion area. Especially suitable for it are gases with a specific heat capacity ≥ 29 J / mol · K at 20 ° C, such as methane, Ethane, propane (preferred), propene, benzene, methanol, ethanol, as well as Ammonia, carbon dioxide, and water. C4 hydrocarbons are preferred according to the invention as such additives however to avoid. Bubble columns are also particularly suitable for stripping and without fittings.
Die Abtrennung des Propans und Propylens von dem Absorptionsmittel kann auch über eine Destillation bzw. Rektifikation erfolgen, wobei die dem Fachmann geläufigen Kolonnen mit Packungen, Füllkörpern oder entsprechenden Einbauten verwendet werden können. Bevorzugte Bedingungen bei der Destillation bzw. Rektifikation sind ein Druck von 0,01 bis 5 bar, insbesondere 0,1 bis 4 bar, stärker bevorzugt 1 bis 3 bar, und eine Temperatur (im Sumpf) von 50 bis 300°C, insbesondere 150 bis 250°C.The Separation of the propane and propylene from the absorbent can also over a distillation or rectification are carried out, with those skilled in the art common Columns with packs, packing or corresponding internals can be used. Preferred conditions in the distillation or rectification are a pressure of 0.01 up to 5 bar, in particular 0.1 to 4 bar, more preferably 1 to 3 bar, and a temperature (in the bottom) of 50 to 300 ° C, especially 150 to 250 ° C.
Eine durch Strippen aus dem Absorptionsmittel gewonnene für das erfindungsgemäße Verfahren prinzipiell geeignete Propylenquelle kann vor ihrer Verwendung zur Beschickung der Partialoxidation noch einer weiteren Verfahrensstufe zugeführt werden, um z. B. die Verluste an mitgestripptem Absorptionsmittel zu reduzieren (z. B. Abschei dung in Demistern und/oder Tiefenfiltern) und die erfindungsgemäße Partialoxidation so gleichzeitig vor Absorptionsmittel zu schützen oder um die Trennwirkung zwischen C3-/C4-Kohlenwasserstoffen weiter zu verbessern. Eine solche Abtrennung des Absorptionsmittels kann nach allen dem Fachmann bekannten Verfahrensschritten erfolgen. Eine im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugte Ausführungsform einer solchen Abtrennung ist z. B. das Quenchen des Ausgangsstromes aus der Strippvorrichtung mit Wasser. In diesem Fall wird das Absorptionsmittel aus diesem beladenen Ausgangsstrom mit Wasser herausgewaschen und der Ausgangsstrom gleichzeitig mit Wasser beladen (geringe Wassermengen wirken sich förderlich auf die Aktivität der Katalysatoren für die erfindungsgemäße Partialoxidation aus). Diese Wäsche beziehungsweise das Quenchen kann z. B. am Kopf einer Desorptionskolonne über einem Flüssigkeits-Fangboden durch Gegensprühen von Wasser oder in einem eigenen Apparat erfolgen.A propylene source which is principally suitable for the process according to the invention and is obtained by stripping from the absorbent can, before it is used for charging the partial oxidation, be fed to a further process stage in order to obtain, for example, B. the losses of stripped absorbent to re Ducate (for example, separation in demisters and / or depth filters) and the inventive partial oxidation at the same time to protect against absorbent or to further improve the separation effect between C3 / C4 hydrocarbons. Such separation of the absorbent can take place according to all the process steps known to the person skilled in the art. A preferred embodiment of such a separation in the context of the method according to the invention is z. As the quenching of the output stream from the stripping with water. In this case, the absorbent from this loaded output stream is washed out with water and the output stream simultaneously charged with water (small amounts of water have a beneficial effect on the activity of the catalysts for the partial oxidation of the invention). This laundry or quenching can z. B. at the top of a desorption column on a liquid-catching ground by spraying water or in a separate apparatus.
Zur Unterstützung des Trenneffektes können im Quenchraum die Quenchoberfläche vergößernde Einbauten installiert werden, wie sie dem Fachmann von Rektifikationen, Absorptionen und Desorptionen her bekannt sind.to support of the separation effect can in the quench space, the quench surface enlarging internals be installed, as the expert of rectifications, absorptions and Desorptionsen ago known.
Wasser ist insofern ein bevorzugtes Waschmittel, da es in der nachfolgenden wenigstens einen Partialzone normalerweise nicht stört. Nachdem das Wasser das Absorptionsmittel aus dem mit Propan und Propylen beladenen Ausgangstrom herausgewaschen hat, kann das Wasser/Absorptionsmittel-Gemisch einer Phasentrennung zugeführt und der behandelte, volumenarme, Ausgangstrom, unmittelbar der erfindungsgemäßen Partialoxidation zugeführt werden.water is in this respect a preferred detergent, as it is in the following normally does not bother at least one partial zone. After this the water is the absorbent from the propane and propylene has washed out loaded feed stream, the water / absorbent mixture fed to a phase separation and the treated, low-volume, output stream, directly the partial oxidation of the invention supplied become.
In
für das
erfindungsgemäße Verfahren
vorteilhafter Weise lassen sich insbesondere dann, wenn das Propylen/Propan-Gemisch
aus dem Absorbat mittels Luft freigestrippt wird, in der Regel unmittelbar
anspruchsgemäße Reaktionsgasausgangsgemische
Handelt
es sich um eine zweistufige Partialoxidation von Propylen zu Acrylsäure, kann
ein Teil oder auch die vollständige
Zufuhr an Frischpropan auch in das Reaktionsgasausgangsgemisch
Durch
diese Möglichkeit
der Zufuhr von Frischpropan ins Reaktionsgasausgangsgemisch
D. h., das erfindungsgemäße Verfahren umfasst insbesondere ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Acrolein oder Acrylsäure oder deren Gemisch durch heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von Propylen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man
- – in
einer vorgeschalteten ersten Stufe Propan als Bestandteil eines
Reaktionsgasausgangsgemisch
1 einer partiellen heterogen katalysierten Dehydrierung in der Gasphase unter Bildung eines Produktgasgemischs1 , das Propylen und nicht umgesetztes Propan enthält, unterwirft; - – aus
dem Propylen und nicht umgesetztes Propan enthaltenden Produktgasgemisch
1 der vorgeschalteten Stufe von den darin enthaltenen, von Propan und Propylen verschiedenen, Bestandteilen gegebenenfalls eine Teilmenge (vorteilhaft wenigstens 50 Vol.-%, mit Vorteil wenigstens 75 Vol.-%, besonders bevorzugt wenigstens 90 Vol.-% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 95 Vol.-% und am besten 100 Vol.-%) abtrennt und es dann als Bestandteil des Reakti onsgasausgangsgemisch2 für die Herstellung von Acrolein oder Acrylsäure oder deren Gemisch als Zielprodukt durch die heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation (einstufige oder zweistufige) des im Reaktionsgasausgangsgemisch2 enthaltenen Propylens verwendet; - – aus
dem im Rahmen der partiellen Oxidation des Propylens anfallenden
Produktgasgemisch
2 bzw.3 in einer Abtrennstufe Zielprodukt (Acrolein, oder Acrylsäure, oder deren Gemisch) abtrennt und wenigstens dabei verbleibendes nicht umgesetztes Propan in die vorgeschaltete erste Stufe der partiellen heterogen katalysierten Propandehydrierung zurückführt (bevorzugt wird die gesamte bei der Zielproduktabtrennung verbleibende Restgasmenge als Oxidationskreisgas in die vorgeschaltete erste Stufe rückgeführt).
- - In an upstream first stage propane as part of a reaction gas starting mixture
1 a partial heterogeneously catalyzed dehydrogenation in the gas phase to form a product gas mixture1 submitting propylene and unreacted propane subject; - - From the propylene and unreacted propane containing product gas mixture
1 the upstream stage of the components contained therein, other than propane and propylene optionally a subset (advantageously at least 50 vol .-%, advantageously at least 75 vol .-%, more preferably at least 90 vol .-% and most preferably at least 95th Vol .-% and most preferably 100 vol .-%) and then separates it as a constituent of Reacti onsgasausgangsgemisch2 for the production of acrolein or acrylic acid or their mixture as the target product by the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation (single-stage or two-stage) of the starting reaction gas mixture2 contained propylene used; - - From the resulting in the context of partial oxidation of propylene product gas mixture
2 respectively.3 in a separation step target product (acrolein, or acrylic acid, or mixture thereof) separates and at least while remaining unreacted propane in the upstream first stage of the partial heterogeneously catalyzed propane dehydrogenation leads back (preferably the entire remaining in the Zielproduktabtrennung residual gas as oxidation gas in the upstream first stage recycled).
Insbesondere
betrifft die vorliegende Erfindung eine vorteilhafte Ausgestaltung
des vorstehenden Verfahrens, bei dem man das für das Verfahren benötigte Propan
(Frischpropan) vollständig
dem Reaktionsgasausgangsgemisch
Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung eine vorteilhafte Ausgestaltung
des vorstehenden Verfahrens, bei dem man das für das Verfahren benötigte Propan
(Frischpropan) höchstens
teilweise (z. B. nur zu 75 %, oder nur zu 50 %, oder nur zu 25 %)
dem Reaktionsgasausgangsgemisch
In an sich bekannter Weise läuft die heterogen katalysierte Gasphasen-Partialoxidation von Propylen zu Acrylsäure mit molekularem Sauerstoff grundsätzlich in zwei längs der Reaktionskoordinate aufeinanderfolgenden Schritten ab, von denen der erste zum Acrolein und der zweite von Acrolein zu Acrylsäure führt.In in a known manner runs the heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of propylene to acrylic acid with molecular oxygen basically in two along the Reaction coordinate of successive steps, of which the first leads to acrolein and the second from acrolein to acrylic acid.
Dieser Reaktionsablauf in zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Schritten eröffnet in an sich bekannter Weise die Möglichkeit, das erfindungsgemäße Verfahren auf der Stufe des Acrolein (der Stufe überwiegender Acroleinbildung) abzubrechen und die Zielproduktabtrennung auf dieser Stufe vorzunehmen, oder das erfindungsgemäße Verfahren bis zur überwiegenden Acrylsäurebildung fortzuführen und die Zielproduktabtrennung erst dann vorzunehmen.This Reaction process in two successive steps open in a known manner the possibility the inventive method at the stage of acrolein (the stage of predominant acrolein formation) abort and perform the target product separation at this stage, or the method according to the invention to the majority Acrylic acid formation continue and then carry out the target product separation.
Führt man das erfindungsgemäße Verfahren bis zur überwiegenden Acrylsäurebildung, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, das Verfahren zweistufig, d. h. in zwei hintereinander angeordneten Oxidationsstufen auszuführen, wobei zweckmäßigerweise in jeder der beiden Oxidationsstufen das zu verwendende Katalysatorfestbett und vorzugsweise auch die sonstigen Reaktionsbedingungen, wie z. B. die Temperatur des Katalysatorfestbetts, in optimierender Weise angepasst werden.Leading the inventive method to the majority Acrylic acid formation, it is advantageous according to the invention the process is two-stage, d. H. arranged in two consecutive To carry out oxidation steps, where expediently in each of the two oxidation states, the fixed catalyst bed to be used and preferably also the other reaction conditions, such. As the temperature of the fixed catalyst bed, in an optimizing manner be adjusted.
Zwar vermögen die für die Katalysatoren der ersten Oxidationsstufe (Propylen → Acrolein) als Aktivmassen besonders geeigneten, die Elemente Mo, Fe, Bi enthaltenden Multimetalloxide, in gewissem Umfang auch die zweite Oxidationsstufe (Acrolein → Acrylsäure) zu katalysieren, doch werden für die zweite Oxidationsstufe normalerweise Katalysatoren bevorzugt, deren Aktivmasse wenigstens ein die Elemente Mo und V enthaltendes Multimetalloxid ist.Though capital the for the catalysts of the first oxidation state (propylene → acrolein) particularly suitable as active compositions containing the elements Mo, Fe, Bi Multimetal oxides, to some extent also the second oxidation state (Acrolein → acrylic acid) catalyze, but be for the second oxidation step normally prefers catalysts, whose active material contains at least one element Mo and V Multimetal is.
Damit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren der heterogen katalysierten Partialoxidation von Propylen an Katalysatorfestbetten, deren Katalysatoren als Aktivmasse wenigstens ein die Elemente Mo, Fe und Bi enthaltendes Multimetalloxid aufweisen, insbesondere als einstufiges Verfahren zur Herstellung von Acrolein (sowie gegebenenfalls Acrylsäure) oder als erste Reaktionsstufe zur zweistufigen Herstellung von Acrylsäure.In order to the method according to the invention is suitable the heterogeneously catalyzed partial oxidation of propylene over fixed catalyst beds, their catalysts as active mass at least one of the elements Mo, Fe and Bi containing multimetal have, in particular as one-step process for the preparation of acrolein (and optionally Acrylic acid) or as the first reaction stage for the two-stage preparation of acrylic acid.
Die
Realisierung der einstufigen heterogen katalysierten Partialoxidation
von Propylen zu Acrolein sowie gegebenenfalls Acrylsäure bzw.
der zweistufigen heterogen katalysierten Partialoxidation von Propylen
zu Acrylsäure
unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Reaktionsgasausgangsgemischs
Dies
gilt insbesondere für
alle in diesen Schriften enthaltenen Ausführungsbeispiele. Sie können wie in
diesen Schriften beschrieben durchgeführt werden, jedoch mit dem
Unterschied, dass als Reaktionsgasausgangsgemisch für die erste
Reaktionsstufe (Propylen zu Acrolein) ein erfindungsgemäßes Reaktionsgasausgangsgemisch
Für die jeweilige Reaktionsstufe besonders geeignete Multimetalloxidkatalysatoren sind vielfach vorbeschrieben und dem Fachmann wohlbekannt. Beispielsweise verweist die EP-A 25 34 09 auf Seite 5 auf entsprechende US-Patente.For the respective Reaction stage particularly suitable Multimetalloxidkatalysatoren are widely described above and well known to those skilled in the art. For example EP-A 25 34 09 on page 5 refers to corresponding US patents.
Günstige Katalysatoren für die jeweilige Oxidationsstufe offenbaren auch die DE-A 4 431 957, die DE-A 10 2004 025 445 und die DE-A 4 431 949. Dieses gilt insbesondere für jene der allgemeinen Formel I in den beiden vorgenannten Schriften. Besonders vorteilhafte Katalysatoren für die jeweilige Oxidationsstufe offenbaren die Schriften DE-A 103 25 488, DE-A 103 25 487, DE-A 103 53 954, DE-A 103 44 149, DE-A 103 51 269, DE-A 103 50 812 und DE-A 103 50 822.Cheap catalysts for the respective oxidation state is also disclosed in DE-A 4 431 957, DE-A 10 2004 025 445 and DE-A 4 431 949. This applies in particular for those the general formula I in the two aforementioned publications. Especially advantageous catalysts for the respective oxidation state is disclosed by the publications DE-A 103 25 488, DE-A 103 25 487, DE-A 103 53 954, DE-A 103 44 149, DE-A 103 51 269, DE-A 103 50 812 and DE-A 103 50 822.
Für die erfindungsgemäße Reaktionsstufe der heterogen katalysierten Gasphasen-Partialoxidation von Propylen zu Acrolein oder Acrylsäure oder deren Gemisch, kommen prinzipiell alle Mo, Bi und Fe enthaltenden Multimetalloxidmassen als Aktivmasse in Betracht.For the reaction stage according to the invention the heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of propylene to acrolein or acrylic acid or their mixture, are in principle all Mo, Bi and Fe containing Multimetal oxide compositions as active mass into consideration.
Dies sind insbesondere die Multimetalloxidaktivmassen der allgemeinen Formel I der DE-A 199 55 176, die Multimetalloxidaktivmassen der allgemeinen Formel I der DE-A 199 48 523, die Multimetalloxidaktivmassen der allgemeinen Formel I der DE-A 199 48 523, die Multimetalloxidaktivmassen der allgemeinen Formeln I, II und III der DE-A 101 01 695, die Multimetalloxidaktivmassen der allgemeinen Formeln I, II und III der DE-A 199 48 248 und die Multimetalloxidaktivmassen der allgemeinen Formeln I, II und III der DE-A 199 55 168 sowie die in der EP-A 70 07 14 genannten Multimetalloxidaktivmassen.This In particular, the multimetal oxide active materials are the general ones Formula I of DE-A 199 55 176, the Multimetalloxidaktivmassen the general formula I of DE-A 199 48 523, the Multimetalloxidaktivmassen of the general formula I of DE-A 199 48 523, the multimetal oxide active compositions of the general formulas I, II and III of DE-A 101 01 695, the multimetal oxide active compositions the general formulas I, II and III of DE-A 199 48 248 and Multimetal oxide active compounds of the general formulas I, II and III DE-A 199 55 168 and mentioned in EP-A 70 07 14 Multimetalloxidaktivmassen.
Ferner eignen sich für diese Reaktionsstufe die Mo, Bi und Fe enthaltenden Multimetalloxidkatalysatoren die in den Schriften DE-A 100 46 957, DE-A 100 63 162, DE-C 3 338 380, DE-A 199 02 562, EP-A 15 565, DE-C 2 380 765, EP-A 8 074 65, EP-A 27 93 74, DE-A 330 00 44, EP-A 575897, US-A 4438217, DE-A 19855913, WO 98/24746, DE-A 197 46 210 (diejenigen der allgemeinen Formel II), JP-A 91/294239, EP-A 293 224 und EP-A 700 714 offenbart werden. Dies gilt insbesondere für die beispielhaften Ausführungsformen in diesen Schriften, unter denen jene der EP-A 15565, der EP-A 575897, der DE-A 197 46 210 und der DE-A 198 55 913 besonders bevorzugt werden. Besonders hervorzuheben sind in diesem Zusammenhang ein Katalysator gemäß Beispiel 1c aus der EP-A 15 565 sowie ein in entsprechender Weise herzustellender Katalysator, dessen Aktivmasse jedoch die Zusammensetzung Mo12Ni6,5Zn2Fe2Bi1P0,0065K0,06Ox·10SiO2 aufweist. Ferner sind hervorzuheben das Beispiel mit der laufenden Nr. 3 aus der DE-A 198 55 913 (Stöchiometrie: Mo12Co7Fe3Bi0,6K0,08Si1,6Ox) als Hohlzylindervollkatalysator der Geometrie 5 mm × 3 mm × 2 mm (Außendurchmesser × Höhe × Innendurchmesser) sowie der Multimetalloxid II – Vollkatalysator gemäß Beispiel 1 der DE-A 197 46 210. Ferner wären die Multimetalloxid-Katalysatoren der US-A 4,438,217 zu nennen. Letzteres gilt insbesondere dann, wenn diese Hohlzylinder eine Geometrie 5,5 mm × 3 mm × 3,5 mm, oder 5 mm × 2 mm × 2 mm, oder 5 mm × 3 mm × 2 mm, oder 6 mm × 3 mm × 3mm, oder 7 mm × 3 mm × 4 mm (jeweils Außendurchmesser × Höhe × Innendurchmesser) aufweisen. Weitere mögliche Katalysatorgeometrien sind in diesem Zusammenhang Stränge (z. B. 7,7 mm Länge und 7 mm Durchmesser; oder 6,4 mm Länge und 5,7 mm Durchmesser).Furthermore, the Mo, Bi and Fe-containing multimetal oxide catalysts suitable for this reaction stage are those described in DE-A 100 46 957, DE-A 100 63 162, DE-C 3 338 380, DE-A 199 02 562, EP-A 15 565, DE-C 2 380 765, EP-A 8 074 65, EP-A 27 93 74, DE-A 330 00 44, EP-A 575897, US-A 4438217, DE-A 19855913, WO 98/24746, DE-A 197 46 210 (those of the general formula II), JP-A 91/294239, EP-A 293 224 and EP-A 700 714 are disclosed. This applies in particular to the exemplary embodiments in these documents, among which those of EP-A 15565, EP-A 575897, DE-A 197 46 210 and DE-A 198 55 913 are particularly preferred. Of particular note in this context are a catalyst according to Example 1c from EP-A 15 565 and a catalyst to be prepared in a corresponding manner, the active composition but the composition Mo 12 Ni 6.5 Zn 2 Fe 2 Bi 1 P 0.0065 K 0, 06 O x · 10SiO 2 . Further mention should be made of the example with the consecutive no. 3 from DE-A 198 55 913 (stoichiometry: Mo 12 Co 7 Fe 3 Bi 0.6 K 0.08 Si 1.6 O x ) as hollow cylinder full catalyst of the geometry 5 mm × 3 mm × 2 mm (outer diameter × height × inner diameter) and the multimetal II - full catalyst according to Example 1 of DE-A 197 46 210. Further, the multimetal oxide catalysts of US-A 4,438,217 should be mentioned. The latter applies in particular when these hollow cylinders have a geometry of 5.5 mm × 3 mm × 3.5 mm, or 5 mm × 2 mm × 2 mm, or 5 mm × 3 mm × 2 mm, or 6 mm × 3 mm × 3mm, or 7mm x 3mm x 4mm (each outside diameter x height x inside diameter). Other possible catalyst geometries in this context are strands (eg 7.7 mm in length and 7 mm in diameter, or 6.4 mm in length and 5.7 mm in diameter).
Eine
Vielzahl der für
den Schritt von Propylen zu Acrolein und gegebenenfalls Acrylsäure geeigneten Multimetalloxidaktivmassen
lässt sich
unter der allgemeinen Formel IV,
X1 =
Nickel und/oder Kobalt,
X2 = Thallium,
ein Alkalimetall und/oder ein Erdalkalimetall,
X3 =
Zink, Phosphor, Arsen, Bor, Antimon, Zinn, Cer, Blei und/oder Wolfram,
X4 = Silicium, Aluminium, Titan und/oder Zirkonium,
a
= 0,5 bis 5,
b = 0,01 bis 5, vorzugsweise 2 bis 4,
c =
0 bis 10, vorzugsweise 3 bis 10,
d = 0 bis 2, vorzugsweise
0,02 bis 2,
e = 0 bis 8, vorzugsweise 0 bis 5,
f = 0 bis
10 und
n = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in IV bestimmt wird,
subsumieren.A multiplicity of the multimetal oxide active compositions which are suitable for the step of propylene to acrolein and optionally acrylic acid can be obtained under the general formula IV
X 1 = nickel and / or cobalt,
X 2 = thallium, an alkali metal and / or an alkaline earth metal,
X 3 = zinc, phosphorus, arsenic, boron, antimony, tin, cerium, lead and / or tungsten,
X 4 = silicon, aluminum, titanium and / or zirconium,
a = 0.5 to 5,
b = 0.01 to 5, preferably 2 to 4,
c = 0 to 10, preferably 3 to 10,
d = 0 to 2, preferably 0.02 to 2,
e = 0 to 8, preferably 0 to 5,
f = 0 to 10 and
n = a number determined by the valence and frequency of the elements other than oxygen in IV,
subsume.
Sie sind in an sich bekannter Weise erhältlich (siehe z. B. die DE-A 4 023 239) und werden üblicherweise in Substanz zu Kugeln, Ringen oder Zylindern geformt oder auch in Gestalt von Schalenkatalysatoren, d. h., mit der Aktivmasse beschichteten vorgeformten, inerten Trägerkörpern, eingesetzt. Selbstverständlich können sie aber auch in Pulverform als Katalysatoren angewendet werden.she are available in a manner known per se (see, for example, DE-A 4 023 239) and are customary in substance to spheres, rings or cylinders shaped or in Shape of shell catalysts, d. h., coated with the active composition preformed, inert support bodies used. Of course you can but also be used in powder form as catalysts.
Prinzipiell können Aktivmassen der allgemeinen Formel IV in einfacher Weise dadurch hergestellt werden, dass man von geeigneten Quellen ihrer elementaren Konstituenten ein möglichst inniges, vorzugsweise feinteiliges, ihrer Stöchiometrie entsprechend zusammengesetztes, Trockengemisch erzeugt und dieses bei Temperaturen von 350 bis 650°C calciniert. Die Calcination kann sowohl unter Inertgas als auch unter einer oxidativen Atmosphäre wie z. B. Luft (Gemisch aus Inertgas und Sauerstoff) sowie auch unter reduzierender Atmosphäre (z. B. Gemisch aus Inertgas, NH3, CO und/oder H2) erfolgen. Die Calcinationsdauer kann einige Minuten bis einige Stunden betragen und nimmt üblicherweise mit der Temperatur ab. Als Quellen für die elementaren Konstituenten der Multimetalloxidaktivmassen IV kommen solche Verbindungen in Betracht, bei denen es sich bereits um Oxide handelt und/oder um solche Verbindungen, die durch Erhitzen, wenigstens in Anwesenheit von Sauerstoff, in Oxide überführbar sind.In principle, active compounds of the general formula IV can be prepared in a simple manner by producing an intimate, preferably finely divided, stoichiometrically composed, dry mixture of suitable sources of their elemental constituents and calcining this at temperatures of 350 to 650 ° C. The calcination can be carried out both under inert gas and under an oxidative atmosphere such. As air (mixture of inert gas and oxygen) and also under a reducing atmosphere (eg., Mixture of inert gas, NH 3 , CO and / or H 2 ) take place. The calcination time can be several minutes to several hours and usually decreases with temperature. Suitable sources of the elemental constituents of the multimetal oxide active compositions IV are those compounds which are already oxides and / or those compounds which can be converted into oxides by heating, at least in the presence of oxygen.
Neben den Oxiden kommen als solche Ausgangsverbindungen vor allem Halogenide, Nitrate, Formiate, Oxalate, Citrate, Acetate, Carbonate, Aminkomplexe, Ammonium-Salze und/oder Hydroxide in Betracht (Verbindungen wie NH4OH, (NH4)2CO3, NH4NO3, NH4CHO2, CH3COOH, NH4CH3CO2 und/oder Ammoniumoxalat, die spätestens beim späteren Calcinieren zu gasförmig entweichenden Verbindungen zerfallen und/oder zersetzt werden können, können in das innige Trockengemisch zusätzlich eingearbeitet werden).In addition to the oxides, suitable starting compounds in particular are halides, nitrates, formates, oxalates, citrates, acetates, carbonates, amine complexes, ammonium salts and / or hydroxides (compounds such as NH 4 OH, (NH 4 ) 2 CO 3 , NH 4 NO 3 , NH 4 CHO 2 , CH 3 COOH, NH 4 CH 3 CO 2 and / or ammonium oxalate, which can disintegrate and / or decompose into gaseous compounds at the latest during later calcination, can be additionally incorporated into the intimate dry mixture) ,
Das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Multimetalloxidaktivmassen IV kann in trockener oder in nasser Form erfolgen. Erfolgt es in trockener Form, so werden die Ausgangsverbindungen zweckmäßigerweise als feinteilige Pulver eingesetzt und nach dem Mischen und gegebenenfalls Verdichten der Calcinierung unterworfen. Vorzugsweise erfolgt das innige Vermischen jedoch in nasser Form. Üblicherweise werden dabei die Ausgangsverbindungen in Form einer wässrigen Lösung und/oder Suspension miteinander vermischt. Besonders innige Trockengemische werden beim beschriebenen Mischverfahren dann erhalten, wenn ausschließlich von in gelöster Form vorliegenden Quellen der elementaren Konstituenten ausgegangen wird. Als Lösungsmittel wird bevorzugt Wasser eingesetzt. Anschließend wird die erhaltene wässrige Masse getrocknet, wobei der Trocknungsprozess vorzugsweise durch Sprühtrocknung der wässrigen Mischung mit Austrittstemperaturen von 100 bis 150°C erfolgt.The intimate mixing of the starting compounds for the preparation of multimetal oxide active materials IV can be done in dry or wet form. It happens in dry Form, the starting compounds are expediently as finely divided Powder used and after mixing and optionally compacting subjected to calcination. Preferably, the intimate mixing takes place but in wet form. Usually be the starting compounds in the form of an aqueous solution and / or suspension mixed together. Especially intimate dry mixtures are then obtained in the described mixing method, if only from in dissolved Form present sources of elementary constituents becomes. As a solvent Water is preferably used. Subsequently, the resulting aqueous mass dried, the drying process preferably by spray drying the aqueous Mixture with outlet temperatures of 100 to 150 ° C takes place.
Die Multimetalloxidaktivmassen der allgemeinen Formel IV können für den Schritt "Propylen → Acrolein (und gegebenenfalls Acrylsäure)" sowohl in Pulverform als auch zu bestimmten Katalysatorgeometrien geformt eingesetzt werden, wobei die Formgebung vor oder nach der abschließenden Calcination erfolgen kann. Beispielsweise können aus der Pulverform der Aktivmasse oder ihrer uncalcinierten und/oder partiell calcinierten Vorläufermasse durch Verdichten zur gewünschten Katalysatorgeometrie (z. B. durch Tablettieren, Extrudieren oder Strangpressen) Vollkatalysatoren hergestellt werden, wobei gegebenenfalls Hilfsmittel wie z. B. Graphit oder Stearinsäure als Gleitmittel und/oder Formhilfsmittel und Verstärkungsmittel wie Mikrofasern aus Glas, Asbest, Siliciumcarbid oder Kaliumtitanat zugesetzt werden können. Geeignete Vollkatalysatorgeometrien sind z. B. Vollzylinder oder Hohlzylinder mit einem Außendurchmesser und einer Länge von 2 bis 10 mm. Im Fall der Hohlzylinder ist eine Wandstärke von 1 bis 3 mm zweckmäßig. Selbstverständlich kann der Vollkatalysator auch Kugelgeometrie aufweisen, wobei der Kugeldurchmesser 2 bis 10 mm betragen kann.The multimetal oxide of the general formula IV can be used for the step "propylene → acrolein (and optionally acrylic acid)" formed both in powder form and to certain catalyst geometries, wherein the shaping can be carried out before or after the final calcination. For example, solid catalysts can be prepared from the powder form of the active composition or its uncalcined and / or partially calcined precursor composition by compacting to the desired catalyst geometry (for example by tableting, extruding or extrusion molding). As graphite or stearic acid as a lubricant and / or molding aids and reinforcing agents such as microfibers Glass, asbestos, silicon carbide or potassium titanate can be added. Suitable Vollkatalysatorgeometrien are z. B. solid cylinder or hollow cylinder with an outer diameter and a length of 2 to 10 mm. In the case of the hollow cylinder, a wall thickness of 1 to 3 mm is appropriate. Of course, the full catalyst may also have spherical geometry, wherein the ball diameter may be 2 to 10 mm.
Eine besonders günstige Hohlzylindergeometrie beträgt 5 mm × 3 mm × 2 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser), insbesondere im Fall von Vollkatalysatoren.A especially cheap Hollow cylinder geometry is 5 mm × 3 mm × 2 mm (outer diameter × length × inner diameter), especially in the case of full catalysts.
Selbstverständlich kann die Formgebung der pulverförmigen Aktivmasse oder ihrer pulverförmigen, noch nicht und/oder partieil calcinierten, Vorläufermasse auch durch Aufbringen auf vorgeformte inerte Katalysatorträger erfolgen. Die Beschichtung der Trägerkörper zur Herstellung der Schalenkatalysatoren wird in der Regel in einem geeigneten drehbaren Behälter ausgeführt, wie es z. B. aus der DE-A 2 909 671, der EP-A 293 859 oder aus der EP-A 714 700 bekannt ist. Zweckmäßigerweise wird zur Beschichtung der Trägerkörper die aufzubringende Pulvermasse befeuchtet und nach dem Aufbringen, z. B. mittels heißer Luft, wieder getrocknet. Die Schichtdicke der auf den Trägerkörper aufgebrachten Pulvermasse wird zweckmäßigerweise im Bereich 10 bis 1000 μm, bevorzugt im Bereich 50 bis 500 μm und besonders bevorzugt im Bereich 150 bis 250 μm liegend, gewählt.Of course you can the shape of the powdered Active mass or its powdery, yet non-calcined and / or partly calcined, precursor material also by application carried out on preformed inert catalyst support. The coating the carrier body to Preparation of the coated catalysts is usually in one suitable rotatable container executed as it is z. From DE-A 2 909 671, EP-A 293 859 or from EP-A 714 700 is known. Conveniently, is applied to the coating of the carrier body to be applied Moistened powder mass and after application, for. B. by means of hot air, dried again. The layer thickness of the applied to the carrier body Powder mass is expediently in the range 10 to 1000 μm, preferably in the range 50 to 500 microns and more preferably in the range 150 to 250 microns, selected.
Als Trägermaterialien können dabei übliche poröse oder unporöse Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Thoriumdioxid, Zirkondioxid, Siliciumcarbid oder Silikate wie Magnesium- oder Aluminiumsilikat verwendet werden. Sie verhalten sich bezüglich der dem erfindungsgemäßen Verfahren unterliegenden Zielreaktion in der Regel im wesentlichen inert. Die Trägerkörper können regelmäßig oder unregelmäßig geformt sein, wobei regelmäßig geformte Trägerkörper mit deutlich ausgebildeter Oberflächenrauhigkeit, z.B. Kugeln oder Hohlzylinder, bevorzugt werden. Geeignet ist die Verwendung von im wesentlichen unporösen, oberflächenrauhen, kugelförmigen Trägern aus Steatit, deren Durchmesser 1 bis 10 mm bzw. bis 8 mm, bevorzugt 4 bis 5 mm beträgt. Geeignet ist aber auch die Verwendung von Zylindern als Trägerkörper, deren Länge 2 bis 10 mm und deren Außendurchmesser 4 bis 10 mm beträgt. Im Fall von erfindungsgemäß geeigneten Ringen als Trägerkörper liegt die Wanddicke darüber hinaus üblicherweise bei 1 bis 4 mm. Erfindungsgemäß bevorzugt zu verwendende ringförmige Trägerkörper besitzen eine Länge von 2 bis 6 mm, einen Außendurchmesser von 4 bis 8 mm und eine Wanddicke von 1 bis 2 mm. Erfindungsgemäß geeignet sind vor allem auch Ringe der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) als Trägerkörper. Die Feinheit der auf die Oberfläche des Trägerkör pers aufzubringenden katalytisch aktiven Oxidmassen wird selbstredend an die gewünschte Schalendicke angepasst (vgl. EP-A 714 700).When support materials can usual porous or nonporous Aluminas, silica, thoria, zirconia, silicon carbide or silicates such as magnesium or aluminum silicate are used. They are behaving the method of the invention underlying target reaction is generally substantially inert. The carrier bodies can be regular or irregular shaped being regularly shaped Carrier body with clearly formed surface roughness, e.g. Spheres or hollow cylinders are preferred. Suitable is the Use of substantially non-porous, surface rough, spherical carriers Steatite whose diameter is 1 to 10 mm or 8 mm, preferably 4 to 5 mm. But is also suitable for the use of cylinders as a carrier body whose Length 2 up to 10 mm and their outer diameter 4 to 10 mm. In the case of suitable according to the invention Rings as a carrier body lies the wall thickness over it usually at 1 to 4 mm. According to the invention preferred to be used annular Own carrier body a length from 2 to 6 mm, an outer diameter from 4 to 8 mm and a wall thickness of 1 to 2 mm. Suitable according to the invention are above all rings of geometry 7 mm × 3 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as a carrier body. The Fineness of the surface the Trägerkör pers applied catalytically active oxide masses will of course be of the desired shell thickness adapted (see EP-A 714 700).
Für den Schritt
vom Propylen zum Acrolein (sowie gegebenenfalls Acrylsäure) zu
verwendende Multimetalloxidaktivmassen sind ferner Massen der allgemeinen
Formel V,
Y1 =
nur Wismut oder Wismut und wenigstens eines der Elemente Tellur,
Antimon, Zinn und Kupfer,
Y2 = Molybdän oder Molybdän und Wolfram,
Y3 = ein Alkalimetall, Thallium und/oder Samarium,
Y4 = ein Erdalkalimetall, Nickel, Kobalt,
Kupfer, Mangan, Zink, Zinn, Cadmium und/oder Quecksilber,
Y5 = Eisen oder Eisen und wenigstens eines
der Elemente Chrom und Cer,
Y6 = Phosphor,
Arsen, Bor und/oder Antimon,
Y7 = ein
seltenes Erdmetall, Titan, Zirkonium, Niob, Tantal, Rhenium, Ruthenium,
Rhodium, Silber, Gold, Aluminium, Gallium, Indium, Silicium, Germanium,
Blei, Thorium und/oder Uran,
a' = 0,01 bis 8,
b' = 0,1 bis 30,
c' = 0 bis 4,
d' = 0 bis 20,
e' > 0 bis 20,
f' = 0 bis 6,
g' = 0 bis 15,
h' = 8 bis 16,
x', y'=
Zahlen, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff
verschiedenen Elemente in V bestimmt werden und
p, q = Zahlen,
deren Verhältnis
p/q 0,1 bis 10 beträgt,
enthaltend
dreidimensional ausgedehnte, von ihrer lokalen Umgebung aufgrund
ihrer von ihrer lokalen Umgebung verschiedenen Zusammensetzung abgegrenzte,
Bereiche der chemischen Zusammensetzung Y1 a'Y2 b'Ox', deren Größtdurchmesser
(längste
durch den Schwerpunkt des Bereichs gehende direkte Verbindungsstrecke
zweier auf der Oberfläche
(Grenzfläche)
des Bereichs befindlicher Punkte) 1 nm bis 100 μm, häu
Y 1 = only bismuth or bismuth and at least one of the elements tellurium, antimony, tin and copper,
Y 2 = molybdenum or molybdenum and tungsten,
Y 3 = an alkali metal, thallium and / or samarium,
Y 4 = an alkaline earth metal, nickel, cobalt, copper, manganese, zinc, tin, cadmium and / or mercury,
Y 5 = iron or iron and at least one of the elements chromium and cerium,
Y 6 = phosphorus, arsenic, boron and / or antimony,
Y 7 = a rare earth metal, titanium, zirconium, niobium, tantalum, rhenium, ruthenium, rhodium, silver, gold, aluminum, gallium, indium, silicon, germanium, lead, thorium and / or uranium,
a '= 0.01 to 8,
b '= 0.1 to 30,
c '= 0 to 4,
d '= 0 to 20,
e '> 0 to 20,
f '= 0 to 6,
g '= 0 to 15,
h '= 8 to 16,
x ', y' = numbers which are determined by the valence and frequency of the elements other than oxygen in V, and
p, q = numbers whose ratio p / q is 0.1 to 10,
containing three-dimensionally extended, from their local environment due to their local environment A range of chemical composition Y 1 a ' Y 2 b' O x ' whose maximum diameter (longest passing through the center of gravity of the region of two points located on the surface (interface) of the area) 1 nm to 100 microns , huh
Besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Multimetalloxidmassen V sind solche, in denen Y1 nur Wismut ist.Particularly advantageous multimetal oxide compositions V are those in which Y 1 is only bismuth.
Unter
diesen werden wiederum jene bevorzugt, die der allgemeinen Formel
VI,
Z2 =
Molybdän
oder Molybdän
und Wolfram,
Z3 = Nickel und/oder Kobalt,
Z4 = Thallium, ein Alkalimetall und/oder ein
Erdalkalimetall,
Z5 = Phosphor, Arsen,
Bor, Antimon, Zinn, Cer und/oder Blei,
Z6 =
Silicium, Aluminium, Titan und/oder Zirkonium,
Z7 =
Kupfer, Silber und/oder Gold,
a'' =
0,1 bis 1,
b'' = 0,2 bis 2,
c'' = 3 bis 10,
d'' =
0,02 bis 2,
e'' = 0,01 bis 5, vorzugsweise
0,1 bis 3,
f'' = 0 bis 5,
g'' = 0 bis 10,
h'' =
0 bis 1,
x'', y'' =Zahlen, die durch die Wertigkeit und
Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Element in VI bestimmt werden,
p'', q'' = Zahlen, deren
Verhältnis
p''/q'' 0,1 bis 5, vorzugsweise 0,5 bis 2 beträgt, entsprechen,
wobei diejenigen Massen VI ganz besonders bevorzugt werden, in denen
Z2 b'' =
(Wolfram)b'' und Z2 12 = (Molybdän)12 ist.Among these, those which are of the general formula VI,
Z 2 = molybdenum or molybdenum and tungsten,
Z 3 = nickel and / or cobalt,
Z 4 = thallium, an alkali metal and / or an alkaline earth metal,
Z 5 = phosphorus, arsenic, boron, antimony, tin, cerium and / or lead,
Z 6 = silicon, aluminum, titanium and / or zirconium,
Z 7 = copper, silver and / or gold,
a '' = 0.1 to 1,
b '' = 0.2 to 2,
c '' = 3 to 10,
d "= 0.02 to 2,
e "= 0.01 to 5, preferably 0.1 to 3,
f '' = 0 to 5,
g '' = 0 to 10,
h '' = 0 to 1,
x '', y '' = numbers determined by the valency and frequency of the element other than oxygen in VI,
p '', q '' = numbers whose ratio p '' / q '' is from 0.1 to 5, preferably 0.5 to 2, with very particular preference being given to those masses VI in which Z 2 b '' = (Tungsten) b'' and Z 2 12 = (molybdenum) 12 .
Ferner ist es von Vorteil, wenn wenigstens 25 mol-% (bevorzugt wenigstens 50 mol-% und besonders bevorzugt wenigstens 100 mol-%) des gesamten Anteils [Y1 a'Y2 b'Ox']p ([Bia''Z2 b''Ox'']p'') der erfindungsgemäß geeigneten Multimetalloxidmassen V (Multimetalloxidmassen VI) in den erfindungsgemäß geeigneten Multimetalloxidmassen V (Multimetalloxidmassen VI) in Form dreidimensional ausgedehnter, von ihrer lokalen Umgebung aufgrund ihrer von ihrer lokalen Umgebung verschiedenen chemischen Zusammensetzung abgegrenzter, Bereiche der chemischen Zusammensetzung Y1 a'Y2 b'Ox'[Bia''Z2 b''Ox''] vorliegen, deren Größtdurchmesser im Bereich 1 nm bis 100 μm liegt.Furthermore, it is advantageous if at least 25 mol% (preferably at least 50 mol% and particularly preferably at least 100 mol%) of the total fraction [Y 1 a ' Y 2 b' O x ' ] p ([Bi a'' Z 2 b'' O x'' ] p'' ) of the invention suitable Multimetalloxidmassen V (Multimetalloxidmassen VI) in the present invention suitable Multimetalloxidmassen V (Multimetalloxidmassen VI) in the form of three-dimensionally extended, different from their local environment because of their local environment Chemical composition demarcated, areas of chemical composition Y 1 a ' Y 2 b' O x ' [Bi a'' Z 2 b'' O x'' ] are present, the largest diameter in the range 1 nm to 100 microns.
Hinsichtlich der Formgebung gilt bezüglich Multimetalloxidmassen V-Katalysatoren das bei den Multimetalloxidmassen IV-Katalysatoren Gesagte.Regarding the shaping applies with respect Multimetal oxide V-catalysts in the multimetal oxide materials IV catalysts said.
Die Herstellung von Multimetalloxidmassen V-Aktivmassen ist z. B. in der EP-A 575 897 sowie in der DE-A 198 55 913 beschrieben.The Preparation of Multimetal Oxide Compounds V-Active Compounds is, for. In EP-A 575 897 and in DE-A 198 55 913 described.
Die vorstehend empfohlenen inerten Trägermaterialien kommen u.a. auch als inerte Materialien zur Verdünnung und/oder Abgrenzung der entsprechenden Katalysatorfestbetten, bzw. als deren schützende und/oder das Gasgemisch aufheizende Vorschüttung in Betracht.The The above-recommended inert support materials include i.a. also as inert materials for dilution and / or delimitation of corresponding fixed catalyst beds, or as their protective and / or the gas mixture heating pre-feed into consideration.
An dieser Stelle sei erwähnt, dass sich alle Katalysatoren und Multimetalloxidmassen, die für den Schritt vom Propylen zum Acrolein als geeignet empfohlen wurden, sich grundsätzlich auch für die Partialammoxidation von Propylen zu Acrylnitril eignen.At this point should be mentioned that all catalysts and multimetal oxide materials used for the step from propylene to acrolein were also recommended in principle for the Partialammoxidation of propylene to acrylonitrile are suitable.
Für den zweiten Schritt (die zweite Reaktionsstufe), die heterogen katalysierte Gasphasen-Partialoxidation von Acrolein zu Acrylsäure, kommen, wie bereits gesagt, prinzipiell alle Mo und V enthaltenden Multimetalloxidmassen als Aktivmassen für die benötigten Katalysatoren in Betracht, z. B. jene der DE-A 100 46 928.For the second Step (the second reaction step), the heterogeneously catalyzed Gas-phase partial oxidation of acrolein to acrylic acid, come, As already stated, in principle all Mo and V-containing multimetal oxide materials as active masses for The necessities Catalysts into consideration, for. B. those of DE-A 100 46 928.
Eine
Vielzahl derselben, z. B. diejenigen der DE-A 198 15 281, lässt sich
unter der allgemeinen Formel VII,
X1 =
W, Nb, Ta, Cr und/oder Ce,
X2 = Cu,
Ni, Co, Fe, Mn und/oder Zn,
X3 = Sb
und/oder Bi,
X4 = eines oder mehrere
Alkalimetalle,
X5 = eines oder mehrere
Erdalkalimetalle,
X6 = Si, Al, Ti und/oder
Zr,
a = 1 bis 6,
b = 0,2 bis 4,
c = 0,5 bis 18,
d
= 0 bis 40,
e = 0 bis 2,
f = 0 bis 4,
g = 0 bis 40
und
n = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in VII bestimmt wird,
subsumieren.A variety of the same, for. As those of DE-A 198 15 281, can be under the general formula VII,
X 1 = W, Nb, Ta, Cr and / or Ce,
X 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn,
X 3 = Sb and / or Bi,
X 4 = one or more alkali metals,
X 5 = one or more alkaline earth metals,
X 6 = Si, Al, Ti and / or Zr,
a = 1 to 6,
b = 0.2 to 4,
c = 0.5 to 18,
d = 0 to 40,
e = 0 to 2,
f = 0 to 4,
g = 0 to 40 and
n = a number which is determined by the valence and frequency of the elements other than oxygen in VII,
subsume.
Erfindungsgemäß bevorzugte
Ausführungsformen
innerhalb der aktiven Multimetalloxide VII sind jene, die von den
nachfolgenden Bedeutungen der Variablen der allgemeinen Formel VII
erfasst werden:
X1 = W, Nb, und/oder
Cr,
X2 = Cu, Ni, Co, und/oder Fe,
X3 = Sb,
X4 =
Na und/oder K,
X5 = Ca, Sr und/oder
Ba,
X6 = Si, Al, und/oder Ti,
a
= 1,5 bis 5,
b = 0,5 bis 2,
c = 0,5 bis 3,
d = 0
bis 2,
e = 0 bis 0,2,
f = 0 bis 1 und
n = eine Zahl,
die durch die Wertigkeit und Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in VII bestimmt wird.Preferred embodiments within the active multimetal oxides VII according to the invention are those which are covered by the following meanings of the variables of general formula VII:
X 1 = W, Nb, and / or Cr,
X 2 = Cu, Ni, Co, and / or Fe,
X 3 = Sb,
X 4 = Na and / or K,
X 5 = Ca, Sr and / or Ba,
X 6 = Si, Al, and / or Ti,
a = 1.5 to 5,
b = 0.5 to 2,
c = 0.5 to 3,
d = 0 to 2,
e = 0 to 0.2,
f = 0 to 1 and
n = a number determined by the valence and frequency of the elements other than oxygen in VII.
Erfindungsgemäß ganz besonders
bevorzugte Multimetalloxide VII sind jedoch jene der allgemeinen Formel
VIII,
Y1 = W und/oder Nb,
Y2 =
Cu und/oder Ni,
Y5 = Ca und/oder Sr,
Y6 = Si und/oder Al,
a' = 2 bis 4,
b' = 1 bis 1,5,
c' = 1 bis 3,
f' = 0 bis 0,5
g' = 0 bis 8 und
n' = eine Zahl, die
durch die Wertigkeit und Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Elementen in VIII bestimmt wird.However, very particularly preferred multimetal oxides VII according to the invention are those of the general formula VIII
Y 1 = W and / or Nb,
Y 2 = Cu and / or Ni,
Y 5 = Ca and / or Sr,
Y 6 = Si and / or Al,
a '= 2 to 4,
b '= 1 to 1.5,
c '= 1 to 3,
f '= 0 to 0.5
g '= 0 to 8 and
n '= a number which is determined by the valence and frequency of the elements other than oxygen in VIII.
Die erfindungsgemäß geeigneten Multimetalloxidaktivmassen (VII) sind in an sich bekannter, z. B. in der DE-A 43 35 973 oder in der EP-A 714 700 offenbarter, Weise erhältlich.The suitable according to the invention Multimetal oxide active materials (VII) are known per se, for. B. in DE-A 43 35 973 or in EP-A 714 700 disclosed manner available.
Prinzipiell können für den Schritt "Acrolein → Acrylsäure" geeignete Multimetalloxidaktivmassen, insbesondere solche der allgemeinen Formel VII, in einfacher Weise dadurch hergestellt werden, dass man von geeigneten Quellen ihrer elementaren Konstituenten ein möglichst inniges, vorzugsweise feinteiliges, ihrer Stöchiometrie entsprechend zusammengesetztes, Trockengemisch erzeugt und dieses bei Temperaturen von 350 bis 600°C calciniert. Die Calcination kann sowohl unter Inertgas als auch unter einer oxidativen Atmosphäre wie z. B. Luft (Gemisch aus Inertgas und Sauerstoff) sowie auch unter reduzierender Atmosphäre (z. B. Gemische aus Inertgas und reduzierenden Gasen wie H2, NH3, CO, Methan und/oder Acrolein oder die genannten reduzierend wirkenden Gase für sich) durchgeführt werden. Die Calcinationsdauer kann einige Minuten bis einige Stunden betragen und nimmt üblicherweise mit der Temperatur ab. Als Quellen für die elementaren Konstituenten der Multimetalloxidaktivmassen VII kommen solche Verbindungen in Betracht, bei denen es sich bereits um Oxide handelt und/oder um solche Verbindungen, die durch Erhitzen, wenigstens in Anwesenheit von Sauerstoff, in Oxide überführbar sind.In principle, suitable for the step "acrolein → acrylic acid" suitable Multimetalloxidaktivmassen, especially those of the general formula VII, in a simple manner be prepared by suitable sources of their elemental constituents an intimate, preferably finely divided, their stoichiometry correspondingly composed, dry mixture and this calcined at temperatures of 350 to 600 ° C. The calcination can be carried out both under inert gas and under an oxidative atmosphere such. As air (mixture of inert gas and oxygen) as well as under a reducing atmosphere (eg., Mixtures of inert gas and reducing gases such as H 2 , NH 3 , CO, methane and / or acrolein or said reducing acting gases per se) performed become. The calcination time can be several minutes to several hours and usually decreases with temperature. Suitable sources of the elemental constituents of the multimetal oxide active compounds VII are those compounds which are already oxides and / or those compounds which can be converted into oxides by heating, at least in the presence of oxygen.
Das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Multimetalloxidmassen VII kann in trockener oder in nasser Form erfolgen. Erfolgt es in trockener Form, so werden die Ausgangsverbindungen zweckmäßigerweise als feinteilige Pulver eingesetzt und nach dem Mischen und gegebenenfalls Verdichten der Calcinierung unterworfen. Vorzugsweise erfolgt das innige Vermischen jedoch in nasser Form.The intimate mixing of the starting compounds for the preparation of multimetal oxide materials VII can be done in dry or wet form. Is it done in dry form, so the starting compounds are suitably used as finely divided powder and after mixing and optionally Compacting subjected to calcination. Preferably, this is done intimate mixing but in wet form.
Üblicherweise werden dabei die Ausgangsverbindungen in Form einer wässrigen Lösung und/oder Suspension miteinander vermischt. Besonders innige Trockengemische werden beim beschriebenen Mischverfahren dann erhalten, wenn ausschließlich von in gelöster Form vorliegenden Quellen der elementaren Konstituenten ausgegangen wird. Als Lösungsmittel wird bevorzugt Wasser eingesetzt. Anschließend wird die erhaltene wässrige Masse getrocknet, wobei der Trocknungsprozess vorzugsweise durch Sprühtrocknung der wässrigen Mischung mit Austrittstemperaturen von 100 bis 150°C erfolgt.Usually be the starting compounds in the form of an aqueous solution and / or suspension mixed together. Especially intimate dry mixtures are then obtained in the described mixing method, if only from in dissolved Form present sources of elementary constituents becomes. As a solvent Water is preferably used. Subsequently, the resulting aqueous mass dried, the drying process preferably by spray drying the aqueous Mixture with outlet temperatures of 100 to 150 ° C takes place.
Die resultierenden Multimetalloxidmassen, insbesondere jene der allgemeinen Formel VII, können für die Acroleinoxidation sowohl in Pulverform als auch zu bestimmten Katalysatorgeometrien geformt eingesetzt werden, wobei die Formgebung vor oder nach der abschließenden Calcination erfolgen kann. Beispielsweise können aus der Pulver form der Aktivmasse oder ihrer uncalcinierten Vorläufermasse durch Verdichten zur gewünschten Katalysatorgeometrie (z. B. durch Tablettieren, Extrudieren oder Strangpressen) Vollkatalysatoren hergestellt werden, wobei gegebenenfalls Hilfsmittel wie z. B. Graphit oder Stearinsäure als Gleitmittel und/oder Formhilfsmittel und Verstärkungsmittel wie Mikrofasern aus Glas, Asbest, Siliciumcarbid oder Kaliumtitanat zugesetzt werden können. Geeignete Vollkatalysatorgeometrien sind z. B. Vollzylinder oder Hohlzylinder mit einem Außendurchmesser und einer Länge von 2 bis 10 mm. Im Fall der Hohlzylinder ist eine Wandstärke von 1 bis 3 mm zweckmäßig. Selbstverständlich kann der Vollkatalysator auch Kugelgeometrie aufweisen, wobei der Kugeldurchmesser 2 bis 10 mm (z. B. 8,2 mm oder 5,1 mm) betragen kann.The resulting Multimetalloxidmassen, in particular those of the general Formula VII, can for the Acrolein oxidation both in powder form and to certain catalyst geometries be used, wherein the shaping before or after the final Calcination can be done. For example, from the powder form of Active mass or its uncalcined precursor mass by compaction to the desired Catalyst geometry (eg by tabletting, extruding or Extrusion) Vollkatalysatoren be prepared, where appropriate Aids such. As graphite or stearic acid as a lubricant and / or Molding aids and reinforcing agents such as glass microfibers, asbestos, silicon carbide or potassium titanate can be added. Suitable Vollkatalysatorgeometrien are z. B. solid cylinder or Hollow cylinder with an outer diameter and a length from 2 to 10 mm. In the case of the hollow cylinder is a wall thickness of 1 to 3 mm appropriate. Of course you can the full catalyst also have spherical geometry, wherein the ball diameter 2 to 10 mm (eg 8.2 mm or 5.1 mm).
Selbstverständlich kann die Formgebung der pulverförmigen Aktivmasse oder ihrer pulverförmigen, noch nicht calcinierten, Vorläufermasse auch durch Aufbringen auf vorgeformte inerte Katalysatorträger erfolgen. Die Beschichtung der Trägerkörper zur Herstellung der Schalenkatalysatoren wird in der Regel in einem geeigneten drehbaren Behälter ausgeführt, wie es z. B. aus der DE-A 2 909 671, der EP-A 293 859 oder aus der EP-A 714 700 bekannt ist.Of course you can the shape of the powdered Active mass or its powdery, yet uncalcined, precursor material also be carried out by applying to preformed inert catalyst support. The coating of the carrier body for Preparation of the coated catalysts is usually in a suitable rotatable container executed as it is z. B. from DE-A 2 909 671, EP-A 293 859 or from EP-A 714 700 is known.
Zweckmäßigerweise wird zur Beschichtung der Trägerkörper die aufzubringende Pulvermasse befeuchtet und nach dem Aufbringen, z. B. mittels heißer Luft, wieder getrocknet. Die Schichtdicke der auf den Trägerkörper aufgebrachten Pulvermasse wird zweckmäßigerweise im Bereich 10 bis 1000 μm, bevorzugt im Bereich 50 bis 500 μm und besonders bevorzugt im Bereich 150 bis 250 μm liegend, gewählt.Conveniently, is used to coat the carrier body applied powder compound moistened and after application, z. B. by means of hotter Air, dried again. The layer thickness of the applied to the carrier body Powder mass is expediently in the range 10 to 1000 μm, preferably in the range 50 to 500 microns and more preferably in the range 150 to 250 microns, selected.
Als Trägermaterialien können dabei übliche poröse oder unporöse Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Thoriumdioxid, Zirkondioxid, Siliciumcarbid oder Silikate wie Magnesium- oder Aluminiumsilikat verwendet werden. Die Trägerkörper können regelmäßig oder unregelmäßig geformt sein, wobei regelmäßig geformte Trägerkörper mit deutlich ausgebildeter Oberflächenrauhigkeit, z. B. Kugeln oder Hohlzylinder mit Splittauflage, bevorzugt werden. Geeignet ist die Verwendung von im wesentlichen unporösen, oberflächenrauhen, kugelförmigen Trägern aus Steatit, deren Durchmesser 1 bis 10 mm bzw. bis 8 mm, bevorzugt 4 bis 5 mm beträgt. D. h., geeignete Kugelgeometrien können Durchmesser von 8,2 mm oder von 5,1 mm aufweisen. Geeignet ist aber auch die Verwendung von Zylindern als Trägerkörper, deren Länge 2 bis 10 mm und deren Außendurchmesser 4 bis 10 mm beträgt. Im Fall von Ringen als Trägerkörper liegt die Wanddicke darüber hinaus üblicherweise bei 1 bis 4 mm. Bevorzugt zu verwendende ringförmige Trägerkörper besitzen eine Länge von 2 bis 6 mm, einen Außendurchmesser von 4 bis 8 mm und eine Wanddicke von 1 bis 2 mm. Geeignet sind vor allem auch Ringe der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) als Trägerkörper. Die Feinheit der auf die Oberfläche des Trägerkörpers aufzubringenden katalytisch aktiven Oxidmassen wird selbstredend an die gewünschte Schalendicke angepasst (vgl. EP-A 714 700).As carrier materials, it is possible to use customary porous or non-porous aluminum oxides, silicon dioxide, thorium dioxide, zirconium dioxide, silicon carbide or silicates, such as magnesium silicate or aluminum silicate. The carrier bodies may be regularly or irregularly shaped, with regularly shaped carrier bodies having a distinct surface roughness, e.g. As balls or hollow cylinder with chippings, are preferred. Suitable is the use of substantially nonporous, surface rough, spherical steatite supports whose diameter is 1 to 10 mm or 8 mm, preferably 4 to 5 mm. That is, suitable ball geometries may have diameters of 8.2 mm or 5.1 mm. However, it is also suitable to use cylinders as support bodies whose length is 2 to 10 mm and whose outer diameter is 4 to 10 mm. In addition, in the case of rings as a carrier body, the wall thickness is usually 1 to 4 mm. Preferably to be used annular support body have a length of 2 to 6 mm, an outer diameter of 4 to 8 mm and a wall thickness of 1 to 2 mm. Particularly suitable are rings of geometry 7 mm × 3 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as Trä gerkörper. The fineness of the catalytically active oxide masses to be applied to the surface of the carrier body is, of course, adapted to the desired shell thickness (cf EP-A 714 700).
Günstige für den Schritt "Acrolein → Acrylsäure" zu verwendende Multimetalloxidaktivmassen
sind ferner Massen der allgemeinen Formel IX,
D = Mo12Va''Z1 b''Z2 b''Z3 d''Z4 e''Z5 f''Z6 g''Ox''
E = Z7 12Cuh''Hi''Oy'',
Z1 =
W, Nb, Ta, Cr und/oder Ce,
Z2 = Cu,
Ni, Co, Fe, Mn und/oder Zn,
Z3 = Sb
und/oder Bi,
Z4 = Li, Na, K, Rb, Cs
und/oder H
Z5 = Mg, Ca, Sr und/oder
Ba,
Z6 = Si, Al, Ti und/oder Zr,
Z7 = Mo, W, V, Nb und/oder Ta, vorzugsweise
Mo und/oder W
a'' = 1 bis 8,
b'' = 0,2 bis 5,
c'' =
0 bis 23,
d'' = 0 bis 50,
e'' = 0 bis 2,
f'' =
0 bis 5,
g'' = 0 bis 50,
h'' = 4 bis 30,
i'' =
0 bis 20 und
x'', y'' = Zahlen, die durch die Wertigkeit
und Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Element in IX bestimmt werden und
p,
q = von Null verschiedene Zahlen, deren Verhältnis p/q 160:1 bis 1:1 beträgt, und
die dadurch erhältlich
sind, dass man eine Multimetalloxidmasse E
D = Mo 12 V a " Z 1 b" Z 2 b " Z 3 d" Z 4 e " Z 5 f" Z 6 g " O x"
E = Z 7 12 Cu h " H i" O y " ,
Z 1 = W, Nb, Ta, Cr and / or Ce,
Z 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn,
Z 3 = Sb and / or Bi,
Z 4 = Li, Na, K, Rb, Cs and / or H
Z 5 = Mg, Ca, Sr and / or Ba,
Z 6 = Si, Al, Ti and / or Zr,
Z 7 = Mo, W, V, Nb and / or Ta, preferably Mo and / or W.
a '' = 1 to 8,
b '' = 0.2 to 5,
c '' = 0 to 23,
d '' = 0 to 50,
e '' = 0 to 2,
f '' = 0 to 5,
g '' = 0 to 50,
h '' = 4 to 30,
i '' = 0 to 20 and
x '', y '' = numbers which are determined by the valence and frequency of the element different from oxygen in IX and
p, q = non-zero numbers whose ratio p / q is 160: 1 to 1: 1 and which are obtainable by using a multimetal oxide composition E
Bevorzugt
sind die Multimetalloxidmassen IX, bei denen die Einarbeitung der
vorgebildeten festen Ausgangsmasse
Hinsichtlich der Formgebung gilt bezüglich Multimetalloxidmassen IX-Katalysatoren das bei den Multimetalloxidmassen VII-Katalysatoren Gesagte.Regarding the shaping applies with respect Multimetal oxide materials IX catalysts that in the case of the multimetal oxide materials VII catalysts said.
Für den Schritt "Acrolein → Acrylsäure" in hervorragender Weise geeignete Multimetalloxidkatalysatoren sind auch jene der DE-A 198 15 281, insbesondere mit Multimetalloxidaktivmassen der allgemeinen Formel I dieser Schrift.For the step "acrolein → acrylic acid" in excellent Suitable multimetal oxide catalysts are also those of DE-A 198 15 281, in particular with Multimetalloxidaktivmassen the general formula I of this document.
Vorteilhaft werden für den Schritt vom Propylen zum Acrolein Vollkatalysatorringe und für den Schritt vom Acrolein zur Acrylsäure Schalenkatalysatorringe verwendet.Advantageous be for the step from propylene to acrolein full-catalyst rings and for the step from Acrolein to acrylic acid Shell catalyst rings used.
Die
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
vom Propylen zum Acrolein (sowie gegebenenfalls Acrylsäure), kann
mit den beschriebenen Katalysatoren z. B. in einem Einzonen-Vielkontaktrohr-Festbettreaktor
durchgeführt
werden, wie ihn die DE-A 4 431 957 beschreibt. Dabei können Reaktionsgasgemisch
Der
Reaktionsdruck liegt üblicherweise
im Bereich von 1 bis 3 bar und die Gesamtraumbelastung des Katalysatorfestbetts
mit Reaktionsgas(ausgangs)gemisch
Bevorzugt wird der Einzonen-Vielkontaktrohr-Festbettreaktor mit dem Beschickungsgasgemisch von oben angeströmt. Als Wärmeaustauschmittel wird zweckmäßig eine Salzschmelze, bevorzugt bestehend aus 60 Gew.-% Kaliumnitrat (KNO3) und 40 Gew.- % Natriumnitrit (NaNO2), oder aus 53 Gew.-% Kaliumnitrat (KNO3), 40 Gew.-% Natriumnitrit (NaNO2) und 7 Gew.-% Natriumnitrat (NaNO3), eingesetzt.Preferably, the single-zone multiple contact tube fixed bed reactor is supplied with the feed gas mixture from above. As a heat exchange agent is advantageously a molten salt, preferably consisting of 60 wt .-% potassium nitrate (KNO 3 ) and 40 wt% sodium nitrite (NaNO 2 ), or from 53 wt .-% potassium nitrate (KNO 3 ), 40 wt .-% Sodium nitrite (NaNO 2 ) and 7 wt .-% sodium nitrate (NaNO 3 ) used.
Über den
Reaktor betrachtet können,
wie bereits gesagt, Salzschmelze und Reaktionsgasgemisch
Strömt man die Kontaktrohre von oben nach unten an, ist es zweckmäßig, die Kontaktrohre von unten nach oben wie folgt mit Katalysator zu beschicken (für die Anströmung von unten nach oben wird die Beschickungsabfolge in zweckmäßiger Weise umgekehrt):
- – zunächst auf einer Länge von 40 bis 80 bzw. bis 60 % der Kontaktrohrlänge entweder nur Katalysator, oder ein Gemisch aus Katalysator und Inertmaterial, wobei letzteres, bezogen auf die Mischung, einen Gewichtsanteil von bis zu 20 Gew.-% ausmacht (Abschnitt C);
- – daran anschließend auf einer Länge von 20 bis 50 bzw. bis 40 % der Gesamtrohrlänge entweder nur Katalysator, oder ein Gemisch aus Katalysator und Inertmaterial, wobei letzteres, bezogen auf die Mischung, einen Gewichtsanteil von bis zu 40 Gew.-% ausmacht (Abschnitt B); und
- – abschließend auf einer Länge von 10 bis 20 % der Gesamtrohrlänge eine Schüttung aus Inertmaterial (Abschnitt A), die vorzugsweise so gewählt wird, dass sie einen möglichst geringen Druckverlust bedingt.
- - First, on a length of 40 to 80 or 60% of the catalyst tube length either catalyst, or a mixture of catalyst and inert material, the latter, based on the mixture, a weight fraction of up to 20 wt .-% makes (Section C );
- - Thereafter, over a length of 20 to 50 or 40% of the total tube length, either catalyst, or a mixture of catalyst and inert material, the latter, based on the mixture, a weight fraction of up to 40 wt .-% makes (Section B); and
- - Finally, over a length of 10 to 20% of the total tube length, a bed of inert material (Section A), which is preferably chosen so that it causes the lowest possible pressure loss.
Bevorzugt ist der Abschnitt C unverdünnt.Prefers section C is undiluted.
Vorgenannte Beschickungsvariante ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn als Katalysatoren solche gemäß Beispiel 1 der DE-A 100 46 957 oder gemäß Beispiel 3 der DE-A 100 46 957 und als Inertmaterial Ringe aus Steatit mit der Geometrie 7 mm × 7 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Höhe × Innendurchmesser) verwendet werden. Hinsichtlich der Salzbadtemperatur gilt das in der DE-A 4 431 957 Gesagte.The aforementioned Loading variant is particularly useful if as catalysts such example 1 of DE-A 100 46 957 or according to Example 3 of DE-A 100 46 957 and as an inert material rings of steatite with the geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × height × inner diameter) used become. With regard to the salt bath temperature, the same applies in DE-A 4 431 957.
Die
Durchführung
der erfindungsgemäßen Partialoxidation,
vom Propylen zum Acrolein (und gegebenenfalls Acrylsäure), kann
mit den beschriebenen Katalysatoren aber auch z. B. in einem Zweizonen-Vielkontaktrohr-Festbettreaktor
durchgeführt
werden, wie es die DE-A 199 10 506 beschreibt. In beiden vorstehend beschriebenen
Fällen
(sowie ganz allgemein beim erfindungsgemäßen Verfahren) liegt der erzielte
Propenumsatz bei einfachem Durchgang normalerweise bei Werten ≥ 90 mol-%,
bzw. ≥ 95
mol-% und die Selektivität
der Acroleinbildung bei Werten ≥ 90
mol-%. Erfindungsgemäß vorteilhaft
erfolgt die erfindungsgemäße Partialoxidation
von Propen zu Acrolein, oder Acryl säure oder deren Gemisch wie
in der EP-A 1159244 und ganz besonders bevorzugt wie in der WO 04/085363
sowie in der WO 04/085362 beschrieben, jedoch mit dem Unterschied,
dass als Reaktionsgasausgangsgemisch ein erfindungsgemäßes Reaktionsgasausgangsgemisch
Die Schriften EP-A 1159244, WO 04/085363 und WO 04/085362 werden als integraler Bestandteil dieser Schrift betrachtet.The Documents EP-A 1159244, WO 04/085363 and WO 04/085362 are known as integral part of this document.
D. h., die erfindungsgemäße Partialoxidation des Propylens lässt sich besonders vorteilhaft an einem Katalysatorfestbett mit erhöhter Propylenbelastung durchführen, das wenigstens zwei Temperaturzonen aufweist.In other words, the partial oxidation of propylene according to the invention can be carried out particularly advantageously on a fixed catalyst bed with increased propylene loading, which comprises at least two temperature zones has.
D.h.,
eine vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Partialoxidation
des Propylens zu Acrolein, oder Acrylsäure oder deren Gemisch ist
ein erfindungsgemäßes Verfahren,
bei dem man das Reaktionsgasausgangsgemisch
- a) die Belastung der Festbettkatalysatorschüttung mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch
2 enthaltenen Propen ≥ 160 Nl Propen/l Festbettkatalysatorschüttung·h beträgt, - b) die Festbettkatalysatorschüttung aus einer in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Reaktionszonen A*, B* angeordneten Festbettkatalysatorschüttung besteht, wobei die Temperatur der Reaktionszone A* 300 bis 390°C und die Temperatur der Reaktionszone B* 305 bis 420°C beträgt und gleichzeitig wenigstens 5°C oberhalb der Temperatur der Reaktionszone A* liegt,
- c) das Reaktionsgasausgangsgemisch
2 die Reaktionszonen A*, B* in der zeitlichen Abfolge „erst A*'', „dann B*'' durchströmt und - d) sich die Reaktionszone A* bis zu einem Umsatz des Propens von 40 bis 80 mol-% erstreckt.
- a) the load of the fixed bed catalyst bed with that in the reaction gas starting mixture
2 Propene ≥ 160 Nl propene / l fixed-bed catalyst bed · h, - b) the fixed-bed catalyst charge consists of a fixed-bed catalyst charge arranged in two spatially successive reaction zones A *, B *, the temperature of the reaction zone A * being from 300 to 390 ° C. and the temperature of the reaction zone B being from 305 to 420 ° C. and at the same time at least 5 ° C is above the temperature of reaction zone A *,
- c) the reaction gas starting mixture
2 the reaction zones A *, B * in the time sequence "first A *", then "B *" flows through and - d) the reaction zone A * extends to a conversion of the propene of 40 to 80 mol%.
Im übrigen wird auf die EP-A 1159244 verwiesen.Otherwise, will to EP-A 1159244.
D.
h. aber auch, eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Partialoxidation
des Propylens zu Acrolein, oder Acrylsäure, oder deren Ge misch, ist
ein erfindungsgemäßes Verfahren,
bei dem man das Reaktionsgasausgangsgemisch
- – die Festbettkatalysatorschüttung in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Temperaturzonen A, B angeordnet ist,
- – sowohl die Temperatur der Temperaturzone A als auch die Temperatur der Temperaturzone B eine Temperatur im Bereich von 290 bis 380°C ist,
- – die
Festbettkatalysatorschüttung
aus wenigstens zwei räumlich
aufeinander folgenden Festbettkatalysatorschüttungszonen besteht, wobei
die volumenspezifische Aktivität
innerhalb einer Festbettkatalysatorschüttungszone im wesentlichen
konstant ist und in Strömungsrichtung
des Reaktionsgasgemisches
2 beim Übergang von einer Festbettkatalysatorschüttungszone in eine andere Festbettkatalysatorschüttungszone sprunghaft zunimmt, - – sich die Temperaturzone A bis zu einem Umsatz des Propens von 40 bis 80 mol.-% erstreckt,
- – bei
einmaligem Durchgang des Reaktionsgasausgangsgemisches
2 durch die gesamte Festbettkatalysatorschüttung der Propenumsatz ≥ 90 mol.-% und die Selektivität der Acroleinbildung, bezogen auf umgesetztes Propen, ≥ 90 mol.-% beträgt, - – die
zeitliche Abfolge, in der das Reaktionsgasgemisch
2 die Temperaturzonen A, B durchströmt, der alphabetischen Abfolge der Temperaturzonen entspricht, - – die
Belastung der Festbettkatalysatorschüttung mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch
2 enthaltenen Propen ≥ 90 Nl Propen/l Festbettkatalysatorschüttung·h beträgt, und - – die
Differenz TmaxA – TmaxB,
gebildet aus der höchsten
Temperatur TmaxA, die das Reaktionsgasgemisch
2 innerhalb der Temperaturzone A aufweist, und der höchsten Temperatur TmaxB, die das Reaktionsgasgemisch2 innerhalb der Temperaturzone B aufweist, ≥ 0°C beträgt,
- The fixed bed catalyst bed is arranged in two spatially consecutive temperature zones A, B,
- Both the temperature of the temperature zone A and the temperature of the temperature zone B is a temperature in the range from 290 to 380 ° C,
- - The fixed bed catalyst bed consists of at least two spatially sequential fixed bed catalyst bed zones, wherein the volume-specific activity is substantially constant within a fixed bed catalyst bed and in the flow direction of the reaction gas mixture
2 increases abruptly during the transition from one fixed bed catalyst bed zone to another fixed bed catalyst bed zone, - The temperature zone A extends to a conversion of the propene of 40 to 80 mol%,
- - With a single pass of the starting reaction gas mixture
2 the propene conversion is ≥ 90 mol% and the selectivity of acrolein formation, based on reacted propene, is ≥90 mol%, through the entire fixed-bed catalyst bed, - - The time sequence in which the reaction gas mixture
2 the temperature zones A, B flows through, corresponds to the alphabetical sequence of the temperature zones, - - The burden of fixed bed catalyst bed with that in the starting reaction gas mixture
2 Propene contained ≥ 90 Nl propene / l fixed-bed catalyst bed · h, and - - The difference T maxA - T maxB , formed from the highest temperature T maxA , the reaction gas mixture
2 within the temperature zone A, and the highest temperature T maxB containing the reaction gas mixture2 within the temperature zone B, ≥ 0 ° C,
Nähere Angaben zu dieser Verfahrensweise finden sich in der WO 04/085362, die integraler Bestandteil dieser Schrift ist, sowie im weiteren Verlauf dieser Schrift bei der Beschreibung der besonders bevorzugten zweistufigen Partialoxidation von Propylen zu Acrylsäure.Details to this procedure can be found in WO 04/085362, the integral Part of this document is, as well as in the further course of this Scripture in the description of the most preferred two-stage Partial oxidation of propylene to acrylic acid.
Die
Durchführung
des zweiten Schrittes im Fall einer zweistufigen Partialoxidation
von Propylen zu Acrolein, nämlich
die Partialoxidation vom Acrolein zur Acrylsäure, kann mit den beschriebenen
Katalysatoren z. B. in einem Einzonen-Vielkontaktrohr-Festbettreaktor durchgeführt werden,
wie es die DE-A 44 31 949 beschreibt. Dabei können Reaktiongsgasgemisch
Der
für den
zweiten Schritt, die Acroleinpartialoxidation, benötigte molekulare
Sauerstoff kann (dabei) schon im Reaktionsgasausgangsgemisch
Bevorzugt
weist das Reaktionsgasausgangsgemisch
Ganz
besonders bevorzugt weist das Reaktiongsgasausgangsgemisch
Ganz
generell ist es für
alle genannten erfindungsgemäßen Reaktionsgasausgangsgemische
Der
Gehalt des Reaktionsgasausgangsgemischs
Weiterhin
ist es für
das Reaktionsgasausgangsgemisch
Weiterhin
ist es für
das Reaktionsgasausgangsgemisch
Der
Gehalt des Reaktionsgasausgangsgemischs
Wie
in der ersten Reaktionsstufe liegt auch in der zweiten Reaktionsstufe
der Reaktionsdruck üblicherweise
im Bereich von 1 bis 3 bar, und die Gesamtraumbelastung des Katalysatorfestbetts
mit Reaktionsgas(ausgangs)gemisch
Der
Acroleinumsatz, bezogen auf einmaligen Durchgang des Reaktionsgasgemischs
Bevorzugt
wird der Einzonen-Vielkontaktrohr-Festbettreaktor mit dem Beschickungsgasgemisch ebenfalls
von oben angeströmt.
Als Wärmeaustauschmittel
wird auch in der zweiten Stufe in zweckmäßiger Weise eine Salzschmelze,
bevorzugt aus 60 Gew.-%
Kaliumnitrat (KNO3) und 40 Gew.-% Natriumnitrit (NaNO2) oder aus 53 Gew.-% Kaliumnitrat (KNO3), 40 Gew.-% Natriumnitrit (NaNO2) und 7 Gew.-% Natriumnitrat (NaNO3) bestehend, eingesetzt. Über den
Reaktor betrachtet können,
wie bereits gesagt, Salzschmelze und Reaktionsgasgemisch
Strömt man die Kontaktrohre von oben nach unten an, ist es zweckmäßig, die Kontaktrohre von unten nach oben wie folgt zu beschicken:
- – zunächst auf einer Länge von 50 bis 80 bzw. bis 70 % der Kontaktrohrlänge entweder nur Katalysator oder ein Gemisch aus Katalysator und Inertmaterial, wobei letzteres, bezogen auf die Mischung, einen Gewichtsanteil von bis zu 20 Gew.-% ausmacht (Abschnitt C);
- – daran anschließend auf einer Länge von 20 bis 40 % der Gesamtrohrlänge entweder nur Katalysator, oder ein Gemisch aus Katalysator und Inertmaterial, wo bei letzteres, bezogen auf die Mischung, einen Gewichtsanteil von bis zu 50 bzw. bis zu 40 Gew.-% ausmacht (Abschnitt B); und
- – abschließend auf einer Länge von 5 bis 20 % der Gesamtrohrlänge eine Schüttung aus Inertmaterial (Abschnitt A), die vorzugsweise so gewählt wird, dass sie einen möglichst geringen Druckverlust bedingt.
- Initially at a length of 50 to 80 or up to 70% of the catalyst tube length, either catalyst or a mixture of catalyst and inert material, the latter, based on the mixture, constituting a weight fraction of up to 20% by weight (Section C) ;
- - Then thereafter to a length of 20 to 40% of the total tube length either catalyst only, or a mixture of catalyst and inert material, where in the latter, based on the mixture, a weight fraction of up to 50 or up to 40 wt .-% makes (Section B); and
- - Finally, on a length of 5 to 20% of the total tube length, a bed of inert material (Section A), which is preferably chosen so that it causes the lowest possible pressure loss.
Bevorzugt ist der Abschnitt C unverdünnt. Wie ganz allgemein bei der heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidation von Acrolein zu Acrylsäure (insbesondere bei hohen Acroleinbelastungen des Katalysatorbetts und hohen Wasserdampfgehalten des Beschickungsgasgemischs), kann der Abschnitt B auch aus zwei aufeinanderfolgenden Katalysatorverdünnungen bestehen (zum Zweck der Minimierung von Heißpunkt tempatur und Heißpunkttemperatursensitivität). Von unten nach oben zunächst mit bis zu 20 Gew.-% Inertmaterial und daran anschließend mit > 20 Gew.-% bis 50 bzw. bis 40 Gew.-% Inertmaterial. Der Abschnitt C ist dann bevorzugt unverdünnt.Prefers section C is undiluted. As is generally the case with heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation from acrolein to acrylic acid (especially at high acrolein loadings of the catalyst bed and high water vapor contents of the feed gas mixture), can Section B also consists of two consecutive catalyst dilutions (for the purpose of minimizing hot spot temperature and hot spot temperature sensitivity). From bottom to top first with up to 20 wt .-% inert material and subsequently with> 20 wt .-% to 50 or to 40 wt .-% inert material. The section C is then preferred undiluted.
Für eine Anströmung der Kontaktrohre von unten nach oben, wird die Kontaktrohrbeschickung in zweckmäßigerweise umgekehrt.For a flow of the Contact tubes from bottom to top, is the contact tube feed in expediently vice versa.
Vorgenannte
Beschickungsvariante ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn
als Katalysatoren solche gemäß Herstellungsbeispiel
Die
Durchführung
der Partialoxidation vom Acrolein zur Acrylsäure, kann mit den beschriebenen
Katalysatoren aber auch z. B. in einem Zweizonen-Vielkontaktrohr-Festbettreaktor durchgeführt werden,
wie es die DE-199 10 508 beschreibt. Für den Acroleinumsatz gilt das
oben Genannte. Auch im Fall der Durchführung einer wie vorstehend
beschriebenen Acroleinpartialoxidation als zweite Reaktionsstufe
einer zweistufigen Propylenoxidation zu Acrylsäure in einem Zweizonen-Vielkontaktrohr-Festbettreaktor wird
man zur Erzeugung des Beschickungsgasgemisches (Reaktionsgasausgangsgemischs
Bei einer zweistufigen Partialoxidation von Propylen zu Acrylsäure mit unmittelbarer Weiterverwendung des Produktgasgemisches des ersten Schritts der Partialoxidation zur Beschickung des zweiten Schritts der Partialoxidation, wird man in der Regel zwei Einzonen-Vielkontaktrohr-Festbettreaktoren (bei hoher Reaktandenbelastung des Katalysatorbetts ist, wie ganz allgemein gültig, eine Gleichstromfahrweise zwischen Reaktionsgas und Salzbad (Wärmeträger) über den Rohrbündelreaktor betrachtet bevorzugt) oder zwei Zweizonen-Vielkontaktrohr-Festbettreaktoren hintereinanderschalten.at a two-stage partial oxidation of propylene to acrylic acid with immediate reuse of the product gas mixture of the first Partial oxidation step for charging the second step of Partial oxidation, one is usually two single-zone multi-contact fixed bed reactors (at high reactant loading of the catalyst bed is how completely generally valid, a Gleichstromfahrweise between reaction gas and salt bath (heat carrier) over the Tube reactor preferably) or two two-zone multi-contact tube fixed bed reactors daisy-chaining.
Eine gemischte Hintereinanderschaltung (Einzonen/Zweizonen oder umgekehrt) ist auch möglich.A mixed in series (one-zone / two-zone or vice versa) is possible, too.
Zwischen den Reaktoren kann sich ein Zwischenkühler befinden, der gegebenenfalls Inertschüttungen enthalten kann, die eine Filterfunktion ausüben können. Die Salzbadtemperatur von Vielkontaktrohrreaktoren für den ersten Schritt der zweistufigen Partialoxidation von Propylen zu Acrylsäure beträgt in der Regel 300 bis 400°C. Die Salzbadtemperatur von Vielkontaktrohrreaktoren für den zweiten Schritt der Partialoxidation von Propylen zu Acrylsäure, die Partialoxidation von Acrolein zu Acrylsäure, beträgt meist 200 bis 350°C. Außerdem werden die Wärmeaustauschmittel (bevorzugt Salzschmelzen) normalerweise in solchen Mengen durch die relevanten Vielkontaktrohr-Festbettreaktoren geführt, dass der Unterschied zwischen ihrer Eingangs- und ihrer Ausgangstemperatur in der Regel ≤ 5°C beträgt. Wie bereits erwähnt, können beide Schritte der Partialoxidation von Propylen zu Acrylsäure aber auch wie in der DE-A 101 21 592 beschrieben in einem Reaktor an einer Beschickung vollzogen werden.Between The reactors may be an intercooler, if necessary Inert fillings included can, which can exercise a filter function. The salt bath temperature of multi-contact tube reactors for the first step of the two-stage partial oxidation of propylene to acrylic acid is usually 300 to 400 ° C. The salt bath temperature of multi-contact tube reactors for the second Step of the partial oxidation of propylene to acrylic acid, the Partial oxidation of acrolein to acrylic acid, is usually 200 to 350 ° C. In addition, will the heat exchange agents (preferably molten salts) normally in such amounts by the relevant multi-contact tube fixed bed reactors guided, that the difference between their input and their output temperature usually ≤ 5 ° C. As already mentioned, can however, both steps of the partial oxidation of propylene to acrylic acid also as described in DE-A 101 21 592 in a reactor on a Charging be done.
Es
sei auch nochmals erwähnt,
dass ein Teil des Reaktionsgasausgangsgemischs
Hierbei handelt es sich, wie bereits gesagt, um ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas, das nach der Zielproduktabtrennung (Acrolein- und/oder Acrylsäureabtrennung) vom Produktgasgemisch der Partialoxidation verbleibt und teilweise als inertes Verdünnungsgas in die Beschickung für den ersten und/oder gegebenenfalls zweiten Schritt der Partialoxidation von Propylen zu Acrolein und/oder Acrylsäure rückgeführt werden kann.in this connection it is, as already said, a molecular oxygen containing gas which, after the target product separation (acrolein and / or acrylic acid separation) from the product gas mixture of the partial oxidation remains and partially as inert diluent gas in the feed for the first and / or optionally second step of the partial oxidation from propylene to acrolein and / or acrylic acid can be recycled.
Bevorzugt wird solches Propan, molekularen Sauerstoff und gegebenenfalls nicht umgesetztes Propylen enthaltendes Oxidationskreisgas jedoch vorteilhaft ausschließlich in die gegebenenfalls als Propylenquelle fungierende heterogen katalysierte Propandehydrierung rückgeführt.Prefers Will such propane, molecular oxygen and possibly not reacted propylene-containing oxidation gas, however, advantageous exclusively in the optionally acting as a propylene heterogeneously catalyzed Propane dehydrogenation recycled.
Insgesamt bildet ein Rohrbündelreaktor innerhalb dessen sich die Katalysatorbeschickung längs der einzelnen Kontaktrohre mit Beendigung des ersten Reaktionsschrittes entsprechend ändert (derartige zweistufige Propylenpartialoxidationen im sogenannten „Single-Reactor" lehren z. B. die EP-A 91 13 13, die EP-A 97 98 13, die EP-A 99 06 36 und die DE-A 28 30 765) die einfachste Realisierungsform zweier Oxidationsstufen für die beiden Schritte der Partialoxidation von Propylen zu Acrylsäure. Gegebenenfalls wird dabei die Beschickung der Kontaktrohre mit Katalysator durch eine Inertmaterialschüttung unterbrochen.All in all forms a tube bundle reactor within which the catalyst feed along the individual Change contact tubes with completion of the first reaction step accordingly (such Two-stage propylene partial oxidations in the so-called "single reactor" teach, for example, the EP-A 91 13 13, EP-A 97 98 13, EP-A 99 06 36 and DE-A 28 30 765) the simplest form of realization of two oxidation states for the two Steps of partial oxidation of propylene to acrylic acid. Possibly In this case, the feed of the catalyst tubes with catalyst an inert material bed interrupted.
Vorzugsweise werden die beiden Oxidationsstufen jedoch in Form zweier hintereinander geschalteter Rohrbündelsysteme realisiert. Diese können sich in einem Reaktor befinden, wobei der Übergang von einem Rohrbündel zum anderen Rohrbündel von einer nicht im Kontaktrohr untergebrachten (zweckmäßigerweise begehbaren) Schüttung aus Inertmaterial gebildet wird. Während die Kontaktrohre in der Regel von einem Wärmeträger umspült werden, erreicht dieser eine wie vorstehend beschrieben angebrachte Inertmaterialschüttung nicht. Mit Vorteil werden daher die beiden Kontaktrohrbündel in räumlich voneinander getrennten Reaktoren untergebracht. In der Regel befindet sich dabei zwischen den beiden Rohrbündelreaktoren ein Zwischenkühler, um eine gegebenenfalls erfolgende Acroleinnachverbrennung im Produktgasgemisch, das die erste Oxidationszone verlässt, zu mindern. Die Reaktionstemperatur in der ersten Reaktionsstufe (Propylen → Acrolein) liegt in der Regel bei 300 bis 450°C, bevorzugt bei 320 bis 390°C. Die Reaktionstemperatur in der zweiten Reaktionsstufe (Acrolein → Acrylsäure) liegt in der Regel bei 200 bis 370°C, häufig bei 220 bis 330°C. Der Reaktionsdruck beträgt in beiden Oxidationszonen zweckmäßig 0,5 bis 5, vorteilhaft 1 bis 3 bar. Die Belastung (Nl/l·h) der Oxidationskatalysatoren mit Reaktionsgas beträgt in beiden Reaktionsstufen häufig 1500 bis 2500 Nl/l·h bzw. bis 4000 Nl/l·h. Die Belastung mit Propylen kann dabei bei 100 bis 200 oder 300 und mehr Nl/l·h liegen.Preferably However, the two oxidation states are in the form of two consecutively switched tube bundle systems realized. these can are in a reactor, the transition from a tube bundle to other tube bundle from a not in the contact tube accommodated (appropriately walkable) fill is formed from inert material. While the contact tubes in the Usually be lapped by a heat transfer medium, this does not reach an inert material bed attached as described above. Advantageously, therefore, the two catalyst tube bundles in spatially separate reactors accommodated. As a rule, this is between the two Tube reactors an intercooler, an optional acrolein afterburning in the product gas mixture, which leaves the first oxidation zone to reduce. The reaction temperature in the first reaction stage (propylene → acrolein) is usually at 300 to 450 ° C, preferably at 320 to 390 ° C. The reaction temperature in the second reaction stage (acrolein → acrylic acid) is usually at 200 to 370 ° C, often at 220 to 330 ° C. Of the Reaction pressure is in both oxidation zones appropriate 0.5 to 5, advantageously 1 to 3 bar. The load (Nl / l · h) of Oxidation catalysts with reaction gas is in both reaction stages often 1500 to 2500 Nl / l · h or up to 4000 Nl / l · h. The load of propylene can be 100 to 200 or 300 and more Nl / lh lie.
Prinzipiell können die beiden Oxidationsstufen beim erfindungsgemäßen Verfahren so gestaltet werden, wie es z. B. in der DE-A 198 37 517, der DE-A 199 10 506, der DE-A 199 10 508 sowie der DE-A 198 37 519 beschrieben ist.In principle, the two oxidation states in the process according to the invention can be designed as described, for. In DE-A 198 37 517, DE-A 199 10 506, DE-A 199 10 508 and DE-A 198 37 519 is described.
In beiden Reaktionsstufen wirkt sich dabei ein Überschuss an molekularem Sauerstoff relativ zur reaktionsstöchiometrisch erforderlichen Menge in der Regel vorteilhaft auf die Kinetik der jeweiligen Gasphasenpartialoxidation aus.In Both reaction stages have an excess of molecular oxygen relative to the reaction stoichiometric required amount usually beneficial to the kinetics of respective gas phase partial oxidation.
Prinzipiell ist die erfindungsgemäße heterogen katalysierte Gasphasen-Partialoxidation von Propylen zu Acrylsäure aber auch in einem einzigen Einzonenrohrbündelreaktor wie folgt realisierbar. Beide Reaktionsschritte erfolgen in einem Oxidationsreaktor der mit einem oder mehreren Katalysatoren beschickt ist, deren Aktivmasse ein die Elemente Mo, Fe und Bi enthaltendes Multimetalloxid ist, das die Umsetzung beider Reaktionsschritte zu katalysieren vermag. Selbstredend kann sich auch diese Katalysatorbeschickung längs der Reaktionskoordinate kontinuierlich oder abrupt ändern. Natürlich kann bei einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen zweistufigen Partialoxidation von Propylen zu Acrylsäure in Gestalt zweier hintereinandergeschalteter Oxidationsstufen aus dem das die erste Oxidationsstufe verlassenden Produktgasgemisch in selbigem enthaltenes, in der ersten Oxidationsstufe als Nebenprodukt entstandenes, Kohlenoxid und Wasserdampf bei Bedarf vor der Weiterleitung in die zweite Oxidationsstufe teilweise oder vollständig abgetrennt werden. Vorzugsweise wird man erfindungsgemäß eine Verfahrensweise wählen, die solch einer Abtrennung nicht vorsieht.in principle is the heterogeneous invention catalyzed gas phase partial oxidation of propylene to acrylic acid but also in a single single tube bundle reactor as follows feasible. Both reaction steps take place in an oxidation reactor of is charged with one or more catalysts whose active composition is a multimetal oxide containing Mo, Fe and Bi, which is capable of catalyzing the reaction of both reaction steps. Of course, this catalyst feed can also be along the reaction coordinate change continuously or abruptly. Naturally can in one embodiment a two-stage according to the invention Partial oxidation of propylene to acrylic acid in the form of two series-connected Oxidation levels from that leaving the first oxidation stage Product gas mixture contained selbigem, in the first oxidation stage by-product, carbon monoxide and water vapor as needed before passing to the second oxidation stage partially or Completely be separated. Preferably, according to the invention, a procedure choose, which does not provide for such a separation.
Als Quellen für eine zwischen beiden Oxidationsstufen durchgeführte Sauerstoffzwischeneinspeisung kommen, wie bereits gesagt, neben Luft (bevorzugt) sowohl reiner molekularer Sauerstoff als auch mit Inertgas wie CO2, CO, Edelgasen, N2 und/oder gesättigten Kohlenwasserstoffen verdünnter molekularer Sauerstoff in Betracht.As sources for an oxygen intermediate feed carried out between the two oxidation stages, as already mentioned, in addition to air (preferably) both pure molecular oxygen and inert molecular gas diluted with inert gas such as CO 2 , CO, noble gases, N 2 and / or saturated hydrocarbons are considered.
Durch
Zudosieren von z. B. kalter Luft zu heißem Produktgasgemisch
Erfindungsgemäß vorteilhaft
erfolgt die Partialoxidation von Acrolein zu Acrylsäure wie
in der EP-A 11 59 246, und ganz besonders bevorzugt wie in der WO
04/085365 sowie in der WO 04/085370 beschrieben. Erfindungsgemäß bevorzugt
wird dabei als Acrolein enthaltendes Reaktionsgasausgangsgemisch
jedoch ein Reaktionsgasausgangsgemisch
D.h., die erfindungsgemäße Partialoxidation von Acrolein zu Acrylsäure lässt sich vorteilhaft an einem Katalysatorfestbett mit erhöhter Acroleinbelastung durchführen, das wenigstens zwei Temperaturzonen aufweist.that is, the partial oxidation according to the invention from acrolein to acrylic acid let yourself perform advantageous on a fixed catalyst bed with increased Acroleinbelastung, the has at least two temperature zones.
D.h.,
eine vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Partialoxidation
des Acroleins zu Acrylsäure
ist ein Verfahren, bei dem man das Reaktionsgasausgangsgemisch
- a)
die Belastung der Festbettkatalysatorschüttung mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch
3 enthaltenen Acrolein ≥ 150 Nl Acrolein/l Festbettkatalysatorschüttung·h beträgt, - b) die Festbettkatalysatorschüttung aus einer in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Reaktionszonen C*, D* angeordneten Festbettkatalysatorschüttung besteht, wobei die Temperatur der Reaktionszone C* 230 bis 270°C und die Temperatur der Reaktionszone D* 250 bis 300°C beträgt und gleichzeitig wenigstens 5°C oberhalb der Temperatur der Reaktionszone C* liegt,
- c) das Reaktionsgasausgangsgemisch
3 die Reaktionszonen C*, D* in der zeitlichen Abfolge „erst C*'', „dann D*'' durchströmt und - d) sich die Reaktionszone C* bis zu einem Umsatz des Acroleins von 55 bis 85 molerstreckt.
- a) the load of the fixed bed catalyst bed with that in the reaction gas starting mixture
3 acrolein ≥ 150 Nl acrolein / l fixed-bed catalyst bed · h, - b) the fixed-bed catalyst charge consists of a fixed-bed catalyst charge arranged in two successive reaction zones C *, D *, wherein the temperature of the reaction zone C * is 230 to 270 ° C and the temperature of the reaction zone D * 250 to 300 ° C and at the same time at least 5 ° C is above the temperature of the reaction zone C *,
- c) the reaction gas starting mixture
3 the reaction zones C *, D * in the time sequence "first C *", then "D *" flows through and - d) the reaction zone C * extends to a conversion of acrolein of 55 to 85 mol.
Im übrigen wird auf die EP-A 1159246 verwiesen.Otherwise, will to EP-A 1159246.
D.h.
aber auch, eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Partialoxidation
des Acroleins zu Acrlysäure
ist ein erfindungsgemäßes Verfahren,
bei dem man das Reaktionsgasausgangsgemisch
- – die Festbettkatalysatorschüttung in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Temperaturzonen C, D angeordnet ist,
- – sowohl die Temperatur der Temperaturzone C als auch die Temperatur der Temperaturzone D eine Temperatur im Bereich von 230 bis 320°C ist,
- – die
Festbettkatalysatorschüttung
aus wenigstens zwei räumlich
aufeinanderfolgenden Festbettkatalysatorschüttungszonen besteht, wobei
die volumenspezifische Aktivität
innerhalb einer Festbettkatalysatorschüttungszone im wesentlichen
konstant ist und in Strömungsrichtung
des Reaktionsgasgemisches
3 beim Übergang von einer Festbettkatalysatorschüttungszone in eine andere Festbettkatalysatorschüttungszone sprunghaft zunimmt, - – sich die Temperaturzone C bis zu einem Umsatz des Acroleins von 45 bis 85 mol-% erstreckt,
- – bei
einmaligem Durchgang des Reaktionsgasausgangsgemisches
3 durch die gesamte Festbettkatalysatorschüttung der Acroleinumsatz ≥ 90 mol-% und die Selektivität der Acrylsäurebildung, bezogen auf umgesetztes Acrolein, ≥ 90 mol-% beträgt, - – die
zeitliche Abfolge, in der das Reaktionsgasgemisch
3 die Temperaturzonen C, D durchströmt, der alphabetischen Abfolge der Temperaturzonen entspricht, - – die
Belastung der Festbettkatalysatorschüttung mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch
3 enthaltenen Acrolein ≥ 70 Nl Acrolein/l Festbettkatalysatorschüttung·h beträgt, und - – die
Differenz TmaxC – TmaxD,
gebildet aus der höchsten
Temperatur TmaxC, die das Reaktionsgasgemisch
3 innerhalb der Temperaturzone C aufweist, und der höchsten Temperatur TmaxD die das Reaktionsgasgemisch3 innerhalb der Temperaturzone D aufweist, ≥ 0°C beträgt,
- The fixed catalyst bed is arranged in two spatially successive temperature zones C, D,
- Both the temperature of the temperature zone C and the temperature of the temperature zone D is a temperature in the range of 230 to 320 ° C,
- - The fixed bed catalyst bed consists of at least two spatially sequential fixed bed catalyst bed zones, wherein the volume-specific activity is substantially constant within a fixed bed catalyst bed and in the flow direction of the reaction gas mixture
3 increases abruptly during the transition from one fixed bed catalyst bed zone to another fixed bed catalyst bed zone, - The temperature zone C extends to a conversion of the acrolein of 45 to 85 mol%,
- - With a single pass of the starting reaction gas mixture
3 the acrolein conversion is ≥90 mol% and the selectivity of the acrylic acid formation, based on reacted acrolein, is ≥90 mol% through the entire fixed-bed catalyst bed, - - The time sequence in which the reaction gas mixture
3 the temperature zones C, D flows through, which corresponds to the alphabetical sequence of the temperature zones, - - The burden of fixed bed catalyst bed with that in the starting reaction gas mixture
3 acrolein ≥ 70 Nl acrolein / l fixed bed catalyst bed · h, and - - The difference T maxC - T maxD , formed from the highest temperature T maxC , the reaction gas mixture
3 within the temperature zone C, and the highest temperature T maxD the the reaction gas mixture3 within the temperature zone D, ≥ 0 ° C,
Nähere Angaben zu dieser Verfahrensweise finden sich in der WO 04/085370, die integraler Bestandteil dieser Schrift ist, sowie im weiteren Verlauf dieser Schrift bei der Beschreibung der besonders bevorzugten zweistufigen Partialoxidation von Propylen zu Acrylsäure.Details For this procedure can be found in WO 04/085370, the integral Part of this document is, as well as in the further course of this Scripture in the description of the most preferred two-stage Partial oxidation of propylene to acrylic acid.
Eine
solche bevorzugte zweistufige Partialoxidation von Propylen zu Acrylsäure kann
vorteilhaft wie in der EP-A 1159248 sowie in der WO 04/085367 beschrieben
durchgeführt
werden, jedoch mit dem Unterschied, dass als Reaktionsgasausgangsgemisch
für die
erste Oxidationsstufe (Propylen zu Acrolein) ein erfindungsgemäßes Reaktionsgasausgangsgemisch
D.h.,
man wird zunächst
ein erfindungsgemäßes Reaktionsgasausgangsgemisch
- a) die
Belastung der Festbettkatalysatorschüttung
1 mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch2 enthaltenen Propen > 160 Nl Propen/l Festbettkatalysatorschüttung 1·h beträgt, - b) die erste Festbettkatalysatorschüttung aus einer in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Reaktionszonen A*, B* angeordneten Festbettkatalysatorschüttung besteht, wobei die Temperatur der Reaktionszone A* 300 bis 390°C und die Temperatur der Reaktionszone B* 305 bis 420°C beträgt und gleichzeitig wenigstens 5°C oberhalb der Temperatur der Reaktionszone A* liegt,
- c) das Reaktionsgasausgangsgemisch
2 die Reaktionszonen A*, B* in der zeitlichen Abfolge „erst A*'', „dann B*'' durchströmt, - d) die Reaktionszone A* sich bis zu einem Umsatz des Propens von 40 bis 80 mol-% erstreckt,
- e) die Belastung der Festbettkatalysatorschüttung
2 mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch3 enthaltenen Acrolein ≥ 140 Nl Acrolein/l Festbettkatalysatorschüttung 2·h beträgt, - f) die Festbettkatalysatorschüttung
2 aus einer in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Reaktionszonen C*, D* angeordneten Festbettkatalysatorschüttung2 besteht, wobei die Temperatur der Reaktionszone C* 230 bis 270°C und die Temperatur der Reaktionszone D* 250 bis 300°C beträgt und gleichzeitig wenigstens 10°C oberhalb der Reaktionszone C* liegt, - g) das Reaktionsgasausgangsgemisch
3 die Rektionszonen C*, D* in der zeitlichen Abfolge „erst C*'', „dann D*'' durchströmt und - h) sich die Reaktionszone C* bis zu einem Umsatz des Acroleins von 55 bis 85 mol-% erstreckt.
- a) the load of the fixed bed catalyst bed
1 with the starting gas in the reaction mixture2 propene> 160 Nl propene / l fixed-bed catalyst bed 1 × h, - b) the first fixed-bed catalyst charge consists of a fixed-bed catalyst charge arranged in two spatially successive reaction zones A *, B *, the temperature of the reaction zone A * 300 to 390 ° C and the temperature of the reaction zone B * is 305 to 420 ° C and at the same time at least 5 ° C above the temperature of the reaction zone A *,
- c) the reaction gas starting mixture
2 flows through the reaction zones A *, B * in the time sequence "first A *", then "B *", - d) the reaction zone A * extends to a conversion of the propene of 40 to 80 mol%,
- e) the load of the fixed bed catalyst bed
2 with the starting gas in the reaction mixture3 acrolein ≥ 140 Nl acrolein / l fixed-bed catalyst bed 2 × h, - f) the fixed bed catalyst bed
2 from a fixed bed catalyst bed arranged in two spatially successive reaction zones C *, D *2 where the temperature of the reaction zone C * is 230 to 270 ° C and the temperature of the reaction zone D * is 250 to 300 ° C and at the same time at least 10 ° C above the reaction zone C *, - g) the reaction gas starting mixture
3 the reaction zones C *, D * in the time sequence "first C *", then "D *" flows through and - h) the reaction zone C * extends to a conversion of the acrolein of 55 to 85 mol%.
Im übrigen wird auf die EP-A 1159248 verwiesen.Otherwise, will to EP-A 1159248.
Besonders
bevorzugt wird man sie jedoch gemäß der WO 04/085369 durchführen, die
integraler Bestandteil dieser Schrift ist, jedoch mit dem Unterschied,
dass als Reaktionsgasausgangsgemisch für die erste Oxidationsstufe
(Propylen zu Acrolein) ein erfindungsgemäßes Reaktionsgasausgangsgemisch
D.
h., man wird zunächst
ein erfindungsgemäßes Reaktionsgasausgangsgemisch
- – die
Festbettkatalysatorschüttung
1 in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Temperaturzonen A, B angeordnet ist, - – sowohl die Temperatur der Temperaturzone A als auch die Temperatur der Temperaturzone B eine Temperatur im Bereich von 290 bis 380°C ist,
- – die
Festbettkatalysatorschüttung
1 aus wenigstens zwei räumlich aufeinander folgenden Festbettkatalysatorschüttungszonen besteht, wobei die volumenspezifische Aktivität innerhalb einer Festbettkatalysatorschüttungszone im wesentlichen konstant ist und in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches2 beim Übergang von einer Festbettkatalysatorschüttungszone in eine andere Festbettkatalysatorschüttungszone sprunghaft zunimmt, - – sich die Temperaturzone A bis zu einem Umsatz des Propens von 40 bis 80 mol-% erstreckt,
- – bei
einmaligem Durchgang des Reaktionsgasausgangsgemisches
2 durch die gesamte Festbettkatalysatorschüttung1 der Propenumsatz ≥ 90 mol-% und die Selektivität der Acroleinbildung sowie der Acrylsäurenebenproduktbildung zusammengenommen und bezogen auf umgesetztes Propen ≥ 90 mol-% beträgt, - – die
zeitliche Abfolge, in der das Reaktionsgasgemisch
2 die Temperaturzonen A, B durchströmt, der alphabetischen Abfolge der Temperaturzonen A, B entspricht, - – die
Belastung der Festbettkatalysatorschüttung
1 mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch2 enthaltenen Propen ≥ 90 Nl Propen/l Festbettkatalysatorschüttung1 ·h beträgt, und - – die
Differenz TmaxA – TmaxB,
gebildet aus der höchsten
Temperatur TmaxA, die das Reaktionsgasgemisch
2 innerhalb der Temperaturzone A aufweist, und der höchsten Temperatur TmaxB, die das Reaktionsgasgemisch2 innerhalb der Temperaturzone B aufweist, ≥ 0°C beträgt, danach die Temperatur des die erste Reaktionsstufe verlassenden Produktgasgemisches2 durch Kühlung gegebenenfalls verringern und dem Produktgasgemisch2 gegebenenfalls molekularen Sauerstoff und/oder Inertgas, vorzugsweise gegebenenfalls Luft, zugeben, und es anschließend als Acrolein, molekularen Sauerstoff und wenigstens ein Inertgas enthaltendes Reaktionsgasausgangsgemisch3 , das den molekularen Sauerstoff und das Acrolein in einem molaren Verhältnis O2:C3H4O ≥ 0,5 enthält, in einer zweiten Reaktionsstufe mit der Maßgabe über eine Festbettkatalysatorschüttung2 , deren Aktivmasse wenigstens ein die Elemente Mo und V enthaltendes Multimetalloxid ist, führen, dass - – die
Festbettkatalysatorschüttung
2 in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Temperaturzonen C, D angeordnet ist, - – sowohl die Temperatur der Temperaturzone C als auch die Temperatur der Temperaturzone D eine Temperatur im Bereich von 230 bis 320°C ist,
- – die
Festbettkatalysatorschüttung
2 aus wenigstens zwei räumlich aufeinanderfolgenden Festbettkatalysatorschüttungszonen besteht, wobei die volumenspezifi sche Aktivität innerhalb einer Festbettkatalysatorschüttungszone im wesentlichen konstant ist und in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches3 beim Übergang von einer Festbettkatalysatorschüttungszone in eine andere Festbettkatalysatorschüttungszone sprunghaft zunimmt, - – sich die Temperaturzone C bis zu einem Umsatz des Acroleins von 45 bis 85 mol-% erstreckt,
- – bei
einmaligem Durchgang des Reaktionsgasausgangsgemisches
3 durch die gesamte Festbettkatalysatorschüttung2 der Acroleinumsatz ≥ 90 mol-% und die Selektivität der Acrylsäurebildung, bezogen auf über beide Reaktionsstufen umgesetztes Propen, ≥ 80 mol-% beträgt, - – die
zeitliche Abfolge, in der das Reaktionsgasgemisch
3 die Temperaturzonen C, D durchströmt, der alphabetischen Abfolge der Temperaturzonen C, D entspricht, - – die
Belastung der Festbettkatalysatorschüttung
2 mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch3 enthaltenen Acrolein ≥ 70 Nl Acrolein/l Festbettkatalysatorschüttung 2·h beträgt, und - – die
Differenz TmaxC – TmaxD gebildet
aus der höchsten
Temperatur TmaxC, die das Reaktionsgasgemisch
3 innerhalb der Temperaturzone C aufweist, und der höchsten Temperatur TmaxD, die das Reaktionsgasgemisch3 innerhalb der Temperaturzone D aufweist, ≥ 0°C beträgt,
- - The fixed bed catalyst bed
1 is arranged in two spatially successive temperature zones A, B, - Both the temperature of the temperature zone A and the temperature of the temperature zone B is a temperature in the range from 290 to 380 ° C,
- - The fixed bed catalyst bed
1 consists of at least two spatially sequential fixed-bed catalyst bed zones, wherein the volume-specific activity within a fixed-bed catalyst bed zone is substantially constant and in the flow direction of the reaction gas mixture2 increases abruptly during the transition from one fixed bed catalyst bed zone to another fixed bed catalyst bed zone, - The temperature zone A extends to a conversion of the propene of 40 to 80 mol%,
- - With a single pass of the starting reaction gas mixture
2 through the entire fixed bed catalyst bed1 the propene conversion is ≥90 mol% and the selectivity of the formation of acrolein and the by-product of acrylic acid by-product taken together is ≥90 mol%, based on the amount of propene converted, - - The time sequence in which the reaction gas mixture
2 the temperature zones A, B flows through, corresponds to the alphabetical sequence of the temperature zones A, B, - - The burden of fixed bed catalyst bed
1 with the starting gas in the reaction mixture2 Propene ≥ 90 Nl propene / l fixed-bed catalyst bed1 · H is, and - - The difference T maxA - T maxB , formed from the highest temperature T maxA , the reaction gas mixture
2 within the temperature zone A, and the highest temperature T maxB containing the reaction gas mixture2 within the temperature zone B, ≥ 0 ° C, then the temperature of the first reaction stage leaving the product gas mixture2 optionally reduce by cooling and the product gas mixture2 optionally molecular oxygen and / or inert gas, preferably optionally air, and then adding it as acrolein, molecular oxygen and at least one inert gas containing reaction gas starting mixture3 containing the molecular oxygen and the acrolein in a molar ratio of O 2 : C 3 H 4 O ≥ 0.5, in a second reaction stage, as determined by a fixed bed catalyst bed2 , whose active material is at least one multimetal oxide containing the elements Mo and V, lead that - - The fixed bed catalyst bed
2 is arranged in two spatially successive temperature zones C, D, - Both the temperature of the temperature zone C and the temperature of the temperature zone D is a temperature in the range of 230 to 320 ° C,
- - The fixed bed catalyst bed
2 consists of at least two spatially sequential fixed bed catalyst bed zones, the volume-specific activity within a fixed bed catalyst bed zone being substantially constant and in the flow direction of the reaction gas mixture3 in the transition from one fixed bed catalyst bed zone to another fixed bed catalyst bed zone increases dramatically, - The temperature zone C extends to a conversion of the acrolein of 45 to 85 mol%,
- - With a single pass of the starting reaction gas mixture
3 through the entire fixed bed catalyst bed2 the acrolein conversion is ≥90 mol% and the selectivity of the acrylic acid formation, based on propene reacted over both reaction stages, is ≥80 mol%, - - The time sequence in which the reaction gas mixture
3 the temperature zones C, D flows through, corresponds to the alphabetical sequence of the temperature zones C, D, - - The burden of fixed bed catalyst bed
2 with the starting gas in the reaction mixture3 acrolein ≥ 70 Nl acrolein / l fixed-bed catalyst bed 2 × h, and - - The difference T maxC - T maxD formed from the highest temperature T maxC , which is the reaction gas mixture
3 within the temperature zone C, and the highest temperature T maxD , which is the reaction gas mixture3 within the temperature zone D, ≥ 0 ° C,
Unter der Temperatur einer Temperaturzone wird dabei die Temperatur des in der Temperaturzone befindlichen Teils der Festbettkatalysatorschüttung bei Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, jedoch in Abwesenheit einer chemischen Reaktion verstanden. Ist diese Temperatur innerhalb der Temperaturzone nicht konstant, so meint der Begriff Temperatur einer Temperaturzone hier den (Zahlen)mittelwert der Temperatur der Festbettkatalysatorschüttung längs der Reaktionszone. Wesentlich ist dabei, dass die Temperierung der einzelnen Temperaturzonen im wesentlichen unabhängig voneinander erfolgt.Under The temperature of a temperature zone is the temperature of the in the temperature zone located part of the fixed bed catalyst bed at exercise of the method according to the invention, but understood in the absence of a chemical reaction. is this temperature is not constant within the temperature zone, so The term temperature of a temperature zone here means the (numbers) mean value the temperature of the fixed catalyst bed along the reaction zone. Essential is that the temperature of the individual temperature zones in essentially independent from each other.
Da
sowohl die heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von
Propen zu Acrolein als auch die heterogen katalysierte partielle
Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure eine ausgeprägt exotherme
Reaktion ist, ist sowohl die Temperatur des Reaktionsgasgemisches
In der Regel wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Differenz TmaxA – TmaxB nicht mehr als 80°C betragen. Erfindungsgemäß bevorzugt beträgt TmaxA – TmaxB ≥ 3°C und ≤ 70°C. Ganz besonders bevorzugt beträgt TmaxA – TmaxB beim erfindungsgemäßen Verfahren ≥ 20°C und ≤ 60°C.As a rule, in the method according to the invention the difference T maxA - T maxB will not be more than 80 ° C. According to the invention, T maxA -T maxB ≥ 3 ° C. and ≦ 70 ° C. is preferred. With very particular preference, T maxA -T maxB in the process according to the invention is ≥ 20 ° C. and ≦ 60 ° C.
Die
erfindungsgemäß geforderten
Differenzen TmaxA – TmaxB stellen
sich bei der Ausübung
des erfindungsgemäßen Verfahren
im Fall von eher niederen (≥ 90
Nl/l·h
und ≤ 160
Nl/l·h)
Propenbelastungen der Festbettkatalysatorschüttung
Bei Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter (erfindungsgemäß bevorzugt) erhöhten Propenbelastungen (≥ 160 Nl/l·h und ≤ 300 Nl/l·h, bzw. ≤ 600 Nl/l · h) stellen sich die erfindungsgemäß geforderten Differenzen TmaxA – TmaxB normalerweise dann ein, wenn einerseits sowohl die Temperatur der Reaktionszone A als auch die Temperatur der Reaktionszone B im Bereich von 290 bis 380°C liegt und TB – TA ≥ 0°C und ≤ 50°C, oder ≥ 5°C und ≤ 45°C, oder ≥ 10°C und ≤ 40°C, oder ≥ 15°C und ≤ 30°C oder ≤ 35°C (z.B. 20°C oder 25°C) beträgt.When the process according to the invention is carried out under increased propene loadings (≥ 160 Nl / l · h and ≤ 300 Nl / l · h, or ≤ 600 Nl / l · h, respectively), the differences T maxA -T maxB required according to the invention arise normally when on the one hand both the temperature of the reaction zone A and the temperature of the reaction zone B in the range of 290 to 380 ° C and T B - T A ≥ 0 ° C and ≤ 50 ° C, or ≥ 5 ° C and ≤ 45 ° C, or ≥ 10 ° C and ≤ 40 ° C, or ≥ 15 ° C and ≤ 30 ° C or ≤ 35 ° C (eg 20 ° C or 25 ° C).
Die vorgenannte Aussage betreffend die Temperaturdifferenzen TB – TA gilt regelmäßig auch dann, wenn die Temperatur der Reaktionszone A im bevorzugten Bereich von 305 bis 365°C bzw. im besonders bevorzugten Bereich von 310 bis 340°C liegt.The aforementioned statement regarding the temperature differences T B - T A applies regularly even if the temperature of the reaction zone A in the preferred range of 305 to 365 ° C or in the most preferred range of 310 to 340 ° C.
Die
Propenbelastung der Festbettkatalysatorschüttung
Erfindungsgemäß bevorzugt erstreckt sich die Temperaturzone A bis zu einem Umsatz des Propens von 50 bis 70 mol-% bzw. 60 bis 70 mol-%.According to the invention, the temperature zone A preferably extends to a conversion of the propene from 50 to 70 mol% and 60 to 70 mol%, respectively.
In der Regel wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Differenz TmaxC – TmaxD nicht mehr als 75°C betragen. Erfindungsgemäß bevorzugt beträgt TmaxC – TmaxD ≥ 3°C und ≤ 60°C. Ganz besonders bevorzugt beträgt TmaxC – TmaxD beim erfindungsgemäßen Verfahren ≥ 5°C und ≤ 40°C.As a rule, in the method according to the invention the difference T maxC - T maxD will not be more than 75 ° C. According to the invention, T maxC - T maxD ≥ 3 ° C and ≤ 60 ° C. With very particular preference T maxC - T maxD in the process according to the invention is ≥ 5 ° C and ≤ 40 ° C.
Die
erfindungsgemäß geforderten
Differenzen TmaxC – TmaxD stellen
sich bei der Ausübung
des erfindungsgemäßen Verfahren
im Fall von eher niederen (≥70
Nl/l·h
und ≤ 150
Nl/l·h)
Acroleinbelastungen der Festbettkatalysatorschüttung
Bei Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter erhöhten Propenbelastungen und damit gleichzeitig erhöhten Acroleinbelastungen (≥ 150 Nl/l·h und ≤ 300 Nl/l·h, bzw. ≤ 600 Nl/l·) stellen sich die erfindungsgemäß geforderten Differenzen TmaxC – TmaxD normalerweise dann ein, wenn einerseits sowohl die Temperatur der Reaktionszone C als auch die Temperatur der Reaktionszone D im Bereich von 230 bis 320°C liegt und TD – TC ≥ 0°C und ≤ 40°C, oder ≥ 5°C und ≤ 35°C, bzw. 30°C, oder ≥ 10°C und ≤ 25°C, bzw. ≤ 20°C, oder ≤ 15°C beträgt.When the process according to the invention is carried out under increased propene loadings and thus simultaneously increased acrolein loadings (≥ 150 Nl / l ·h and ≦ 300 Nl / l ·h, or ≦ 600 Nl / l ·), the differences T maxC -T maxD required according to the invention arise normally when on the one hand both the temperature of the reaction zone C and the temperature of the reaction zone D in the range of 230 to 320 ° C and T D - T C ≥ 0 ° C and ≤ 40 ° C, or ≥ 5 ° C and ≤ 35 ° C, or 30 ° C, or ≥ 10 ° C and ≤ 25 ° C, or ≤ 20 ° C, or ≤ 15 ° C.
Die vorgenannte Aussage betreffend die Temperaturdifferenzen TC – TC gilt regelmäßig auch dann, wenn die Temperatur der Reaktionszone C im bevorzugten Bereich von 250 bis 300°C bzw. im besonders bevorzugten Bereich von 260 bis 280°C liegt.The aforementioned statement regarding the temperature differences T C - T C applies regularly even if the temperature of the reaction zone C in the preferred range of 250 to 300 ° C or in the most preferred range of 260 to 280 ° C.
Die
Acroleinbelastung der Festbettkatalysatorschüttung
Erfindungsgemäß bevorzugt erstreckt sich die Temperaturzone C bis zu einem Umsatz des Acroleins von 50 bis 85 mol-% bzw. 60 bis 85 mol-%.According to the invention preferred The temperature zone C extends to a conversion of the acrolein of 50 to 85 mol% or 60 to 85 mol%.
Der Arbeitsdruck kann dabei in beiden Reaktionsstufen sowohl unterhalb von Normaldruck (z. B. bis zu 0,5 bar) als auch oberhalb von Normaldruck liegen. Typischerweise wird der Arbeitsdruck in den beiden Reaktionsstufen bei Werten von 1 bis 5 bar, häufig 1 bis 3 bar liegen.Of the Working pressure can be in both reaction stages both below from normal pressure (eg up to 0.5 bar) as well as above atmospheric pressure lie. Typically, the working pressure in the two reaction stages at values of 1 to 5 bar, often 1 to 3 bar.
Normalerweise wird der Reaktionsdruck in keiner der beiden Reaktionsstufen 100 bar überschreiten.Usually the reaction pressure in any of the two reaction stages 100 bar.
In
der Regel wird der auf den einfachen Durchgang der Festbettkatalysatorschüttung
In
der Regel wird beim vorstehend beschriebenen Verfahren die Acroleinbelastung
der Festbettkatalysatorschüttung
In
der Regel wird der auf den einfachen Durchgang der Festbettkatalysatorschüttung
Bei
in an sich bekannter Weise geeigneter Wahl der Festbettkatalysatorschüttungen
Für die beschriebene
Verfahrensweise wesentlich ist, dass die Festbettkatalysatorschüttung
Die volumenspezifische (d. h., die auf die Einheit der jeweiligen Schüttungsvolumens normierte) Aktivität einer Festbettkatalysatorschüttungszone kann nun in über die Festbettkatalysatorschüttungszone im wesentlichen konstanter Weise dadurch eingestellt werden, dass man von einer Grundmenge einheitlich hergestellter Katalysatorformkörper ausgeht (ihre Schüttung entspricht der maximal erzielbaren volumenspezifischen Aktivität) und diese in der jeweiligen Festbettkatalysatorschüttungszone mit sich bezüglich der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation im wesentlichen inert verhaltenden Formkörpern (Verdünnungsformkörper) homogen verdünnt. Je höher der Anteil der Verdünnungsformkörper gewählt wird, desto geringer ist die in einem bestimmten Volumen der Schüttung enthaltene Aktivmasse bzw. Katalysatoraktivität. Als Materialien für solche inerten Verdünnungsformkörper kommen prinzipiell alle diejenigen in Betracht, die sich auch als Trägermaterial für erfindungsgemäß geeignete Schalenkatalysatoren eigenen.The volume specific (i.e., based on the unit of the respective bulk volume normalized) activity a fixed bed catalyst bed zone can now in about the fixed bed catalyst bed zone be adjusted in a substantially constant manner that one starts from a basic amount of uniformly prepared catalyst molding (her fill corresponds to the maximum achievable volume-specific activity) and these in the respective fixed bed catalyst bed zone with respect to the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation substantially inertly behaving moldings (Dilution molding) homogeneous diluted. The higher the proportion of dilution molded bodies is selected the lower is the volume contained in a certain volume of the bed Active mass or catalyst activity. As materials for such come inert diluent molding in principle, all those considered as carrier material suitable for the invention Own shell catalysts.
Als solche Materialien kommen z. B. poröse oder unporöse Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Thoriumdioxid, Zirkondioxid, Siliziumcarbid, Silikate wie Magnesium -oder Aluminiumsilikat oder der bereits erwähnte Steatit (z. B. Steatit C-220 der Fa. Ceram Tec) in Betracht.When such materials come z. B. porous or nonporous aluminas, Silica, thoria, zirconia, silicon carbide, silicates such as magnesium or aluminum silicate or the already mentioned steatite (eg Steatite C-220 from Ceram Tec).
Die Geometrie solcher inerter Verdünnungsformkörper kann im Prinzip beliebig sein. D. h., es können beispielsweise Kugeln, Polygone, Vollzylinder oder auch Ringe sein. Erfindungsgemäß bevorzugt wird man als inerte Verdünnungsformkörper solche wählen, deren Geometrie derjenigen der mit ihnen zu verdünnenden Katalysatorformkörper entspricht.The Geometry of such inert diluent bodies can in principle be arbitrary. That is, for example, balls, Polygons, solid cylinders or rings. According to the invention preferred Will be as inert diluent such choose, whose geometry corresponds to that of the catalyst molding to be diluted with them.
Erfindungsgemäß günstig ist
es, wenn sich die chemische Zusammensetzung der verwendeten Aktivmasse über die
gesamte Festbettkatalysatorschüttung
Eine
in Strömungsrichtung
des Reaktionsgasgemisches
Eine zonenweise Zunahme der volumenspezifischen Aktivität ist aber auch z. B. dadurch möglich, dass man bei gleich bleibender Geometrie und Aktivmassenart eines Schalenkatalysatorformkörpers zonenweise die Dicke der auf dem Träger aufgebrachten Aktivmassenschicht erhöht oder in einem Gemisch aus Schalenkatalysatoren mit gleicher Geometrie aber mit unterschiedlichem Gewichtsanteil der Aktivmasse zonenweise den Anteil an Katalysatorformkörpern mit höherem Aktivmassenanteil steigert. Alternativ kann man auch die Aktivmassen selbst verdünnen, in dem man bei der Aktivmassenherstellung z. B. in das zu calcinierende Trockengemisch aus Ausgangsverbindungen inerte verdünnend wirkende Materialien wie hochgebranntes Siliciumdioxid einarbeitet. Unterschiedliche Zusatzmengen an verdünnend wirkendem Material führen automatisch zu unterschiedlichen Aktivitäten. Je mehr verdünnend wirkendes Material zugesetzt wird, desto geringer wird die resultierende Aktivität sein. Analoge Wirkung lässt sich z. B. auch dadurch erzielen, dass man bei Mischungen aus Vollkatalysatoren und aus Schalenkatalysatoren (bei identischer Aktivmasse) in entsprechender Weise das Mischungsverhältnis verändert. Des weiteren lässt sich eine Variation der volumenspezifischen Aktivität durch den Einsatz von Katalysatorgeometrien mit unterschiedlicher Schüttdichte erzielen (z.B. bei Vollkatalysatoren mit identischer Aktivmassenzusammensetzung der verschiedenen Geometrien). Selbstredend lassen sich die beschriebenen Varianten auch kombiniert anwenden.A However, there is a zonal increase in volume-specific activity also z. B. thereby possible that one at a constant geometry and Aktivmassenart a shell catalyst molding zonewise the thickness of the on the support applied active mass layer increased or in a mixture of coated catalysts with the same geometry but with different weights the active mass zone by piece the proportion of catalyst bodies with higher Active mass fraction increases. Alternatively, you can also the active masses even dilute, in which one in the active mass production z. B. in the calcined Dry mixture of starting compounds inert diluent acting Materials such as burned-in silica incorporated. different Additional amounts of diluting acting material lead automatically to different activities. The more diluting active material is added, the lower the resulting activity be. Analogous effect leaves z. B. also achieve that in mixtures of solid catalysts and of shell catalysts (with identical active material) in a corresponding Way the mixing ratio changed. Furthermore, lets a variation of the volume-specific activity the use of catalyst geometries with different bulk density (e.g., in full catalysts having identical active composition the different geometries). Needless to say, the described Apply variants also in combination.
Natürlich können für die Festbettkatalysatorschüttung
Vorab
und/oder im Anschluss an die Festbettkatalysatorschüttung
Häufig weisen die für solche Inertmaterialschüttungen verwendeten Formkörper die ringförmige Geometrie 7 mm × 7 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) oder die kugelförmige Geometrie mit dem Durchmesser d = 4 – 5 mm auf. Die Temperaturzonen A und B können sich beim erfindungsgemäßen Verfahren auch auf die Inertmaterialschüttungen erstrecken. Erfindungsgemäß vorteilhaft erfassen sowohl die Temperaturzone A als auch die Temperaturzone B jeweils nicht mehr als drei Festbettkatalysatorschüttungszonen (erfindungsgemäß zwingend wird wenigstens eine Festbettkatalysatorschüttungszone von beiden Temperaturzonen erfasst).Often point the for Such Inertmaterialschüttungen used moldings the ring-shaped Geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) or the spherical one Geometry with the diameter d = 4 - 5 mm. The temperature zones A and B can in the method according to the invention also on the Inertmaterialschüttungen extend. According to the invention advantageous capture both the temperature zone A and the temperature zone B each no more than three fixed bed catalyst bed zones (mandatory according to the invention becomes at least one fixed bed catalyst bed zone of both temperature zones detected).
Erfindungsgemäß besonders vorteilhaft umfasst die gesamte Festbettkatalysatorschüttung nicht mehr als fünf, zweckmäßig nicht mehr als vier bzw. drei Festbettkatalysatorschüttungszonen.Particularly according to the invention Advantageously, the entire fixed bed catalyst bed does not comprise more than five, not functional more than four or three fixed bed catalyst bed zones.
Beim Übergang
von einer Festbettkatalysatorschüttungszone
in eine andere Festbettkatalysatorschüttungszone (in Strömungsrichtung
des Reaktionsgasgemisches
Häufig wird
beim erfindungsgemäßen Verfahren
die Festbettkatalysatorschüttung
Erfindungsgemäß bevorzugt
ist die in Strömungsrichtung
des Reaktionsgasgemisches
Besteht
die Festbettkatalysatorschüttung
Besteht
die Festbettkatalysatorschüttung
Im
Fall einer Gleichstromführung
von Reaktionsgasgemisch und Wärmeträgern in
den Temperaturzonen A und B kann es vorteilhaft sein, wenn beim
erfindungsgemäßen Verfahren
innerhalb der Festbettkatalysatorschüttung
Generell
lässt sich
die volumenspezifische Aktivität
zwischen zwei Festbettkatalysatorschüttungszonen einer Festbettkatalysatorschüttung
Beträgt die Gesamtlänge der
Festbettkatalysatorschüttung
1 L1, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn
sich im Bereichbzw. im Bereichbzw. im Bereichkein Übergang von einer Festbettkatalysatorschüttungszone
in eine andere Festbettkatalysatorschüttungszone befindet, wobei
X der Ort (die Stelle) innerhalb der Festbettkatalysatorschüttung
Bevorzugt
ist beim vorstehend beschrieben Verfahren die Festbettkatalysatorschüttung
Zunächst auf
einer Länge
von 10 bis 60 %, bevorzugt 10 bis 50 %, besonders bevorzugt 20 bis
40 % und ganz besonders bevorzugt 25 bis 35 % (d. h. z. B. auf einer
Länge von
0,70 bis 1,50 m, bevorzugt 0,90 bis 1,20 m), jeweils der Gesamtlänge der
Festbettkatalysatorschüttung
Das
Vorgenannte trifft auch dann zu, wenn anstelle inerter Verdünnungsformkörper Schalenkatalysatorformkörper verwendet
werden, deren Aktivmassenanteil um 2 bis 15 Gew.-% Punkte tiefer
liegt, als der Aktivmassenanteil der am Ende der Festbettkatalysatorschüttung
Eine
reine Inertmaterialschüttung,
deren Länge,
bezogen auf die Länge
der Festbettkatalysatorschüttung
Erfindungsgemäß vorteilhaft
erstreckt sich nun bei den vorgenannten Festbettkatalysatorschüttungen
Zweckmäßig erstreckt
sich die Temperaturzone A auch auf eine zur Festbettkatalysatorschüttung
Für die Vorteilhaftigkeit
der beschriebenen Verfahrensweise wesentlich ist ferner, dass die
Festbettkatalysatorschüttung
Die volumenspezifische (d. h., die auf die Einheit des jeweiligen Schüttungsvolumens normierte) Aktivität einer Festbettkatalysatorschüttungszone kann nun in über die Festbettkatalysatorschüttungszone im wesentlichen konstanter Weise dadurch eingestellt werden, dass man von einer Grundmenge einheitlich hergestellter Katalysatorformkörper ausgeht (ihre Schüttung entspricht der maximal erzielbaren volumenspezifischen Aktivität) und diese in der jeweiligen Festbettkatalysatorschüttungszone mit sich bezüglich der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation im wesentlichen inert verhaltenden Formkörpern (Verdünnungsformkörper) homogen verdünnt. Je höher der Anteil der Verdünnungsformkörper gewählt wird, desto geringer ist die in einem bestimmten Volumen der Schüttung enthaltene Aktivmasse bzw. Katalysatoraktivität. Als Materialien für solche inerten Verdünnungsformkörper kommen prinzipiell alle diejenigen in Betracht, die sich auch als Trägermaterial für erfindungsgemäß geeignete Schalenkatalysatoren eignen.The volume-specific (that is, the unit of the respective bulk volume normalized) activity a fixed bed catalyst bed zone can now in about the fixed bed catalyst bed zone be adjusted in a substantially constant manner that one starts from a basic amount of uniformly prepared catalyst molding (her fill corresponds to the maximum achievable volume-specific activity) and these in the respective fixed bed catalyst bed zone with respect to the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation substantially inertly behaving moldings (Dilution molding) homogeneous diluted. The higher the proportion of dilution molded bodies is selected the lower is the volume contained in a certain volume of the bed Active mass or catalyst activity. As materials for such come inert diluent molding in principle, all those considered as carrier material suitable for the invention Shell catalysts are suitable.
Als solche Materialien kommen z. B. poröse oder unporöse Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Thoriumdioxid, Zirkondioxid, Siliciumcarbid, Silikate wie Magnesium- oder Aluminiumsilikat oder der bereits erwähnte Steatit (z. B. Steatit C-220 der Fa. Cerm Tec) in Betracht.When such materials come z. B. porous or nonporous aluminas, Silica, thoria, zirconia, silicon carbide, silicates such as magnesium or aluminum silicate or the already mentioned steatite (eg steatite C-220 from Cerm Tec).
Die Geometrie solcher inerter Verdünnungsformkörper kann im Prinzip beliebig sein. D. h., es können beispielsweise Kugeln, Polygone, Vollzylinder oder auch Ringe sein. Erfindungsgemäß bevorzugt wird man als inerte Verdünnungsformkörper solche wählen, deren Geometrie derjenigen der mit ihnen zu verdünnenden Katalysatorformkörper entspricht.The Geometry of such inert diluent bodies can in principle be arbitrary. That is, for example, balls, Polygons, solid cylinders or rings. According to the invention preferred Will be as inert diluent such choose, whose geometry corresponds to that of the catalyst molding to be diluted with them.
Erfindungsgemäß günstig ist
es, wenn sich die chemische Zusammensetzung der verwendeten Aktivmasse über die
gesamte Festbettkatalysatorschüttung
Eine
in Strömungsrichtung
des Reaktionsgasgemisches
Eine zonenweise Zunahme der volumenspezifischen Aktivität ist aber auch z. B. dadurch möglich, dass man bei gleich bleibender Geometrie und Aktivmassenart eines Schalenkatalysatorformkörpers zonenweise die Dicke der auf dem Träger aufgebrachten Aktivmassenschicht erhöht oder in einem Gemisch aus Schalenkatalysatoren mit gleicher Geometrie aber mit unterschiedlichem Gewichtsanteil der Aktivmasse zonenweise den Anteil an Katalysatorformkörpern mit höherem Aktivmassengewichtsanteil steigert. Alternativ kann man auch die Aktivmassen selbst verdünnen, in dem man bei der Aktivmassenherstellung z. B. in das zu calcinierende Trockengemisch aus Ausgangsverbindungen inerte verdünnend wirkende Materialien wie hochgebranntes Siliciumdioxid einarbeitet. Unterschiedliche Zusatzmengen an verdünnend wirkendem Material führen automatisch zu unterschiedlichen Aktivitäten. Je mehr verdünnend wirkendes Material zugesetzt wird, desto geringer wird die resultierende Aktivität sein. Analoge Wirkung lässt sich z. B. auch dadurch erzielen, dass man bei Mischungen aus Vollkatalysatoren und aus Schalenkatalysatoren (bei identischer Aktivmasse) in entsprechender Weise das Mischungsverhältnis verändert. Des weiteren lässt sich eine Variation der volumenspezifischen Aktivität durch den Einsatz von Katalysatorgeometrien mit unterschiedlicher Schüttdichte erzielen (z. B. bei Vollkatalysatoren mit identischer Aktivmassenzusammensetzung der verschiedenen Geometrien). Selbstredend lassen sich die beschriebenen Varianten auch kombiniert anwenden.A zonal increase in volume-specific activity is also z. Example, by the fact that the thickness of the applied on the support active mass layer increases or increases in a mixture of shell catalysts with the same geometry but with different weight fraction of the active composition zone by zone the proportion of catalyst moldings with higher active mass fraction in a constant geometry and Aktivmassenart a shell catalyst. Alternatively, one can also dilute the active compounds themselves, in which one in the active mass production z. B. incorporated into the calcined dry mixture of starting compounds inert diluting materials such as burned silica. Different additional amounts of diluting material automatically lead to different activities. The more diluting material is added, the lower will be the resulting activity. Analogous effect can be z. B. also achieve that changes in mixtures of solid catalysts and coated catalysts (with identical active material) in a corresponding manner, the mixing ratio. Furthermore, it is possible to achieve a variation of the volume-specific activity by using catalyst geometries with different bulk density (for example in the case of unsupported catalysts with identical active-mass composition of the different geometries). Needless to say, the variants described can also be used in combination.
Natürlich können für die Festbettkatalysatorschüttung
Vorab
und/oder im Anschluss an die Festbettkatalysatorschüttung
Häufig weisen die für solche Inertmaterialschüttungen verwendeten Formkörper die ringförmige Geometrie 7 mm × 7 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) oder die kugelförmige Geometrie mit dem Durchmesser d = 4 – 5 mm auf. Die Temperaturzone C und D können sich beim erfindungsgemäßen Verfahren auch auf die Inertmaterialschüttungen erstrecken. Erfindungsgemäß vorteilhaft erfassen sowohl die Temperaturzone C als auch die Temperaturzone D jeweils nicht mehr als drei Festbettkatalysatorschüttungszonen (erfindungsgemäß zwingend wird wenigstens eine Festbettkatalysatorschüttungszone von beiden Temperaturzonen erfasst).Often point the for Such Inertmaterialschüttungen used moldings the ring-shaped Geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) or the spherical one Geometry with the diameter d = 4 - 5 mm. The temperature zone C and D can in the method according to the invention also on the Inertmaterialschüttungen extend. According to the invention advantageous capture both the temperature zone C and the temperature zone D no more than three fixed bed catalyst bed zones each (mandatory according to the invention becomes at least one fixed bed catalyst bed zone of both temperature zones detected).
Erfindungsgemäß besonders
vorteilhaft umfasst die gesamte Festbettkatalysatorschüttung
Beim Übergang
von einer Festbettkatalysatorschüttungszone
in eine andere Festbettkatalysatorschüttungszone (in Strömungsrichtung
des Reaktionsgasgemisches
Häufig wird
beim erfindungsgemäßen Verfahren
die Festbettkatalysatorschüttung
Erfindungsgemäß bevorzugt
ist die in Strömungsrichtung
des Reaktionsgasgemisches
Besteht
die Festbettkatalysatorschüttung
Besteht
die Festbettkatalysatorschüttung
Im
Fall einer Gleichstromführung
von Reaktionsgasgemisch
Die
volumenspezifische Aktivität
zwischen zwei Festbettkatalysatorschüttungszonen innerhalb der Festbettkatalysatorschüttung
Beträgt die Gesamtlänge der
Festbettkatalysatorschüttung
Bevorzugt
ist beim vorstehend beschriebenen Verfahren die Festbettkatalysatorschüttung
Zunächst auf
einer Länge
von 10 bis 60 %, bevorzugt 10 bis 50 %, besonders bevorzugt 20 bis
40 % und ganz besonders bevorzugt 25 bis 35 % (d. h., z. B. auf
einer Länge
von 0,70 bis 1,50 m, bevorzugt 0,90 bis 1,20 m), jeweils der Gesamtlänge der
Festbettkatalysatorschüttung
Das
Vorgenannte trifft insbesondere dann zu, wenn in der Festbettkatalysatorschüttung
Das oben Genannte trifft auch dann zu, wenn anstelle inerter Verdünnungsformkörper Schalenkatalysatorformkörper verwendet werden, deren Aktivmassenanteil um 2 bis 15 Gew.-% Punkte tiefer liegt, als der Aktivmassenanteil der Schalenkatalysatorformkörper am Ende der Festbettkatalysatorschüttung.The The above also applies if, instead of inert dilution molded bodies, coated catalyst tablets are used whose active mass fraction by 2 to 15 wt .-% points deeper is, as the active material content of the shell catalyst moldings on End of the fixed bed catalyst bed.
Eine
reine Inertmaterialschüttung,
deren Länge,
bezogen auf die Länge
der Festbettkatalysatorschüttung
Erfindungsgemäß vorteilhaft
erstreckt sich nun bei den vorgenannten Festbettkatalysatorschüttungen
In anwendungstechnisch zweckmäßiger Weise erfolgt die Durchführung der ersten Reaktionsstufe des vorstehend beschriebenen Verfahrens in einem Zweizonenrohrbündelreaktor, wie er z. B. in den DE-A's 199 10 508, 199 48 523, 199 10 506 und 199 48 241 beschrieben ist. Eine bevorzugte Variante eines erfindungsgemäß einsetzbaren Zweizonenrohrbündelreaktors offenbart die DE-C 28 30 765. Aber auch die in der DE-C 25 13 405, der US-A 3,147,084, der DE-A 22 01 528, der EP-A 38 32 24 und der DE-A 29 03 218 offenbarten Zweizonenrohrbündelreaktoren sind für eine Durchführung der ersten Reaktionsstufe des vorstehend beschriebenen Verfahrens geeignet.In in terms of application technology appropriate manner the implementation takes place the first reaction stage of the method described above in a two-zone tube bundle reactor, as he z. In DE-A's 199 10,508, 199 48 523, 199 10 506 and 199 48 241. A preferred variant of an inventively employable two-zone tube bundle reactor DE-C 28 30 765. But also in DE-C 25 13 405, the US-A 3,147,084, DE-A 22 01 528, EP-A 38 32 24 and DE-A 29 03 218 disclosed two-zone tube bundle reactors are for a implementation of the first reaction stage of the method described above.
D.
h., in einfachster Weise befindet sich die zu verwendende Festbettkatalysatorschüttung
Anwendungstechnisch zweckmäßig umfasst die erste Reaktionsstufe des beschriebenen Verfahrens keine weiteren Temperaturzonen. D. h., das Salzbad B umströmt zweckmäßig den Abschnitt der Rohre, in welchem sich die oxidative Anschlussumset zung des Propens (beim einfachen Durchgang) bis zu einem Umsatzwert ≥ 90 mol-%, oder ≥ 92 mol-% oder ≥ 94 mol-% oder mehr vollzieht.application point expediently includes the first reaction stage of the method described no further Temperature zones. D. h., The salt bath B flows around the appropriate section of the tubes, in which the oxidative Anschlussumset tion of Propens (in single pass) up to a conversion value ≥ 90 mol%, or ≥ 92 mol% or ≥ 94 mol% or more.
Üblicherweise liegt der Beginn der Temperaturzone B hinter dem Heißpunktmaximum der Temperaturzone A.Usually the beginning of the temperature zone B is behind the hotspot maximum the temperature zone A.
Die beiden Salzbäder A, B können erfindungsgemäß relativ zur Strömungsrichtung des durch die Reaktionsrohre strömenden Reaktionsgasgemisches im Gleichstrom oder im Gegenstrom durch den die Reaktionsrohre umgebenden Raum geführt werden.The two salt baths A, B can relative to the invention to the flow direction of the flowing through the reaction tubes Reaction gas mixture in cocurrent or in countercurrent through the the reaction tubes surrounding space are performed.
Selbstverständlich kann erfindungsgemäß auch in der Temperaturzone A eine Gleichströmung und in der Temperaturzone B eine Gegenströmung (oder umgekehrt) angewandt werden.Of course you can also in accordance with the invention the temperature zone A is a direct flow and in the temperature zone B is a counterflow (or vice versa).
Selbstverständlich kann man in allen vorgenannten Fallkonstellationen innerhalb der jeweiligen Temperaturzone der, relativ zu den Reaktionsrohren, erfolgenden Parallelströmung der Salzschmelze noch eine Querströmung überlagern, so dass die einzelne Reaktionszone einem wie in der EP-A 700 714 oder in der EP-A 700 893 beschriebenen Rohrbündelreaktor entspricht und insgesamt im Längsschnitt durch das Kontaktrohrbündel ein mäanderförmiger Strömungsverlauf des Wärmeaustauschmittels resultiert.Of course, in all the above case constellations within the respective temperature zone of the, taking place relative to the reaction tubes, parallel flow of the molten salt one more Superimpose cross flow, so that the individual reaction zone corresponds to a tube bundle reactor as described in EP-A 700 714 or in EP-A 700 893 and a meandering in longitudinal section through the contact tube bundle results in a meandering flow pattern of the heat exchange medium.
Zweckmäßigerweise
wird beim beschriebenen Verfahren das Reaktionsgasausgangsgemisch
Üblicherweise
sind in den Zweizonenrohrbündelreaktoren
die Kontaktrohre aus ferritischem Stahl gefertigt und weisen in
typischer Weise eine Wanddicke von 1 bis 3 mm auf. Ihr Innendurchmesser
beträgt
in der Regel 20 bis 30 mm, häufig
21 bis 26 mm. Ihre Länge
beträgt
zweckmäßig 2 bis
4 m, bevorzugt 2,5 bis 3,5 m. In jeder Temperaturzone belegt die
Festbettkatalysatorschüttung
Als Wärmeaustauschmittel eignen sich auch für die Zweizonenfahrweise insbesondere fluide Temperiermedien. Besonders günstig ist die Verwendung von Schmelzen von Salzen wie Kaliumnitrat, Kaliumnitrit, Natriumnitrit und/oder Natriumnitrat, oder von niedrig schmelzenden Metallen wie Natrium, Quecksilber sowie Legierungen verschiedener Metalle.When Heat exchange means are also suitable for the two-zone mode of operation, in particular fluid temperature control media. Especially Cheap is the use of melts of salts such as potassium nitrate, potassium nitrite, sodium nitrite and / or sodium nitrate, or of low-melting metals such as Sodium, mercury and alloys of various metals.
In der Regel wird bei allen vorstehend erwähnten Konstellationen der Stromführung in den Zweizonenrohrbündelreaktoren die Fließgeschwindigkeit innerhalb der beiden erforderlichen Wärmeaustauschmittelkreisläufen so gewählt, dass die Temperatur des Wärmeaustauschmittels von der Eintrittsstelle in die Temperaturzone bis zur Austrittstelle aus der Temperaturzone (bedingt durch die Exothermie der Reaktion) um 0 bis 15°C ansteigt. D. h., das vorgenannte ΔT kann erfindungsgemäß 1 bis 10°C, oder 2 bis 8°C oder 3 bis 6°C betragen.In The rule is in all the above-mentioned constellations of power in the two-zone tube bundle reactors the flow rate within the two required heat exchange fluid circuits so selected that the temperature of the heat exchange medium from the point of entry into the temperature zone to the exit point from the temperature zone (due to the exothermic nature of the reaction) around 0 to 15 ° C increases. That is, the aforementioned ΔT can according to the invention 1 to 10 ° C, or 2 to 8 ° C or 3 to 6 ° C.
Die
Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels
in die Temperaturzone A liegt erfindungsgemäß normalerweise im Bereich
von 290 bis 380°C,
bevorzugt im Bereich von 305 bis 365°C und besonders bevorzugt im
Bereich von 310 bis 340°C
bzw. bei 330°C.
Bei Propenbelastungen der Festbettkatalysatorschüttung
Es
sei an dieser Stelle auch noch einmal darauf hingewiesen, dass für eine Durchführung der
Reaktionsstufe
Im Übrigen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das die erste Reaktionsstufe verlassende Produktgasgemisch vor dem Eintritt in die zweite Reaktionsstufe auf direkte und/oder indirekte Weise abzukühlen, um so eine Nachvollverbrennung von Teilen des in der ersten Reaktionsstufe gebildeten Acroleins zu unterdrücken. Üblicherweise wird dazu zwischen die beiden Reaktionsstufen ein Nachkühler geschaltet. Dies kann im einfachsten Fall ein indirekter Rohrbündelwärmeüberträger sein. Das Produktgasgemisch wird dabei in der Regel durch die Rohre geführt und um die Rohre wird ein Wärmetauschermedium geführt, dessen Art der für die Rohrbündelreaktoren empfohlenen Wärmetauschermedien entsprechen kann. Mit Vorteil ist das Rohrinnere mit inerten Füllkörpern (z. B. Spiralen aus Edelstahl, Ringe aus Steatit, Kugeln aus Steatit etc.) gefüllt. Selbige verbessern den Wärmeaustausch und fangen gegebenenfalls aus der Festbettkatalysatorschüttung der ersten Reaktionsstufe sublimierendes Molybdäntrioxid vor einem Eintritt desselben in die zweite Reaktionsstufe ab. Es ist von Vorteil, wenn der Nachkühler aus mit Zinksilicatfarbe beschichtetem rostfreiem Stahl gefertigt ist.Incidentally, it has proven expedient to cool the product gas mixture leaving the first reaction stage directly and / or indirectly before it enters the second reaction stage so as to suppress post-combustion of parts of the acrolein formed in the first reaction stage. Usually, an aftercooler is connected between the two reaction stages. In the simplest case, this can be an indirect shell-and-tube heat exchanger. The product gas mixture is usually passed through the pipes and around the pipes a heat exchanger medium is performed, the nature of the for the tube bundle reactors may correspond to recommended heat exchange media. Advantageously, the interior of the tube is filled with inert packing materials (eg spirals made of stainless steel, rings made of steatite, balls made of steatite, etc.). The same improves the heat exchange and, if appropriate, from the fixed bed catalyst bed of the first reaction stage, subliming molybdenum trioxide precedes its entry into the second reaction stage. It is advantageous if the aftercooler is made of zinc silicate coated stainless steel.
In der Regel wird der auf den einfachen Durchgang bezogene Propenumsatz beim erfindungsgemäßen Verfahren in der ersten Reaktionsstufe ≥ 92 mol-% oder ≥ 94 mol-% betragen. Die in der ersten Reaktionsstufe bei einfachem Durchgang resultierende Selektivität der Acroleinbildung sowie der Acrylsäurenebenproduktbildung wird dabei erfindungsgemäß zusammen regelmäßig ≥ 92 mol-% oder ≥ 94 mol-%, häufig ≥ 95 mol-% oder ≥ 96 mol-% bzw. ≥ 97 mol-% betragen.In The rule is the propene conversion related to the single pass in the method according to the invention in the first reaction stage ≥ 92 mol% or ≥ 94 mol%. The resulting in the first reaction step in a single pass selectivity acrolein formation as well as acrylic by-product formation according to the invention together regularly ≥ 92 mol% or ≥ 94 mol%, often ≥ 95 mol% or ≥ 96 mol% or ≥ 97 mol%.
Anwendungstechnisch
zweckmäßig wird
das Produktgasgemisch der ersten Reaktionsstufe im bereits erwähnten Nachkühler auf
eine Temperatur von 210 bis 290°C,
häufig
230 bis 280°C
oder 250 bis 270°C
abgekühlt.
Dabei kann die Abkühlung
des Produktgasgemisches der ersten Reaktionsstufe durchaus auf Temperaturen
erfolgen, die unterhalb der Temperatur der zweiten Reaktionsstufe
liegen. Die beschriebene Nachkühlung
ist jedoch keineswegs zwingend und kann insbesondere dann in aller
Regel entfallen, wenn der Weg des Produktgasgemisches von der ersten
Reaktionsstufe in die zweite Reaktionsstufe kurz gehalten wird.
Vorteilhaft wird das beschriebene zweistufige Verfahren ferner so
verwirklicht, dass man den Sauerstoffbedarf in der zweiten Reaktionsstufe
nicht bereits durch einen entsprechend hohen Sauerstoffgehalt des
Reaktionsgasausgangsgemisches
Wie die Durchführung der ersten Reaktionsstufe erfolgt auch die Durchführung der zweiten Reaktionsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens in anwendungstechnisch zweckmäßiger Weise in einem Zweizonenrohrbündelreaktor, wie er für die erste Reaktionsstufe bereits beschrieben wurde. Die Ausführungen hinsichtlich des Zweizonenrohrbündelreaktors für die erste Reaktionsstufe gelten deshalb auch für den Zweizonenrohrbündelreaktor für die zweite Reaktionsstufe.As the implementation In the first reaction stage, the implementation of the second reaction stage of the process according to the invention in application technology expedient manner in a two-zone tube bundle reactor, as he for the first reaction stage has already been described. The designs with regard to the two-zone tube bundle reactor for the first reaction stage therefore also apply to the two-zone tube bundle reactor for the second reaction stage.
D.
h., in einfacher Weise befindet sich die erfindungsgemäß zu verwendende
Festbettkatalysatorschüttung
D. h., in einfacher Weise umströmt z. B. ein Salzbad C diejenigen Abschnitte der Rohre (die Temperaturzone C), in welchem sich die oxidative Umsetzung des Acroleins (beim einfachen Durchgang) bis zum Erreichen eines Umsatzwertes im Bereich von 45 bis 85 mol-% (bevorzugt 50 bis 85 mol-%, besonders bevorzugt 60 bis 85 mol-%) vollzieht und ein Salzbad D umströmt den Abschnitt der Rohre (die Temperaturzone D), in welchem sich die oxidative Anschlussumsetzung des Acroleins (beim einfachen Durchgang) bis zum Erreichen eines Umsatzwertes von wenigstens 90 mol-% vollzieht (bei Bedarf können sich an die erfindungsgemäß anzuwendenden Temperaturzonen C, D weitere Temperaturzonen anschließen, die auf individuellen Temperaturen gehalten werden).D. h., flows around in a simple manner z. B. a salt bath C those sections of the tubes (the temperature zone C), in which the oxidative conversion of acrolein (at easy passage) until reaching a sales value in the range from 45 to 85 mol% (preferably 50 to 85 mol%, particularly preferably 60 to 85 mol%) and a salt bath D flows around the section of the tubes (the temperature zone D), in which the oxidative terminal conversion of acrolein (in single pass) until reaching one Sales value of at least 90 mol% completes (if necessary, can to be applied to the invention Temperature zones C, D connect further temperature zones, the kept at individual temperatures).
Anwendungstechnisch
zweckmäßig umfasst
die Reaktionsstufe
Üblicherweise liegt der Beginn der Temperaturzone D hinter dem Heißpunktmaximum der Temperaturzone CUsually the beginning of the temperature zone D is behind the hotspot maximum the temperature zone C
Die beiden Salzbäder C, D können erfindungsgemäß relativ zur Strömungsrichtung des durch die Reaktionsrohre strömenden Reaktiongasgemisches im Gleichstrom oder im Gegenstrom durch den die Reaktionsrohre umgebenden Raum geführt werden.The two salt baths C, D can relative to the invention to the flow direction of the flowing through the reaction tubes Reaction gas mixture in cocurrent or in countercurrent through the the reaction tubes surrounding space are performed.
Selbstverständlich kann erfindungsgemäß auch in der Temperaturzone C eine Gleich strömung und in der Temperaturzone D eine Gegenströmung (oder umgekehrt) angewandt werden.Of course you can also in accordance with the invention the temperature zone C a DC flow and in the temperature zone D a counterflow (or vice versa).
Selbstredend kann man in allen vorgenannten Fallkonstellationen innerhalb der jeweiligen Temperaturzone der, relativ zu den Reaktionsrohren, erfolgenden Parallelströmung der Salzschmelze noch eine Querströmung überlagern, so dass die einzelne Reaktionszone einem wie in der EP-A 700 714 oder in der EP-A 700 893 beschriebenen Rohrbündelreaktor entspricht und insgesamt im Längsschnitt durch das Kontaktrohrbündel ein mäanderförmiger Strömungsverlauf des Wärmeaustauschmittels resultiert.Needless to say, you can in all the above case constellations within the respective temperature zone of, taking place relative to the reaction tubes parallel flow the molten salt still overlap a cross-flow, so that the individual Reaction zone one as in EP-A 700 714 or in EP-A 700th 893 described tube bundle reactor corresponds and overall in longitudinal section through the contact tube bundle a meandering flow pattern of the heat exchange medium results.
Üblicherweise
sind in den vorgenannten Zweizonen-Rohrbündelreaktoren für die zweite
Reaktionsstufe die Kontaktrohre aus ferritischem Stahl gefertigt
und weisen in typischer Weise eine Wanddicke von 1 bis 3 mm auf.
Ihr Innendurchmesser beträgt
in der Regel 20 bis 30 mm, häufig
21 bis 26 mm. Ihre Länge
beträgt zweckmäßig 3 bis
4, bevorzugt 3,5 m. In jeder Temperaturzone belegt die Festbettkatalysatorschüttung
Als Wärmeaustauschmittel eignen sich insbesondere fluide Temperiermedien. Besonders günstig ist die Verwendung von Schmelzen von Salzen wie Kaliumnitrat, Kaliumnitrit, Natriumnitrit und/oder Natriumnitrat, oder von niedrig schmelzenden Metallen wie Natrium, Quecksilber sowie Legierungen verschiedener Metalle.When Heat exchange means In particular, fluid temperature control media are suitable. Particularly favorable is the Use of melts of salts such as potassium nitrate, potassium nitrite, Sodium nitrite and / or sodium nitrate, or of low-melting Metals such as sodium, mercury and alloys of various kinds Metals.
In der Regel wird bei allen vorstehend erwähnten Konstellationen der Stromführung in den Zweizonenrohrbündelreaktoren der zweiten Reaktionsstufe die Fließgeschwindigkeit innerhalb der beiden erforderlichen Wärmeaustauschmittelkreisläufe so gewählt, dass die Temperatur des Wärmeaustauschmittels von der Eintrittstelle in die Temperaturzone bis zur Austrittsstelle aus der Temperaturzone um 0 bis 15°C ansteigt. D. h., das vorgenannte ΔT kann erfindungsgemäß 1 bis 10°C, oder 2 bis 8°C oder 3 bis 6°C betragen.In The rule is in all the above-mentioned constellations of power in the two-zone tube bundle reactors the second reaction stage the flow rate within the two required heat exchange medium cycles chosen so that the temperature of the heat exchange medium from the entry point into the temperature zone to the exit point rises from 0 to 15 ° C from the temperature zone. That is, the aforementioned ΔT can according to the invention 1 to 10 ° C, or 2 to 8 ° C or 3 to 6 ° C be.
Die
Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels
in die Temperaturzone C liegt erfindungsgemäß normalerweise im Bereich
von 230 bis 320°C,
bevorzugt im Bereich von 250 bis 300°C und besonders bevorzugt im
Bereich von 260 bis 280°C.
Bei Acroleinbelastungen der Festbettkatalysatorschüttung
600 Nl/l·h) wird die Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Temperaturzone D erfindungsgemäß ebenfalls im Bereich von 230 bis 320°C, gleichzeitig aber normalerweise erfindungsgemäß zweckmäßig ≥ 0°C bis ≤ 40°C, oder ≥ 5°C und ≤ 35°C, bzw. 30°C, oder ≥ 10°C und ≤ 25°C, bzw. 20°C, oder 15°C oberhalb der Eintrittstemperatur des in die Temperaturzone C eintretenden Wärmeaustauschmittels liegen.600 Nl / lh) is the inlet temperature of the heat exchange medium in the Temperature zone D according to the invention also in the range of 230 to 320 ° C, at the same time but normally according to the invention suitably ≥ 0 ° C to ≤ 40 ° C, or ≥ 5 ° C and ≤ 35 ° C, or 30 ° C, or ≥ 10 ° C and ≤ 25 ° C, or 20 ° C, or 15 ° C above the inlet temperature of the entering into the temperature zone C heat exchange means are.
Es
sei an dieser Stelle auch noch einmal darauf hingewiesen, dass für eine Durchführung der
zweiten Reaktionsstufe des beschriebenen Verfahrens insbesondere
auch der in der DE-AS 22 01 528 beschriebene Zweizonenrohrbündelreaktortyp
verwendet werden kann, der die Möglichkeit
beinhaltet, vom heißeren
Wärmeaustauschmittel
der Temperaturzone D eine Teilmenge an die Temperaturzone C abzuführen, um
gegebenenfalls ein Anwärmen
eines zu kalten Reaktionsgasausgangsgemisches
Selbstredend
können
zur Durchführung
des beschriebenen Verfahrens zwei Zweizonenrohrbündelreaktoren zu einem Vierzonenrohrbündelreaktor
verschmolzen werden, wie es in der WO 01/36364 beschrieben ist.
Normalerweise befindet sich in diesen Fällen zwischen der Festbettkatalysatorschüttung
An
dieser Stelle sei noch festgehalten, dass als Aktivmassen sowohl
für die
Festbettkatalysatorschüttung
Günstige Ausgestaltungen
eines Zweizonenrohrbündelreaktors
für die
erste Reaktionsstufe können wie
folgt beschaffen sein (die konstruktive Detailgestaltung kann wie
in den Gebrauchsmusteranmeldungen 202 19 277.6, 2002 19 278.4 und
202 19 279.2 bzw. in den PCT-Anmeldungen PCT/EP02/14187, PCT/EP02/14188
oder PCT/EP02/14189 erfolgen): Kontaktrohre:
Anzahl
der Kontaktrohre im Rohrbündel:
z. B. 30000, oder 28000, oder 32000, oder 34000; zusätzlich bis
zu 10 Thermorohre (wie in EP-A 873 783 und EP-A 12 70 065 beschrieben),
die wie die Kontaktrohre beschickt sind (schneckenartig von ganz
außen
nach innen drehend) z. B. der selben Länge und Wandstärke, aber
mit einem Außendurchmesser
von z. B. 33,4 mm und einer zentrierten Thermohülse von z. B. 10 mm Außendurchmesser
und z. B. 1 mm Wandstärke;
Reaktor
(Material wie die Kontaktrohre):
Zylinderförmiger Behälter eines Innendurchmessers
von 6000 – 8000
mm;
Reaktorhauben plattiert mit Edelstahl des Typs 1,4541;
Plattierungsdicke: einige mm;
ringförmig angeordnetes Rohrbündel, z.
B. mit einem freien zentralen Raum;
Durchmesser des zentralen
freien Raumes: z. B. 1000 – 2500
mm (z. B. 1200 mm, oder 1400 mm, oder 1600 mm, oder 1800 mm, oder
2000 mm, oder 2200 mm, oder 2400 mm);
normalerweise homogene
Kontaktrohrverteilung im Rohrbündel
(
die
Kontaktrohre sind mit ihren Enden in Kontaktrohrböden (oberer
Boden und unterer Boden z. B. mit einer Dicke von 100 – 200 mm)
abdichtend befestigt und münden
am oberen Ende in eine mit dem Behälter verbundene Haube, die
einen Zulass für
das Reaktionsgasausgangsgemisch
die Umlenkscheibe weist bevorzugt Ringgeometrie auf;
die Kontaktrohre sind mit Vorteil am Trennblech abdichtend befestigt;
an den Umlenkscheiben sind sie nicht abdichtend befestigt, so dass
die Querströmungsgeschwindigkeit
der Salzschmelze innerhalb einer Zone möglichst konstant ist;
jede
Zone wird durch eine eigene Salzpumpe mit Salzschmelze als Wärmeträger versorgt;
die Zufuhr der Salzschmelze ist z. B. unterhalb der Umlenkscheibe
und die Entnahmeist z. B. oberhalb der Umlenkscheibe;
aus beiden
Salzschmelzekreisen wird z. B. ein Teilstrom entnommen und z. B.
in einem gemeinsamen oder zwei getrennten indirekten Wärmetauschern
abgekühlt
(Dampferzeugung);
im ersten Fall wird der abgekühlte Salzschmelzestrom
aufgeteilt, mit dem jeweiligen Reststrom vereinigt und durch die
jeweilige Pumpe in den entsprechenden Ringkanal, der die Salzschmelze über den
Behälterumfang verteilt,
in den Reaktor gedrückt;
durch
im Reaktormantel befindliche Fenster gelangt die Salzschmelze zum
Rohrbündel;
die Einströmung
erfolgt z. B. in radialer Richtung zum Rohrbündel;
die Salzschmelze
fließt
in jeder Zone der Vorgabe des Umlenkblechs folgend z. B. in der
Abfolge
- – von außen nach innen,
- – von innen nach außen,
durch um den Behälterumfang angebrachte Fenster sammelt sich die Salzschmelze an jedem Zonenende in einem um den Reaktormantel angebrachten Ringkanal, um einschließlich Teilstromkühlung im Kreis gepumpt zu werden;
über jede Temperaturzone wird die Salzschmelze von unten nach oben geführt;
Das Reaktionsgasgemisch verlässt den Reaktor der ersten Stufe mit einer Temperatur wenige Grad höher als die Salzbadeintrittstemperatur des ersten Reaktors. Das Reaktionsgasgemisch wird für die Weiterverarbeitung zweckmäßigerweise in einem separaten Nachkühler, der dem Reaktor der 1. Stufe nachgeschaltet ist, auf 220°C bis 280°C, bevorzugt 240°C bis 260°C abgekühlt.Number of contact tubes in the tube bundle: z. 30,000, or 28,000, or 32,000, or 34,000; additionally up to 10 thermotubes (as described in EP-A 873 783 and EP-A 12 70 065), which are charged like the contact tubes (spiraling from the very outward to the inside) z. B. the same length and wall thickness, but with an outside diameter of z. B. 33.4 mm and a centered thermal sleeve of z. B. 10 mm outer diameter and z. B. 1 mm wall thickness;
Reactor (material like the contact tubes):
Cylindrical container with an inside diameter of 6000 - 8000 mm;
Reactor hoods plated with Type 1.4541 stainless steel; Plating thickness: a few mm;
annularly arranged tube bundle, z. B. with a free central space;
Diameter of the central free space: z. 1000 - 2500 mm (eg 1200 mm, or 1400 mm, or 1600 mm, or 1800 mm, or 2000 mm, or 2200 mm, or 2400 mm);
normally homogeneous contact tube distribution in the tube bundle (
the contact tubes are sealingly fixed with their ends in contact tube bottoms (upper bottom and lower bottom, for example with a thickness of 100-200 mm) and open at the upper end into a hood connected to the container, which is an admission for the reaction gas starting mixture
the deflection pulley preferably has ring geometry; the contact tubes are sealingly attached to the separating plate with advantage; they are not attached sealingly to the deflecting disks, so that the transverse flow velocity of the molten salt within a zone is as constant as possible;
each zone is supplied with salt melt as a heat carrier by its own salt pump; the supply of molten salt is z. B. below the deflection pulley and the removal is z. B. above the deflection pulley;
from both molten salts z. B. removed a partial flow and z. B. cooled in a common or two separate indirect heat exchangers (steam generation);
in the first case, the cooled molten salt stream is split, combined with the respective residual stream and pressed by the respective pump into the corresponding annular channel, which distributes the molten salt over the container circumference, into the reactor;
through window located in the reactor jacket the molten salt reaches the tube bundle; the inflow occurs z. B. in the radial direction to the tube bundle;
the molten salt flows in each zone of the specification of the baffle following z. In sequence
- - from the outside to the inside,
- - from the inside to the outside,
through windows mounted around the vessel periphery, the molten salt at each zone end collects in a ring channel mounted around the reactor jacket to be circulated, including partial flow cooling;
over each temperature zone, the molten salt is passed from bottom to top;
The reaction gas mixture leaves the first stage reactor at a temperature a few degrees higher than the salt bath inlet temperature of the first reactor. The reaction gas mixture is suitably cooled to 220 ° C to 280 ° C, preferably 240 ° C to 260 ° C for further processing in a separate aftercooler downstream of the reactor of the 1st stage.
Der Nachkühler ist in der Regel unterhalb des unteren Rohrbodens angeflanscht und besteht normalerweise aus Rohren mit ferritischem Stahl. In die Rohre des Nachküh lers sind mit Vorteil innen Edelstahl-Blechspiralen, die teil- oder vollgewendelt sein können, zur Verbesserung des Wärmeübergangs eingeführt.Of the aftercooler is usually flanged below the lower tube plate and usually consists of tubes with ferritic steel. In the Pipes of the Nachküh lers are beneficial inside stainless steel sheet metal spirals, which are partially or fully wound could be, to improve the heat transfer introduced.
Salzschmelze:Molten salt:
Als Salzschmelze kann ein Gemisch aus 53 Gew.-% Kaliumnitrat, 40 Gew.-% Natriumnitrit und 7 Gew.-% Natriumnitrat verwendet werden; beide Reaktionszonen und der Nachkühler wenden mit Vorteil eine Salzschmelze derselben Zusammensetzung an; die in den Reaktionszonen umgepumpte Salzmenge kann je Zone ca. 10000 m3/h betragen.As a molten salt, a mixture of 53 wt .-% potassium nitrate, 40 wt .-% sodium nitrite and 7 wt .-% sodium nitrate can be used; both reaction zones and the aftercooler advantageously use a molten salt of the same composition; The amount of salt circulated in the reaction zones can be about 10000 m 3 / h per zone.
Stromführung:Flow Control:
Das
Reaktionsgasausgangsgemisch
- Abschnitt 1: 50 cm Länge Steatitringe der Geometrie 7 mm × 7 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) als Vorschüttung.
- Abschnitt 2: 140 cm Länge Katalysatorbeschickung mit einem homogenen Gemisch aus 30 Gew.-% an Steatitringen der Geometrie 5 mm × 3 mm × 2 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) und 70 Gew.-% Vollkatalysator aus Abschnitt 3.
- Abschnitt 3: 160 cm Länge Katalysatorbeschickung mit ringförmigem (5 mm × 3 mm × 2 mm = Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) Vollkatalysator gemäß Beispiel 1 der DE-A 10046957 (Stöchiometrie: [Bi2W2O9 × 2 WO3]0,5 [Mo12Co5,5Fe2,94Si1,59K0,08Ox]1).
- Section 1: 50 cm long steatite rings of geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as a pre-fill.
- Section 2: 140 cm length of catalyst feed with a homogeneous mixture of 30 wt% steatite rings of geometry 5 mm x 3 mm x 2 mm (outside diameter x length x inside diameter) and 70 wt% of full catalyst from section 3.
- Section 3: 160 cm length catalyst charge with annular (5 mm × 3 mm × 2 mm = outer diameter × length × inner diameter) unsupported catalyst according to Example 1 of DE-A 10046957 (stoichiometry: [Bi 2 W 2 O 9 × 2 WO 3 ] 0 , 5 [Mo 12 Co 5.5 Fe 2.94 Si 1.59 K 0.08 O x ] 1 ).
Günstige Ausgestaltungen
eines Zweizonenrohrbündelreaktors
für die
zweite Reaktionsstufe können wie
folgt beschaffen sein:
Alles wie beim Zweizonenrohrbündelreaktor
für die
erste Reaktionsstufe. Die Dicke des oberen und unteren Kontaktrohrbodens
beträgt
jedoch häufig
100 – 200
mm, z. B. 110 mm, oder 130 mm, oder 150 mm, oder 170 mm, oder 190
mm.Favorable embodiments of a two-zone tube bundle reactor for the second reaction stage may be as follows:
Everything like the two-zone tube bundle reactor for the first reaction stage. The thickness of the upper and lower contact tube bottom is often 100-200 mm, z. B. 110 mm, or 130 mm, or 150 mm, or 170 mm, or 190 mm.
Der Nachkühler entfällt; statt dessen münden die Kontaktrohre mit ihren unteren Öffnungen in eine am unteren Ende mit dem Behälter verbundene Haube mit Auslaß für das Produktgasgemisch; die obere Temperaturzone ist die Zone C und die untere Temperaturzone ist die Temperaturzone D. Zwischen Auslaß „Nachkühler" und Einlass „Reaktor für die zweite Reaktionsstufe" besteht zweckmäßig eine Zufuhrmöglichkeit für komprimierte Luft.Of the aftercooler eliminated; instead of this the contact tubes with their lower openings in one at the bottom End with the container connected hood with outlet for the product gas mixture; the upper temperature zone is zone C and the lower temperature zone is the temperature zone D. Between outlet "aftercooler" and inlet "reactor for the second reaction stage" is appropriate one supply ability for compressed Air.
Die Kontaktrohr- und Thermorohrbeschickung (von oben nach unten) kann z. B. wie folgt sein:.
- Abschnitt 1: 20 cm Länge Steatitringe der Geometrie 7 mm × 7 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) als Vorschüttung.
- Abschnitt 2: 90 cm Länge Katalysatorbeschickung mit einem homogenen Gemisch aus 30 Gew.-% an Steatit-Ringen der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) und 70 Gew.-% Schalenkatalysator aus Abschnitt 4.
- Abschnitt 3: 50 cm Länge Katalysatorbeschickung mit einem homogenen Gemisch aus 20 Gew.-% an Steatit-Ringen der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) und 80 Gew.-% Schalenkatalysator aus Abschnitt 4.
- Abschnitt 4: 190 cm Länge Katalysatorbeschickung mit ringförmigem (7 mm × 3 mm × 4 mm = Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) Schalenkatalysator gemäß Herstellungsbeispiel 5 der DE-A 100 46 928 (Stöchiometrie: Mo12V3W1,2Cu2,4Ox).
- Section 1: 20 cm length steatite rings of geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as a feed.
- Section 2: 90 cm length of catalyst feed with a homogeneous mixture of 30 wt% steatite rings of geometry 7 mm x 3 mm x 4 mm (outside diameter x length x inside diameter) and 70 wt% shell catalyst from section 4.
- Section 3: 50 cm in length Catalyst feed with a homogeneous mixture of 20 wt% steatite rings of geometry 7 mm x 3 mm x 4 mm (outside diameter x length x inside diameter) and 80 wt% shell catalyst from section 4.
- Section 4: 190 cm length catalyst charge with annular (7 mm × 3 mm × 4 mm = outer diameter × length × inner diameter) coated catalyst according to Preparation Example 5 of DE-A 100 46 928 (stoichiometry: Mo 12 V 3 W 1.2 Cu 2, 4 O x ).
Die Zweitstufen-Kontaktrohr- und Thermorohrbeschickung kann (von oben nach unten) auch so aussehen:
- Abschnitt 1: 20 cm Länge Steatitringe der Geometrie 7 mm × 7 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) als Vorschüttung.
- Abschnitt 2: 140 cm Länge Katalysatorbeschickung mit einem homogenen Gemisch aus 25 Gew.-% an Steatit-Ringen der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) und 75 Gew.-% Schalenkatalysator aus Abschnitt 3.
- Abschnitt 3: 190 cm Länge Katalysatorbeschickung mit ringförmigem (7 mm × 3 mm × 4 mm = Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) Schalenkatalysator gemäß Herstellungsbeispiel 5 der DE-A 100 46 928 (Stöchiometrie: Mo12V3W1,2Cu2,4Ox).
- Section 1: 20 cm length steatite rings of geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as a feed.
- Section 2: 140 cm length of catalyst feed with a homogeneous mixture of 25 wt% steatite rings of geometry 7 mm x 3 mm x 4 mm (outside diameter x length x inside diameter) and 75 wt% shell catalyst from section 3.
- Section 3: 190 cm length catalyst charge with annular (7 mm × 3 mm × 4 mm = outer diameter × length × inner diameter) coated catalyst according to Preparation Example 5 of DE-A 100 46 928 (stoichiometry: Mo 12 V 3 W 1.2 Cu 2, 4 O x ).
In der genannten Erststufenbeschickung kann der Vollkatalysator aus Beispiel 1 der DE-A 100 46 957 auch ersetzt werden durch:
- a) einen Katalysator gemäß Beispiel 1 c aus der EP-A 15 565 oder einen gemäß diesem Beispiel herzustellenden Katalysator, der jedoch die Aktivmasse Mo12Ni6,5Zn2Fe2Bi1P0,0065K0,06Ox·10 SiO2 aufweist;
- b) Beispiel Nr. 3 aus der DE-A 198 55 913 als Hohlzylindervollkatalysator der Geometrie 5 mm × 3 mm × 2 mm bzw. 5 mm × 2mm × 2mm;
- c) Multimetalloxid II – Vollkatalysator gemäß Beispie 1 der DE-A 197 46 210;
- d) einen der Schalenkatalysatoren 1, 2 und 3 aus der DE-A 100 63 162, jedoch bei gleicher Schalendicke auf Trägerringe der Geometrie 5 mm × 3 mm × 1,5 mm bzw. 7 mm × 3 mm × 1,5 mm aufgebracht;
- e) durch die Katalysatoren, insbesondere die Ausführungsbeispiele, der DE-A 10344149 und der DE-A 10353954.
- a) a catalyst according to Example 1c from EP-A 15 565 or a catalyst to be prepared according to this example but containing the active composition Mo 12 Ni 6.5 Zn 2 Fe 2 Bi 1 P 0.0065 K 0.06 O x · 10 SiO 2 ;
- b) Example No. 3 from DE-A 198 55 913 as hollow cylinder full catalyst of the geometry 5 mm × 3 mm × 2 mm or 5 mm × 2 mm × 2 mm;
- c) multimetal oxide II - full catalyst according to Example 1 of DE-A 197 46 210;
- d) one of the shell catalysts 1, 2 and 3 from DE-A 100 63 162, but applied with the same shell thickness on carrier rings of geometry 5 mm × 3 mm × 1.5 mm or 7 mm × 3 mm × 1.5 mm ;
- e) by the catalysts, in particular the embodiments, DE-A 10344149 and DE-A 10353954.
In allen vorgenannten Zweitstufenbeschickungen kann der Schalenkatalysator gemäß Herstellungsbeispiel 5 der DE-A 100 46 928 ersetzt werden durch:
- a) Schalenkatalysator S1 oder S7 aus der DE-A 4442346 mit einem Aktivmassenanteil von 27 Gew.-% und einer Schalendicke von 230 μm;
- b) einem Schalenkatalysator gemäß den Beispielen 1 bis 5 aus der DE-A 198 15 281, jedoch auf Trägerringe der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm mit einem Aktivmassenanteil von 20 Gew.-% aufgebracht;
- c) Schalenkatalysator mit zweiphasiger Aktivmasse der Stöchiometrie (Mo10,4V3W1,2Ox) (CuMo0,5W0,5O4)1,6, hergestellt gemäß DE-A 197 36 105 und mit einem Aktivmassenanteil von 20 Gew.-% auf den vorgenannten 7 mm × 3 mm × 4 mm Träger aufgebracht.
- a) coated catalyst S1 or S7 from DE-A 4442346 with an active composition content of 27 wt .-% and a shell thickness of 230 microns;
- b) a coated catalyst according to Examples 1 to 5 from DE-A 198 15 281, but applied to support rings of geometry 7 mm × 3 mm × 4 mm with an active material content of 20 wt .-%;
- c) coated catalyst with two-phase active mass of stoichiometry (Mo 10.4 V 3 W 1.2 O x ) (CuMo 0.5 W 0.5 O 4 ) 1.6 , prepared according to DE-A 197 36 105 and with an active mass fraction of 20 wt .-% applied to the aforementioned 7 mm × 3 mm × 4 mm support.
Im Übrigen werden
die Festbettkatalysatorschüttung
Nachkühler und Reaktor für die zweite Stufe sind durch ein Verbindungsrohr verbunden, dessen Länge weniger als 25 m beträgt.Aftercooler and Reactor for the second stage are connected by a connecting tube, the Less length than 25 m.
In den in dieser Schrift enthaltenen zweizonig ausgeführten Beispielen sowie in der vorstehenden Reaktoranordnung können in der zweiten Reaktionsstufe die ringförmigen Verdünnungsformkörper und die ringförmigen Katalysatorformkörper auch durch kugelförmige Verdünnungsformkörper und kugelförmige Katalysatorformkörper (jeweils mit Radius 2 bis 5 mm und mit einem Aktivmassenanteil von 10 bis 30 Gew.-%, häufig 10 bis 20 Gew.-%) ersetzt werden.In the two-zone examples contained in this document and in the above reactor arrangement, in the second reaction stage, the annular shaped diluent bodies and the annular shaped catalyst bodies can also be formed by spherical diluent bodies and spherical catalyses torformkörper (each with a radius of 2 to 5 mm and with an active material content of 10 to 30 wt .-%, often 10 to 20 wt .-%) are replaced.
Das
die erfindungsgemäße Partialoxidation
(nach der ersten und/oder zweiten Reaktionsstufe) verlassende Produktgasgemisch
(hier Produktgasgemisch
Das
Zielprodukt kann aus dem Produktgasgemisch
Gemeinsames
Merkmal der vorgenannten Trennverfahren ist (wie eingangs bereits
erwähnt),
dass am Kopf der jeweiligen trennwirksame Einbauten enthaltenden
Trennkolonne, in deren unteren Teil das Produktgemisch
Im
unteren Teil der Trennkolonne fallen normalerweise die schwerer
flüchtigen
Bestandteile des Produktgasgemischs
Die Restgasbestandteile sind in erster Linie Propan, gegebenenfalls in der Partialoxidation nicht umgesetztes Propylen, molekularer Sauerstoff sowie häufig die in der Partialoxidation sonstigen mitverwendeten inerten Verdünnungsgase, wie z. B. Stickstoff und Kohlendioxid. Wasserdampf kann je nach angewandtem Trennverfahren im Restgas nur noch in Spuren oder in Mengen von bis zu 20 Vol.-% oder mehr enthalten sein.The Residual gas components are primarily propane, if necessary in the partial oxidation unreacted propylene, molecular Oxygen as well as often the other in-use diluent gases used in the partial oxidation, such as As nitrogen and carbon dioxide. Water vapor can vary depending on applied separation process in the residual gas only in traces or in Be contained in amounts of up to 20 vol .-% or more.
Von diesem Hauptgasrest wird erfindungsgemäß bevorzugt wenigstens eine (vorzugsweise Restgaszusammensetzung aufweisende) Propan, molekularen Sauerstoff und gegebenenfalls nicht umgesetztes Propylen enthaltende Teilmenge (vorzugsweise die Gesamtmenge, gegebenenfalls aber auch nur die Hälfte, oder zwei Drittel, oder drei Viertel dieser Gesamtmenge) als ein Propan enthaltender Zufuhrstrom in die gegebenenfalls als Propenquelle dienende heterogen katalysierte Propandehydrierung und/oder Propanoxidehydrierung rückgeführt (Oxidationskreisgas). Restgasteilmengen können aber auch in eine oder in beide Stufen der Partialoxidation rückgeführt und/oder zum Zweck der Energieerzeugung verbrannt werden.From This main gas radical is preferably at least one according to the invention (preferably having residual gas composition) propane, molecular Oxygen and optionally unreacted propylene containing Subset (preferably the total amount, but possibly also just half, or two thirds, or three quarters of that total) as one Propane-containing feed stream in the optionally as a propene source serving heterogeneously catalyzed propane dehydrogenation and / or Propanoxidehydrierung recycled (oxidation gas). Residual gas subsets can but also recycled to one or both stages of the partial oxidation and / or burned for the purpose of generating energy.
Bei
der Aufarbeitung der kondensierten Phase (zum Zweck der Abtrennung
des Zielproduktes) können weitere
restliche Gase anfallen, da normalerweise versucht werden wird,
die insgesamt im Produktgasgemisch
Durch die vorzugsweise vollständige Rückführung des Gesamtrestgases kann so im kontinuierlichen Betrieb eine kontinuierliche Umsetzung von Propan zu Acrylsäure und/oder Acrolein erfolgen.By the preferably complete Return of the Total residual gas can thus be continuous in continuous operation Conversion of propane to acrylic acid and / or acrolein.
Wesentlich ist dabei, dass durch die beschriebene Rückführung des in die gegebenenfalls als Propylenquelle dienende heterogen katalysierte Propandehydrierung und/oder Propanoxidehydrierung in letzteren eine Überführung von Propan zu Propylen mit nahezu hundertprozentiger Selektivität erreichbar ist.Essential is doing that, by the described repatriation of the optionally heterogeneously catalyzed propane dehydrogenation serving as propylene source and / or Propanoxidehydrierung in the latter a transfer of Propane can be reached to propylene with almost 100% selectivity is.
Die
Vorteilhaftigkeit einer solchen Verfahrensweise ist dabei sowohl
bei niederen (≤ 30
mol-%) als auch bei hohen (≥ 30
mol-%) Dehydrierumsätzen
(bezogen auf einmaligen Durchgang von Frischpropan durch die Dehydrierung)
gegeben. Generell ist es bei einer solchen Rückführung von Oxidationskreisgas
günstig, wenn
der Wasserstoffgehalt im Reaktionsgasausgangsgemisch
Vorgenannte Kreisgasfahrweise ist in entsprechender Weise anwendbar, wenn die Partialoxidation eine partielle Ammoxidation von Propen zu Acrylnitril ist. Es ist auch dann entsprechend anwendbar, wenn in der Dehydrierung das Propan durch iso-Butan ersetzt wird und das dabei resultierende iso-Buten in entsprechender Weise in einer Partialoxidation zu Methacrolein und/oder Methacrylsäure partialoxidiert wird.The aforementioned Kreisgasfahrweise is applicable in a corresponding manner when the Partial oxidation a partial ammoxidation of propene to acrylonitrile is. It is also applicable accordingly when in dehydration the propane is replaced by iso-butane and the resulting iso-butene in a corresponding manner in a partial oxidation to methacrolein and / or methacrylic acid is partially oxidized.
An
dieser Stelle sei nochmals festgehalten, dass die Abtrennung von
Acrylsäure
aus einem erfindungsgemäß erhaltenen
Produktgasgemisch
Unter Anwendung von lediglich einer Kristallisationsstufe ist so Acrylsäure mit einer Reinheit ≥ 99,8 Gew.-% erhältlich, die sich in hervorragender Weise zur Herstellung von Superabsorbern auf Basis von Poly-Na-Acrylat eignet. Auch sei noch festgehalten, dass ein Vorteil der erfindungsgemäßen Verfahrensweise grundsätzlich darin besteht, dass an allen Stellen dieser Schrift, einschließlich der Ausführungsbeispiele, dort wo mit Inertmaterial verdünnte Katalysatorbeschickungen beschrieben und/oder gefordert werden, die entsprechenden Katalysatoren bei der gleicher Bettlänge auch unverdünnt eingesetzt (verwendet) werden können.Under Use of only one crystallization stage is so acrylic acid with a purity ≥ 99.8% by weight available, which are outstanding for the production of superabsorbents based on poly-Na-acrylate. Also, it should be noted that an advantage of the procedure according to the invention in principle therein exists that in all places of this writing, including the Embodiments, where diluted with inert material Catalyst feeds are described and / or required, the corresponding catalysts at the same bed length also undiluted can be used (used).
I. Heterogen katalysierte partielle Propandehydrierungen als PropylenquelleI. Heterogeneous catalyzed partial propane dehydrogenation as propylene source
Allgemeiner Versuchsaufbau und Versuchsausführung sowie Ergebnisse (beschrieben wird in allen Fällen der stationäre Betriebszustand).general Experimental setup and test execution as well as results (described in all cases the stationary operating state).
Die
heterogen katalysierten partiellen Propandehydrierungen wurden in
einem Hordenschlaufenreaktor gemäß
Ein
vertikal stehender Rohrreaktor (
Der
Rohrreaktor enthielt drei Horden (
Zunächst
auf einer Schüttlänge von
60 mm eine Schüttung
aus Steatitkugeln (Durchmesser: 4 bis 5 mm) aus Steatit C-220 der
Fa. Ceram Tec.. Anschließend
auf einer Schüttlänge von
120 mm Dehydrierkatalysator (Pt/Sn-Legierung, die mit den Elementen
Cs, K und La in oxidischer Form promoviert war und die auf die äußere und
innere Oberfläche
von ZrO2·SiO2 Mischoxidträgerstränglingen
(mittlere Länge
(gaußverteilt
im Bereich von 3 mm bis 12 mm mit Maximum bei ca. 6 mm):6 mm, Durchmesser:
2 mm) in der Elementstöchiometrie
(Massenverhältnisse
einschließlich
Träger)
Pt0,3Sn0,6La3,0Cs0,5K0,2(ZrO2)88,3(SiO2)7,1 aufgebracht war (Katalysatorvorläuferherstellung
und Aktivierung zum aktiven Katalysator wie in Beispiel 4 der DE-A
10219879).The tube reactor contained three hordes (
First on a 60 mm bulk length, a bed of steatite spheres (diameter: 4 to 5 mm) made of steatite C-220 from Ceram Tec. Subsequently, on a packed length of 120 mm dehydrogenation catalyst (Pt / Sn alloy containing the elements Cs, K and La were promoted in oxidic form and which were coated on the outer and inner surface of ZrO 2 .SiO 2 mixed oxide carrier strands (average length (gauss distributed in the range of 3 mm to 12 mm with a maximum of about 6 mm): 6 mm, Diameter: 2 mm) in elemental stoichiometry (mass ratios including support) Pt 0.3 Sn 0.6 La 3.0 Cs 0.5 K 0.2 (ZrO 2 ) 88.3 (SiO 2 ) 7.1 was applied ( Catalyst precursor preparation and activation to the active catalyst as in Example 4 of DE-A 10219879).
Das
aus der letzten Horde austretende Produktgasgemisch
Durch
Absorption in technischem Tetradecan der Fa. Haltermann, DE vom
Typ PKWF 4/7 of als Absorptionsmittel und nachfolgendes Strippen
mit Luft können
(wie in der DE-A 10 2004 032 129 beschrieben) die von Propylen und
Propan verschiedenen Bestandteile weitgehend abgetrennt und ein
für die
Partialoxidation von Propylen zu Acrolein und/oder Acrylsäure unmittelbar
geeignetes Beschickungsgasgemisch erhalten werden. Das Reaktionsgasausgangsgemisch
(
Das Frischpropan weis nachfolgende Gehalte auf:The Fresh propane has the following contents:
Die
Belastung der ersten Katalysatorschüttung mit Propan betrug in
allen Fällen
Der
Eingangsdruck des Reaktionsgasausgangsgemischs lag bei 2,3 bar.
Der Druckverlust über
den Dehydrierreaktor betrug ca. 200 mbar. Vor der zweiten und vor
der dritten Katalysatorschüttung
(in Strömungsrichtung)
wurde dem Reaktionsgasgemisch gegebenenfalls Luft (500°C, Reaktionsdruck)
zugedüst.
Die nachfolgenden Tabellen 1 bis 3 weisen die in drei Versuchen
in Abhängigkeit
der verschiedenen Reaktionsgasausgangsgemische (
Dabei gelten folgenden Symbole:there the following symbols apply:
- L2L2
- = Luftzugabe vor der zweiten Katalysatorschüttung in Nl/h= Air intake before second catalyst bed in Nl / h
- L3L3
- = Luftzugabe vor der dritten Katalysatorschüttung in Nl/h= Air intake before third catalyst bed in Nl / h
- RARA
-
= Gehalte des Reaktionsgasausgangsgemischs
(
4 ) (enthielt in allen Fällen, bezogen auf die enthaltene Menge an Propan, ca. 70 Vol.-% Wasserdampf)= Contents of the reaction gas starting mixture (4 ) (contained in all cases, based on the amount of propane contained, about 70% by volume of water vapor) - R1R1
- = Gehalte des Reaktionsgases, nach Durchtritt durch die erste Katalysatorschüttung= Contents of the reaction gas, after passing through the first catalyst bed
- R2R2
- = Gehalte des Reaktionsgases, nach Durchtritt durch die zweite Katalysatorschüttung= Contents of the reaction gas, after passing through the second catalyst bed
- PP
- = Gehalte des Produktgases, das ist das Reaktionsgas nach Durchtritt durch die dritte Katalysatorschüttung= Contents of the product gas, this is the reaction gas after passing through the third catalyst bed
- TETE
- = Eintrittstemperatur des Reaktionsgasausgangsgemischs in die erste Katalysatorschüttung in °C= Inlet temperature of the reaction gas starting mixture in the first catalyst bed in ° C
- T1T1
- = höchste Temperatur in der ersten Katalysatorschüttung in °C= highest temperature in the first catalyst bed in ° C
- T2T2
- = höchste Temperatur in der zweiten Katalysatorschüttung in °C= highest temperature in the second catalyst bed in ° C
- T3T3
- = höchste Temperatur in der dritten Katalysatorschüttung in °C= highest temperature in the third catalyst bed in ° C
- TATA
- = Austrittstemperatur des Produktgases= Exit temperature of the product gas
- BB
- = Gehalte des resultierenden Beschickungsgasgemischs für eine erfindungsgemäße Partialoxidation (alle Beschickungsgasgemische waren nicht explosiv) = Contents of the resulting Feed gas mixture for a partial oxidation of the invention (all Feed gas mixtures were not explosive)
- UU
- = Propanumsatz, bezogen auf Frischpropan und einmaligen Durchgang durch den Dehydrierreaktor= Propane conversion, based on fresh propane and once through the dehydrogenation reactor
- SS
- = Selektivität der Propylenbildung (alle Gehalte in Vol.-% bezogen auf das Gesamtgas, wasserfrei gerechnet).= Selectivity of propylene formation (all contents in% by volume based on the total gas, calculated anhydrous).
Beispiel 1/Tabelle 1 Example 1 / Table 1
Beispiel 2/Tabelle 2 Example 2 / Table 2
Beispiel 3/Tabelle 3 Example 3 / Table 3
II. Erfindungsgemäße heterogen katalysierte zweistufige Partialoxidation von Propylen zu Acrylsäure.II. Inventive heterogeneous catalyzed two-stage partial oxidation of propylene to acrylic acid.
(beschrieben wird der stationäre Betriebszustand) (described is the stationary Operating condition)
Versuchsanordnungexperimental arrangement
Erste Reaktionsstufe:First reaction stage:
Ein Reaktionsrohr (V2A Stahl; 30 mm Außendurchmesser, 2 mm Wandstärke, 26 mm Innendurchmesser, Länge: 350 cm, sowie ein in der Reaktionsrohrmitte zentriertes Thermorohr (4 mm Außendurchmesser) zur Aufnahme eines Thermoelements mit dem die Temperatur im Reaktionsrohr auf seiner gesamten Länge ermittelt werden kann) wird von oben nach unten wie folgt beschickt:
- Abschnitt 1: 50 cm Länge Steatitringe der Geometrie 7 mm × 7 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) als Vorschüttung.
- Abschnitt 2: 140 cm Länge Katalysatorbeschickung mit einem homogenen Gemisch aus 30 Gew.-% an Steatitringen der Geometrie 5 mm × 3 mm × 2 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) und 80 Gew.-% Vollkatalysator aus Abschnitt 3.
- Abschnitt 3: 160 cm Länge Katalysatorbeschickung mit ringförmigem (5 mm × 3 mm × 2 mm = Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) Vollkatalysator gemäß Beispiel 1 der DE-A 10046957 (Stöchiometrie: (Bi2W2O9 × 2WO3]0,5[Mo12Co5,5Fe2,94Si1,59K0,08Ox]1).
- Section 1: 50 cm long steatite rings of geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as a pre-fill.
- Section 2: 140 cm in length Catalyst feed with a homogeneous mixture of 30 wt% steatite rings of geometry 5 mm x 3 mm x 2 mm (outside diameter x length x inside diameter) and 80 wt% of full catalyst from section 3.
- Section 3: 160 cm length catalyst charge with annular (5 mm × 3 mm × 2 mm = outer diameter × length × inner diameter) unsupported catalyst according to Example 1 of DE-A 10046957 (stoichiometry: (Bi 2 W 2 O 9 × 2WO 3 ) 0, 5 [Mo 12 Co 5.5 Fe 2.94 Si 1.59 K 0.08 O x ] 1 ).
Von oben nach unten werden die ersten 175 cm mittels eines im Gegenstrom gepumpten Salzbades A thermostatisiert. Die zweiten 175 cm werden mittels eines im Gegenstrom gepumpten Salzbades B thermostatisiert.From top down are the first 175 cm by means of a counter-current pumped salt bath A thermostated. The second will be 175 cm thermostated by means of a countercurrently pumped salt bath B.
Zweite Reaktionsstufe:Second reaction stage:
Ein Reaktionsrohr (V2A Stahl; 30 mm Außendurchmesser, 2 mm Wandstärke, 26 mm Innendurchmesser, Länge: 350 cm, sowie ein in der Reaktionsrohrmitte zentriertes Thermorohr (4 mm Außendurchmesser) zur Aufnahme eines Thermoelements mit dem die Temperatur im Reaktionsrohr auf seiner gesamten Länge ermittelt werden kann) wird von oben nach unten wie folgt beschickt:
- Abschnitt 1: 20 cm Länge Steatitringe der Geometrie 7 mm × 7 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) als Vorschüttung.
- Abschnitt 2: 90 cm Länge Katalysatorbeschickung mit einem homogenen Gemisch aus 30 Gew.-% an Steatit-Ringen der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) und 75 Gew.-% Schalenkatalysator aus Abschitt 4.
- Abschnitt 3: 50 cm Länge Katalysatorbeschickung mit einem homogenen Gemisch aus 20 Gew.-% an Steatit-Ringen der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) und 85 Gew.-% Schalenkatalysator aus Abschnitt 4.
- Abschnitt 4: 190 cm Länge Katalysatorbeschickung mit ringförmigem (7 mm × 3 mm × 4 mm = Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) Schalenkatalysator gemäß Herstellungsbeispiel 5 der DE-A 10046928 (Stöchiometrie: Mo12V3W1,2Cu2,4Ox).
- Section 1: 20 cm length steatite rings of geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as a feed.
- Section 2: 90 cm length of catalyst feed with a homogeneous mixture of 30 wt% steatite rings of geometry 7 mm x 3 mm x 4 mm (outside diameter x length x inside diameter) and 75 wt% shell catalyst from section 4.
- Section 3: 50 cm length of catalyst feed with a homogeneous mixture of 20 wt% steatite rings of geometry 7 mm x 3 mm x 4 mm (outside diameter x length x inside diameter) and 85 wt% shell catalyst from section 4.
- Section 4: 190 cm length catalyst charge with annular (7 mm × 3 mm × 4 mm = outer diameter × length × inner diameter) coated catalyst according to Preparation Example 5 of DE-A 10046928 (stoichiometry: Mo 12 V 3 W 1.2 Cu 2.4 O x ).
Von oben nach unten werden die ersten 175 cm mittels eines im Gegenstrom gepumpten Salzbades C thermostatisiert. Die zweiten 175 cm werden mittels eines im Gegenstrom gepumpten Salzbades D thermostatisiert.From top down are the first 175 cm by means of a counter-current pumped salt bath C thermostated. The second will be 175 cm thermostated by means of a countercurrently pumped salt bath D.
Propylenquelle
und zweistufige Partialoxidation zu Acrylsäure Zunächst wird ein Hordenreaktor
wie in I betrieben. Die Zusammensetzung des Reaktionsgasausgangsgemischs
für die
heterogen katalysierte Dehydrierung ist wie folgt (Vol.-%, bezogen
auf Gesamtgas):
Es besteht aus:
- – 41,9 Vol.-% Oxidationskreisgas, das folgende Gehalte aufweist:
- – 3,9 Vol.-% Frischpropan, das folgende Gehalte aufweist:
- – 1,02 Vol.-% Wasserstoff
- – 2,03 Vol.-% Wasserdampf und
- – 51,15 Vol.-% Dehydrierkreisgas.
- 41.9% by volume of oxidizing gas having the following contents:
- 3.9% by volume of fresh propane, which has the following contents:
- - 1.02 vol .-% hydrogen
- 2.03% by volume of steam and
- - 51.15 vol .-% Dehydrierkreisgas.
Das
restliche Produktgasgemisch ist wie folgt zusammengesetzt:
Das
im Produktgasgemisch der heterogen katalysierten Propandehydrierung
enthaltene Propan und Propylen wird wie in I beschrieben absorptiv
abgetrennt und mittels Luft unter Erhalt des folgenden Beschickungsgases
für die
Partialoxidation wieder freigestrippt, das die folgenden Gehalte
aufweist:
Mit
diesem Beschickungsgasgemisch (es liegt außerhalb des Explosionsbereichs)
wird die beschriebene erste Partialoxidationsreaktionsstufe beschickt.
Die Propylenbelastung der Festbettkatalysatorbeschickung wird zu
185 Nl/l·h
gewählt.
Der Druck am Eingang der ersten Reaktionsstufe beträgt 3,1 bar.
TA = 322°C; TB = 328°C;
Das
die erste Reaktionsstufe verlassende Produktgasgemisch weist folgende
Gehalte auf:
- UP A' der Propenumsatz am Ende der Reaktionszone A, beträgt 64,5 mol.-%.
- UP B' der Propenumsatz am Ende der Reaktionszone B, beträgt 94,9 mol.-%.
The product gas mixture leaving the first reaction stage has the following contents:
- U P A ', the propene conversion at the end of the reaction zone A, is 64.5 mol .-%.
- U P B 'is the propene conversion at the end of the reaction zone B, is 94.9 mol .-%.
Dem Produktgasgemisch der ersten Stufe wird soviel Luft (25°C) zudosiert, dass das Verhältnis Acrolein: O2 im resultierenden Gemisch 6,59 zu 7,07 beträgt.As much air (25 ° C) is metered into the product gas mixture of the first stage that the ratio of acrolein: O 2 in the resulting mixture is 6.59 to 7.07.
Mit diesem Gemisch wird dann die zweite Reaktionsstufe unmittelbar beschickt (T = 231,7°C).With This mixture is then fed directly to the second reaction stage (T = 231.7 ° C).
Die Acroleinbelastung des Katalysatorfestbetts beträgt 152 Nl/l·h. TC = 263°C; TD = 269°C. Der Druck am Eingang der zweiten Reaktionsstufe beträgt 2,1 bar.The acrolein loading of the fixed catalyst bed is 152 Nl / lh. T C = 263 ° C; T D = 269 ° C. The pressure at the inlet of the second reaction stage is 2.1 bar.
Das
die zweite Reaktionsstufe verlassende Produktgasgemisch weist folgende
Gehalte auf:
- UA C' der Acroleinumsatz am Ende der Reaktionszone C, beträgt 68,1 mol.-%.
- UA D' der Acroleinumsatz am Ende der Reaktionszone D, beträgt 98,8 mol.-%.
- U A C ' the acrolein conversion at the end of the reaction zone C, is 68.1 mol .-%.
- U A D ' the acrolein at the end of the reaction zone D, is 98.8 mol .-%.
Der auf die enthaltene Acrylsäuremenge bezogene Propionsäuregehalt liegt signifikant unter jenen der Beispiele der WO 01/96270.Of the on the amount of acrylic acid contained related propionic acid content is significantly lower than those of the examples of WO 01/96270.
In beiden Reaktionsstufen durchströmt das Reaktionsgasgemisch die beiden Kontaktrohre von oben nach unten.In flows through both reaction stages the reaction gas mixture, the two catalyst tubes from top to bottom.
Die Gehaltsanalysen erfolgen mittels gaschromatographischer Analyse.The Content analyzes are carried out by means of gas chromatographic analysis.
Die Acrylsäure wird aus dem Produktgasgemisch wie in den beispielhaften Ausführungen der DE-A 10 2004 032 129 abgetrennt und das Restgas als Oxidationskreisgas in die heterogen katalysierte Dehydrierung rückgeführt.The acrylic acid is from the product gas mixture as in the exemplary embodiments DE-A 10 2004 032 129 separated and the residual gas as the oxidation gas returned to the heterogeneously catalyzed dehydrogenation.
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