DE10219685A1 - Production of methacrylic acid from isobutane comprises formation of methacrolein using a specified molar ratio of oxygen to nitrogen followed by further oxidation to methacrylic acid. - Google Patents

Production of methacrylic acid from isobutane comprises formation of methacrolein using a specified molar ratio of oxygen to nitrogen followed by further oxidation to methacrylic acid.

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DE10219685A1 DE2002119685 DE10219685A DE10219685A1 DE 10219685 A1 DE10219685 A1 DE 10219685A1 DE 2002119685 DE2002119685 DE 2002119685 DE 10219685 A DE10219685 A DE 10219685A DE 10219685 A1 DE10219685 A1 DE 10219685A1
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/21Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen
    • C07C51/25Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of unsaturated compounds containing no six-membered aromatic ring
    • C07C51/252Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of unsaturated compounds containing no six-membered aromatic ring of propene, butenes, acrolein or methacrolein

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Abstract

Production of methacrylic acid from isobutane comprises partial dehydrogenation of isobutane, separation of isobutane and isobutene and catalyzed partial oxidation of isobutene with molecular oxygen in the gas phase to form a methacrolein containing product mixture. A process for the production of methacrylic acid from isobutane comprises: (A) partial, selective, heterogeneously catalyzed dehydrogenation of isobutane in the gas phase in a reaction zone (A) to form a mixture of isobutene and unreacted isobutane; (B) transport of the gas mixture to a reaction zone (B) followed by a selective heterogeneously catalyzed partial oxidation with molecular oxygen in the gas phase to form a methacrolein containing product mixture whereby the molar conversion of isobutene is at least 95 mol.% (C) the methacrolein containing product mixture from (B) is transferred to a reaction zone (C), without separation of the components, to undergo a selective heterogeneously catalyzed partial oxidation with molecular oxygen in the gas phase to form a methacrylic acid containing product mixture and is characterized in that components in the reaction mixture from (A) other than isobutane and isobutene are separated off to at least 80 mol.% and that the molar ratio of molecular oxygen to molecular nitrogen in reaction zone (B) is 1:1-1:10.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Methacrylsäure aus iso-Butan, bei dem man

  • A) in einer Reaktionszone A das iso-Butan einer partiellen selektiven heterogen katalytisierten Dehydrierung in der Gasphase unter Bildung eines Poduktgemisches A, das iso-Buten und nicht umgesetztes iso-Butan enthält, unterwirft,
  • B) iso-Butan und iso-Buten enthaltendes Produktgasgemisch A zur Beschickung einer Reaktionszone B verwendet und in der Reaktionszone B das iso-Buten einer selektiven heterogen katalysierten Partialoxidation mit molekularem Sauerstoff in der Gasphase unter Bildung eines Methacrolein enthaltenden Produktgasgemisches B mit der Maßgabe unterwirft, dass der molare Umsatz an iso-Buten ≥ 95 mol-% beträgt und
  • C) Methacrolein enthaltendes Produktgasgemisch B ohne vorherige Abtrennung von darin enthaltenen Bestandteilen zur Beschickung einer Reaktionszone C verwendet und in der Reaktionszone C das Methacrolein einer selektiven heterogen katalysierten Partialoxidation mit molekularem Sauerstoff in der Gasphase unter Bildung eines Methacrylsäure enthaltenden Produktgasgemisches C unterwirft.
The present invention relates to a process for the preparation of methacrylic acid from isobutane, in which
  • A) in a reaction zone A, the isobutane is subjected to partial selective heterogeneously catalyzed dehydrogenation in the gas phase to form a product mixture A which contains isobutene and unreacted isobutane,
  • B) product gas mixture A containing isobutane and isobutene is used to feed a reaction zone B and in reaction zone B the isobutene is subjected to selective heterogeneously catalyzed partial oxidation with molecular oxygen in the gas phase to form a product gas mixture B containing methacrolein, with the proviso that that the molar conversion of isobutene is ≥ 95 mol% and
  • C) Methacrolein-containing product gas mixture B is used to feed a reaction zone C without prior removal of constituents contained therein, and in reaction zone C the methacrolein is subjected to selective heterogeneously catalyzed partial oxidation with molecular oxygen in the gas phase to form a product gas mixture C containing methacrylic acid.

Methacrylsäure ist eine bedeutende Grundchemikalie, die als solche und/oder in Form ihres Methylester zur Herstellung von Polymerisaten Verwendung findet, die beispielsweise in disperser Verteilung in wässrigem Medium befindlich als Bindemittel angewendet werden. Methacrylic acid is an important basic chemical that is considered such and / or in the form of their methyl ester for the preparation of Polymers are used, for example in disperse Distribution in aqueous medium used as a binder become.

Aus der DE-A 33 13 573 ist ein wie eingangs beschriebenes Verfahren zur Herstellung von Methacrylsäure aus iso-Butan bekannt. Als besonders vorteilhaft erachtet die DE-A 33 13 573 dabei eine Verfahrensweise, bei welcher das Produktgasgemisch A ohne vorherige Abtrennung von darin enthaltenen Bestandteilen zur Beschickung der Reaktionszone B verwendet und als Quelle für den in der Reaktionszone B benötigten molekularen Sauerstoff reiner Sauerstoff verwendet wird. DE-A 33 13 573 describes a method as described at the beginning known for the production of methacrylic acid from isobutane. As DE-A 33 13 573 considers one particularly advantageous Procedure in which the product gas mixture A without prior separation of components contained therein Feeding reaction zone B used and as a source for the in the Reaction zone B required molecular oxygen purer Oxygen is used.

Nachteilig an einer solchen Verfahrensweise ist jedoch, dass einerseits die Selektivität der Methacrylsäurebildung per se und anderseits die Höhe der Bildung der selbst in geringsten Mengen besonders unerwünschten, da vom Zielprodukt schwer abtrennbaren und bei Folgeverwendungen besonders störenden Nebenprodukte iso- Butyraldehyd und iso-Buttersäure nicht voll zu befriedigen vermag. However, a disadvantage of such a procedure is that on the one hand the selectivity of the methacrylic acid formation per se and on the other hand, the amount of formation of even the smallest amounts particularly undesirable since it is difficult to separate from the target product and by-products that are particularly disruptive in subsequent uses Butyraldehyde and iso-butyric acid are not fully satisfactory can.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein wie eingangs beschriebenes Verfahren zur Herstellung von Methacrylsäure aus iso-Butan zur Verfügung zu stellen, das die beschriebenen Nachteile nur noch in einem verminderten Umfang aufweist. The object of the present invention was therefore to begin with Process described for the preparation of methacrylic acid To provide iso-butane that the described Disadvantages only to a reduced extent.

Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von Methacrylsäure aus iso-Butan, bei dem man

  • A) in einer Reaktionszone A das iso-Butan einer partiellen selektiven heterogen katalysierten Dehydrierung in der Gasphase unter Bildung eines Produktgemische A, das iso-Buten und nicht umgesetztes iso-Butan enthält, unterwirft,
  • B) iso-Butan und iso-Buten enthaltendes Produktgasgemisch A zur Beschickung einer Reaktionszone B verwendet und in der Reaktionszone B das iso-Buten einer selektiven heterogen katalysierten Partialoxidation mit molekularem Sauerstoff in der Gasphase unter Bildung eines Methacrolein enthaltenden Produktgasgemisches B mit der Maßgabe unterwirft, dass der molare Umsatz an iso-Buten ≥ 95 mol-% beträgt und
  • C) Methacrolein enthaltendes Produktgasgemisch B ohne vorherige Abtrennung von darin enthaltenen Bestandteilen zur Beschickung einer Reaktionszone C verwendet und in der Reaktionszone C des Methacrolein einer selektiven heterogen katalysierten Partialoxidation mit molekularem Sauerstoff in der Gasphase unter Bildung eines Methacrylsäure enthaltenden Produktgasgemisches C unterwirft,
gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
man aus dem iso-Butan und iso-Buten enthaltenden Produktgasgemisch A vor seiner Verwendung zur Beschickung der Reaktionszone B von den darin enthaltenen, von iso-Butan und iso-Buten verschiedenen, Bestandteilen wenigstens 80 mol-% abtrennt und der in der Reaktionszone B benötigte molekulare Sauerstoff der Reaktionszone B in Begleitung von molekularem Stickstoff zugeführt wird, wobei das molare Verhältnis V von molekularem Sauerstoff zu molekularem Stickstoff 1 : 1 bis 1 : 10 beträgt. Accordingly, a process for the preparation of methacrylic acid from isobutane, in which
  • A) in a reaction zone A, the isobutane is subjected to a partial selective, heterogeneously catalyzed dehydrogenation in the gas phase to form a product mixture A which contains isobutene and unreacted isobutane,
  • B) product gas mixture A containing isobutane and isobutene is used to feed a reaction zone B and in reaction zone B the isobutene is subjected to selective heterogeneously catalyzed partial oxidation with molecular oxygen in the gas phase to form a product gas mixture B containing methacrolein, with the proviso that that the molar conversion of isobutene is ≥ 95 mol% and
  • C) product gas mixture B containing methacrolein is used to feed a reaction zone C without prior separation of constituents contained therein and is subjected to selective heterogeneously catalyzed partial oxidation with molecular oxygen in the gas phase in reaction zone C of methacrolein to form a product gas mixture C containing methacrylic acid,
found, which is characterized in that
at least 80 mol% is separated off from the product gas mixture A containing isobutane and isobutene before it is used to feed reaction zone B from the constituents contained therein, different from isobutane and isobutene, and that required in reaction zone B. Molecular oxygen is fed to reaction zone B accompanied by molecular nitrogen, the molar ratio V of molecular oxygen to molecular nitrogen being 1: 1 to 1:10.

D. h., V kann erfindungsgemäß 1 : 2, oder 1 : 3, oder 1 : 4, oder 1 : 5, oder 1 : 6, oder 1 : 7, oder 1 : 8, oder 1 : 9, oder 1 : 10 betragen. Günstig ist ein Verhältnis V im Bereich von 1 : 2 bis 1 : 5 bzw. im Bereich von 1 : 3 bis 1 : 5, oder 1 : 3,5 bis 1 : 4,5. In zweckmäßiger Weise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die vorgenannte Begleitung des molekularen Sauerstoff durch molekularen Stickstoff so realisiert, daß man der Reaktionszone B den molekularen Sauerstoff als Bestandteil eines Gases zuführt, das den molekularen Sauerstoff und den molekularen Stickstoff bereits in einem genannten Verhältnis V enthält, oder nur aus molekularem Sauerstoff und molekularem Stickstoff in einem solchen Verhältnis V besteht. Bevorzugt wird beim erfindungsgemäßen Verfahren als Quelle für den in der Reaktionszone B benötigten molekularen Sauerstoff wenigstens teilweise, besonders bevorzugt überwiegend bzw. ausschließlich Luft verwendet. Es kann jedoch z. B. der Reaktionszone B auch Luft und zusätzlich molekularer Sauerstoff oder Luft und zusätzlicher molekularer Stickstoff oder Luft und zusätzlich ein Gemisch aus molekularem Stickstoff und molekularem Sauerstoff, das die beiden Gasbestandteile in einem anderen Verhältnis als Luft enthält, zugeführt werden. Erfindungswesentlich ist nur, daß insgesamt das Verhältnis V eingehalten wird. Erfindungsgemäß könnten der Reaktionszone B so molekularer Sauerstoff und molekularer Stickstoff auch räumlich getrennt zugeführt werden. In other words, V can be 1: 2, or 1: 3, or 1: 4, or 1: 5, or 1: 6, or 1: 7, or 1: 8, or 1: 9, or 1:10. A ratio V in the range from 1: 2 to 1: 5 or in is favorable Range from 1: 3 to 1: 5, or 1: 3.5 to 1: 4.5. In a more appropriate way The way in the method according to the invention is the aforementioned Accompanying molecular oxygen with molecular nitrogen realized so that the reaction zone B the molecular Oxygen as part of a gas that supplies the molecular Oxygen and molecular nitrogen in one contains the ratio V mentioned, or only from molecular oxygen and molecular nitrogen in such a ratio V. In the method according to the invention, preference is given as a source for the molecular oxygen required in reaction zone B. at least partially, particularly preferably predominantly or only air is used. However, it can e.g. B. the reaction zone B also air and additional molecular oxygen or air and additional molecular nitrogen or air and an additional one Mixture of molecular nitrogen and molecular oxygen, that the two gas components in a different ratio than Contains air to be supplied. It is only essential to the invention that overall the ratio V is maintained. According to the invention reaction zone B could be such molecular oxygen and molecular nitrogen can also be supplied separately.

D. h., während gemäß der Lehre der DE-A 33 13 573 die selektive heterogen katalysierte Partialoxidation des iso-Butens in der Reaktionszone B in einem Reaktionsgasgemisch befindlich erfolgt, das vor allem iso-Buten, iso-Butan und molekularen Sauerstoff enthält, enthält das Reaktionsgasgemisch in der Reaktionszone B beim erfindungsgemäßen Verfahren in notwendiger Weise iso-Buten, iso-Butan, molekularen Sauerstoff und molekularen Stickstoff. Das zusätzliche Beisein des letzteren gewährleistet beim erfindungsgemäßen Verfahren in überraschender Weise eine Abnahme der unerwünschten Umsetzung von iso-Butan zu unerwünschtem Nebenprodukt. That is, while according to the teaching of DE-A 33 13 573 the selective heterogeneously catalyzed partial oxidation of isobutene in the Reaction zone B takes place in a reaction gas mixture, which is mainly isobutene, isobutane and molecular oxygen contains, contains the reaction gas mixture in reaction zone B in the process according to the invention, isobutene is necessary, iso-butane, molecular oxygen and molecular nitrogen. The additional presence of the latter is guaranteed at Method according to the invention surprisingly a decrease in undesired conversion of isobutane to an undesirable by-product.

Ein weiteres erfindungswesentliches Merkmal besteht darin, dass man aus dem iso-Butan und iso-Buten enthaltenden Produktgasgemisch A vor seiner Verwendung zur Beschickung der Reaktionszone B von den darin enthaltenen, von iso-Butan und iso-Buten verschiedenen, Bestandteilen wenigstens 80 mol-% abtrennt. Die molare Bezugsbasis ist dabei die Summe der im Produktgasgemisch B enthaltenen molaren Mengen der verschiedenen Einzelbestandteile. Die vorgenannte Abtrennung muß erfindungsgemäß nicht homogen über die verschiedenen Bestandteile erfolgen. Sie kann vielmehr einzelne Bestandteile quantitativ und andere nur partiell erfassen. Lediglich in der Summe muss die vorgenannte Prozentzahl von 80 mol-% erreicht werden. Erfindungsgemäß bevorzugt werden aus dem Produktgasgemisch A vor seiner Verwendung zur Beschickung der Reaktionszone B von den darin enthaltenen, von iso-Butan und iso- Buten verschiedenen, Bestandteilen wenigstens 85 mol-%, besonders bevorzugt wenigstens 90 mol-%, ganz besonders bevorzugt wenigstens 95 mol-%, besser wenigstens 97 mol-% und am besten wenigstens 99 mol-% bzw. 100 mol-% abgetrennt. Another feature essential to the invention is that one from the containing isobutane and isobutene Product gas mixture A before it is used to feed the reaction zone B of the contained therein, isobutane and isobutene various constituents separates at least 80 mol%. The The molar reference base is the sum of the B in the product gas mixture contained molar amounts of the various individual components. According to the invention, the aforementioned separation does not have to be homogeneous the different components are done. Rather, it can Capture individual components quantitatively and others only partially. The sum of the above-mentioned percentages of 80 mol% can be achieved. According to the invention are preferred from the Product gas mixture A before it is used to feed the Reaction zone B from those contained therein, from isobutane and iso- Butene various, constituents at least 85 mol%, especially preferably at least 90 mol%, very particularly preferably at least 95 mol%, better at least 97 mol% and best at least 99 mol% or 100 mol% separated.

Selbstredend kann das Beschickungsgasgemisch (= das Gemisch aller der Reaktionszone zugeführten Gasströme) der Reaktionszone B bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise neben den bereits genannten Bestandteilen zusätzlich noch andere Bestandteile wie z. B. CO, CO2, H2O, Edelgase wie He und/oder Ar, Wasserstoff, Methan, Ethylen, Ethan, Butane, Butene, Butine, Pentane, Propin, Allene, Propan, Propylen, Acrolein und/oder Methacrolein enthalten. It goes without saying that the feed gas mixture (= the mixture of all gas streams fed to the reaction zone) of reaction zone B in the procedure according to the invention in addition to the constituents already mentioned, other constituents such as, for. B. CO, CO 2 , H 2 O, noble gases such as He and / or Ar, hydrogen, methane, ethylene, ethane, butanes, butenes, butynes, pentanes, propyne, allenes, propane, propylene, acrolein and / or methacrolein.

In der Regel sollte der Anteil des Beschickungsgasgemisches der Reaktionszone B an molekularem Stickstoff, bezogen auf die in diesem Beschickungsgasgemisch enthaltene Menge an iso-Buten, erfindungsgemäß nicht unter 500 mol-% betragen. D. h., beim erfindungsgemäßen Verfahren kann der Anteil des Beschickungsgasgemisches der Reaktionszone B an molekularem Stickstoff, bezogen auf die enthaltene Menge an iso-Buten, wenigstens 500 mol-%, oder wenigstens 600 mol-%, oder wenigstens 700 mol-% betragen. Im Normalfall wird das Verhältnis von im Beschickungsgasgemisch der Reaktionszone B enthaltener molarer Menge an molekularem Stickstoff zu im Beschickungsgasgemisch der Reaktionszone B enthaltener Menge an iso-Buten erfindungsgemäß jedoch ≤ 20 : 1, häufig ≤ 12 : 1 betragen. As a rule, the proportion of the feed gas mixture should Reaction zone B of molecular nitrogen, based on the in amount of isobutene contained in this feed gas mixture, not less than 500 mol% according to the invention. That is, at inventive method, the proportion of Feed gas mixture of reaction zone B on molecular Nitrogen, based on the amount of isobutene contained, at least 500 mol%, or at least 600 mol%, or at least 700 mol%. Usually the ratio of im Feed gas mixture of reaction zone B contained molar Amount of molecular nitrogen in the feed gas mixture Reaction zone B amount of isobutene according to the invention however ≤ 20: 1, often ≤ 12: 1.

Das molare Verhältnis von im Beschickungsgasgemisch der Reaktionszone B enthaltener Menge an molekularem Stickstoff zu im Beschickungsgasgemisch der Reaktionszone B enthaltener Menge an iso-Butan wird beim erfindungsgemäßen Verfahren in der Regel nicht kleiner als 1 : 1 betragen. Im Normalfall wird dieses Verhältnis aber auch nicht oberhalb von 16 : 1 liegen. The molar ratio of the in the feed gas mixture Reaction zone B contained amount of molecular nitrogen to im Feed gas mixture of reaction zone B contained amount Isobutane is generally used in the process according to the invention not less than 1: 1. Usually this will be However, the ratio should not be above 16: 1.

D. h., erfindungsgemäß kann das molare Verhältnis von im Beschickungsgasgemisch der Reaktionszone B enthaltener Menge an molekularem Stickstoff zu im Beschickungsgasgemisch der Reaktionszone B enthaltener Menge an iso-Butan 1 : 1 bis 16 : 1, oder 2 : 1 bis 10 : 1, oder 2 : 1 bis 4 : 1 betragen. In other words, the molar ratio of im Feed gas mixture of reaction zone B contained amount molecular nitrogen in the feed gas mixture Reaction zone B amount of isobutane 1: 1 to 16: 1, or 2: 1 to 10: 1, or 2: 1 to 4: 1.

Häufig wird man beim erfindungsgemäßen Verfahren die Zusammensetzung des Beschickungsgasgemisches der Reaktionszone B so wählen, daß es die nachfolgenden molaren Verhältnisse erfüllt:
iso-Butan : iso-Buten : N2 : O2 : H2O : H2 : sonstige = 10-40 : 4-8 : 20-70 : 5-20 : 0-20 : 0-5 : 0-5.
In the process according to the invention, the composition of the feed gas mixture of reaction zone B will often be selected so that it fulfills the following molar ratios:
isobutane: isobutene: N 2 : O 2 : H 2 O: H 2 : other = 10-40: 4-8: 20-70: 5-20: 0-20: 0-5: 0-5 ,

Mit Vorteil betragen die vorgenannten molaren Verhältnisse erfindungsgemäß = 15-25 : 4-8 : 40-60 : 10-15 : 5-15 : 0-1 : 0,1-3. Häufig werden sie etwa 20 : 6 : 50 : 12 : 10 : 0 : 2 betragen. The aforementioned molar ratios are advantageously according to the invention = 15-25: 4-8: 40-60: 10-15: 5-15: 0-1: 0.1-3. Frequently they will be about 20: 6: 50: 12: 10: 0: 2.

Wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist, daß in der Reaktionszone A, im Unterschied zum Fall einer homogenen und/oder heterogen katalysierten partiellen Oxidehydrierung von iso-Butan, wenigstens intermediär molekularer Wasserstoff gebildet wird, weshalb das Produktgasgemisch A in der Regel molekularen Wasserstoff enthält. Darüberhinaus verläuft die katalytische Dehydrierung in der Reaktionszone A ohne Zusatzmaßnahme endotherm, wohingegen eine katalytische Oxidehydrierung exotherm verläuft. An essential feature of the procedure according to the invention is that in reaction zone A, in contrast to the case of a homogeneous and / or heterogeneously catalyzed partial oxide hydrogenation of isobutane, at least intermediate molecular hydrogen is formed, which is why the product gas mixture A usually contains molecular hydrogen. In addition, the catalytic dehydrogenation in reaction zone A without additional measures endothermic, whereas catalytic oxide hydrogenation is exothermic runs.

Vor der Verwendung des Produktgasgemisches A zur Beschickung der Reaktionszone B wird man erfindungsgemäß von der darin enthaltenen Menge an molekularem Wasserstoff in der Regel wenigstens 80 mol-%, bevorzugt wenigstens 85 mol-%, besonders bevorzugt wenigstens 90 mol-%, ganz besonders bevorzugt wenigstens 95 mol-%, oder wenigstens 97 mol-%, oder wenigstens 99 mol-% und häufig die Gesamtmenge an molekularem Wasserstoff abtrennen. Before using product gas mixture A to load the According to the invention, reaction zone B becomes one of the therein amount of molecular hydrogen usually at least 80 mol%, preferably at least 85 mol%, particularly preferably at least 90 mol%, very particularly preferably at least 95 mol%, or at least 97 mol%, or at least 99 mol% and often that Separate the total amount of molecular hydrogen.

In der Regel wird beim erfindungsgemäßen Verfahren das molare Verhältnis von im Produktgasgemisch A enthaltenem iso-Buten zu im Produktgasgemisch A enthaltenem molekularem Wasserstoff ≤ 10, üblicherweise ≤ 5, häufig ≤ 3, oft ≤ 2 betragen. As a rule, the molar in the process according to the invention Ratio of isobutene contained in product gas mixture A to im Molecular hydrogen product gas mixture A containing ≤ 10, usually ≤ 5, often ≤ 3, often ≤ 2.

Im Normalfall wird der Reziprokwert des vorgenannten Verhältnisses 2 nicht überschreiten. D. h., üblicherweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren das molare Verhältnis von im Produktgasgemisch A enthaltenem iso-Buten zu im Produktgasgemisch A enthaltenem molekularem Wasserstoff ≥ 0,5, meist ≥ 0,8, vielfach ≥ 1,2 oder 1,5 betragen. Normally the reciprocal of the above Do not exceed ratio 2. That is, usually at inventive method the molar ratio of im Iso-butene contained in product gas mixture A in product gas mixture A contained molecular hydrogen ≥ 0.5, mostly ≥ 0.8, many times ≥ 1.2 or 1.5.

Im Unterschied dazu wird beim erfindungsgemäßen Verfahren das molare Verhältnis von im Beschickungsgasgemisch der Reaktionszone B (d. h., im Beschickungsgasgemisch B) enthaltenem molekularem Wasserstoff zu im Beschickungsasgemisch B enthaltenem iso-Buten in der Regel ≤ 1 : 10, üblicherweise ≤ 1 : 50, oft ≤ 1 : 100 betragen. In contrast, in the method according to the invention molar ratio of in the feed gas mixture of reaction zone B (i.e., molecular weight contained in the feed gas mixture B) Hydrogen to isobutene contained in the feed mixture B in usually ≤ 1: 10, usually ≤ 1: 50, often ≤ 1: 100.

Neben molekularem Wasserstoff enthält das Produktgasgemisch A als von iso-Butan und iso-Buten verschiedenen Bestandteilen in Regel noch Gase aus der Gruppe umfassend N2, CO, CO2, H2O, Methan, Ethan, Ethylen, Propan, Propylen sowie gegebenenfalls O2 und andere. In addition to molecular hydrogen, the product gas mixture A, as constituents other than isobutane and isobutene, generally also contains gases from the group comprising N 2 , CO, CO 2 , H 2 O, methane, ethane, ethylene, propane, propylene and, if appropriate, O 2 and others.

Selbstredend wird man beim erfindungsgemäßen Verfahren aus dem Produktgasgemisch A vor seiner Verwendung zur Beschickung der Reaktionszone B die vorgenannten Bestandteile in der Regel im Verbund, d. h., nomalerweise auch gemeinsam mit dem im Produktgasgemisch A enthaltenen molekularen Wasserstoff, vom im Produktgasgemisch A enthaltenen iso-Butan und iso-Buten weitgehend (z. B. zu wenigstens 80 mol-%, oder zu wenigstens 85 mol-%, bzw. zu wenigstens 90 mol-% oder zu wenigstens 95 mol-%, oder zu wenigstens 97 mol-% bzw. zu wenigstens 99 mol-%) oder vollständig abtrennen. Jedoch ist eine solche Verbundabtrennung erfindungsgemäß nicht zwingend. Vielmehr kann erfindungsgemäß auch von einem im Produktgasgemisch A enthaltenen Bestandteil mehr und von einem anderen im Produktgasgemisch A enthaltenen Bestandteil weniger abgetrennt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt wird man jedoch aus dem Produktgasgemisch A, vor seiner Verwendung zu Beschickung der Reaktionszone B, von allen darin enthaltenen, von iso-Butan und iso-Buten verschiedenen, Bestandteilen wenigstens eine Teilmenge abtrennen. It goes without saying that in the process according to the invention Product gas mixture A before it is used to feed the Reaction zone B, the above-mentioned components usually in Composite, d. that is, usually together with the im Product gas mixture A contained molecular hydrogen, from in Product gas mixture A largely contains isobutane and isobutene (e.g. to at least 80 mol%, or to at least 85 mol%, or to at least 90 mol% or at least 95 mol%, or at least 97 mol% or at least 99 mol%) or completely separate. However, such a composite separation is not in accordance with the invention mandatory. Rather, according to the invention, it can also be used by an Product gas mixture A contained more and one component other component contained in the product gas mixture A less be separated. According to the invention, however, one is preferred the product gas mixture A, before it is used to feed the Reaction zone B, of all contained therein, of isobutane and Isobutene different, constituents at least a subset split off.

Um in der Reaktionszone A bei der erfindungsgemäß durchzuführenden partiellen heterogen katalysierten Dehydrierung, bezogen auf einmaligen Durchgang, interessante Umsätze zu erreichen, muß man in der Regel bei relativ hohen Reaktionstemperaturen arbeiten (in typischer Weise liegen diese Reaktionstemperaturen bei 300 bis 700°C). Da die Dehydrierung (Spaltung von C-H) gegenüber der Crackung (Spaltung von C-C) kinetisch benachteiligt ist, erfolgt sie an selektiv wirkenden Katalysatoren. Pro gebildetem iso-Butenmolekül wird dabei in der Regel ein Wasserstoffmolekül als Nebenprodukt erzeugt. Infolge der selektiv wirkenden Katalysatoren, die üblicherweise so beschaffen sind, daß sie unter Ausschluß von Sauerstoff bei den oben genannten Temperaturen (z. B. bei 600°C) eine signifikante Dehydrierung entfalten (bei iso-Butan-Belastungen der Katalysatoren von z. B. 1000 h-1 (Nl/l Kat..h) beträgt die iso-Butenausbeute im Regelfall wenigstens 30 mol-% im einmaligen Durchgang (bezogen auf eingesetztes iso-Butan)), entstehen Nebenprodukte wie Methan, Ethylen, Propan, Propen und Ethan nur in untergeordneten Mengen. In order to achieve interesting conversions in reaction zone A in the partial heterogeneously catalyzed dehydrogenation to be carried out according to the invention, based on a single pass, it is generally necessary to work at relatively high reaction temperatures (these reaction temperatures are typically 300 to 700 ° C.). Since dehydrogenation (cleavage of CH) is kinetically disadvantageous compared to cracking (cleavage of CC), it takes place on selectively acting catalysts. One hydrogen molecule is usually generated as a by-product per isobutene molecule formed. As a result of the selectively acting catalysts, which are usually designed so that they develop significant dehydrogenation in the absence of oxygen at the above-mentioned temperatures (e.g. at 600 ° C.) (with isobutane loads on the catalysts from e.g. 1000 h -1 (Nl / l Kat..h) the isobutene yield is usually at least 30 mol% in a single pass (based on the isobutane used)), by-products such as methane, ethylene, propane, propene and Ethan only in minor quantities.

Da die Dehydrierreaktion unter Volumenzunahme abläuft, kann der Umsatz durch Erniedrigung des Partialdrucks der Produkte gesteigert werden. Dies läßt sich in einfacher Weise z. B. durch Dehydrierung bei vermindertem Druck und/oder durch Zumischen von im wesentlichen inerten Verdünnungsgasen wie z. B. Wasserdampf erreichen, der für die Dehydrierreaktion im Normalfall ein Inertgas darstellt. Eine Verdünnung mit Wasserdampf bedingt als weiteren Vorteil in der Regel ein vermindertes Verkoken des verwendeten Katalysators, da der Wasserdampf mit gebildetem Koks nach dem Prinzip der Kohlevergasung reagiert. Außerdem kann Wasserdampf als Verdünnungsgas in der nachfolgenden Oxidationsstufe B mitverwendet werden. Wasserdampf läßt sich aber auch leicht teilweise oder vollständig aus dem Produktgasgemisch A des erfindungsgemäßen Verfahrens A abtrennen (z. B. durch Kondensieren), was die Möglichkeit eröffnet, bei der Weiterverwendung des dabei erhältlichen Produktgasgemisches A' in der Reaktionszone B den Anteil des als erfindungswesentlich mitzuverwendenden Verdünnungsgases N2 zu erhöhen. Dabei ist es erfindungsgemäß durchaus möglich, die Gesamtmenge oder auch nur eine Teilmenge des in der Rektionszone B erfindungsgemäß mitzuverwendenden molekularen Stickstoff auch schon zur Verdünnung in der Reaktionszone A mitzuverwenden. Weitere für die Reaktionszone A geeignete Verdünnungsmittel sind z. B. CO. CO2 und Edelgase wie He, Ne und Ar. Prinzipiell kann in der Reaktionszone A aber auch ohne Verdünnungsmittel gearbeitet werden; d. h., das Beschickungsgasgemisch der Reaktionszone A kann nur aus iso-Butan oder nur aus iso-Butan und molekularem Sauerstoff bestehen. Alle genannten Verdünnungsmittel können entweder für sich oder in Form unterschiedlichster Gemische in der Reaktionszone A mitverwendet werden. Erfindungsgemäß von Vorteil ist, daß die für die Reaktionszone A geeigneten Verdünnungsmittel in der Regel auch für die Reaktionszone B geeignete Verdünnungsmittel sind, weshalb ihre quantitative Abtrennung aus dem Produktgasgemisch A erfindungsgemäß nicht unabdingbar ist. Generell sind sich in der jeweiligen Reaktionszone inert verhaltende (d. h., zu weniger als 5 mol-%, bevorzugt zu weniger als 3 mol-% und noch besser zu weniger als 1 mol-% sich chemisch verändernde) Verdünnungsmittel bevorzugt. Prinzipiell kommen für die erfindungsgemäße Stufe A alle im Stand der Technik bekannten Dehydrierkatalysatoren in Betracht. Sie lassen sich grob in zwei Gruppen unterteilen. Nämlich in solche, die oxidischer Natur sind (z. B. 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 (z. B. Platin) bestehen. Since the dehydrogenation reaction takes place with an increase in volume, the conversion can be increased by lowering the partial pressure of the products. This can be done in a simple manner, for. B. by dehydration at reduced pressure and / or by admixing substantially inert diluent gases such as. B. Reach water vapor, which is normally an inert gas for the dehydrogenation reaction. A further advantage of dilution with water vapor is generally reduced coking of the catalyst used, since the water vapor reacts with coke formed according to the principle of coal gasification. In addition, water vapor can also be used as the dilution gas in the subsequent oxidation stage B. However, water vapor can also be easily partially or completely removed from the product gas mixture A of the process A according to the invention (for example by condensation), which opens up the possibility of using the product gas mixture A ′ obtainable in the reaction zone B as essential to the invention to be used to increase diluent gas N 2 . According to the invention, it is entirely possible to use the total amount or even only a partial amount of the molecular nitrogen to be used in reaction zone B for dilution in reaction zone A. Other suitable diluents for reaction zone A are e.g. B. CO. CO 2 and noble gases such as He, Ne and Ar. In principle, reaction zone A can also be used without a diluent; that is, the feed gas mixture of reaction zone A can consist only of isobutane or only isobutane and molecular oxygen. All of the diluents mentioned can be used in reaction zone A either alone or in the form of a wide variety of mixtures. It is advantageous according to the invention that the diluents suitable for reaction zone A are generally also suitable diluents for reaction zone B, which is why their quantitative separation from product gas mixture A is not essential according to the invention. In general, inert (ie, less than 5 mol%, preferably less than 3 mol% and even better less than 1 mol%) chemically changing diluents are preferred in the respective reaction zone. In principle, all dehydrogenation catalysts known in the prior art are suitable for stage A according to the invention. They can be roughly divided into two groups. Namely in those which are oxidic in nature (e.g. chromium oxide and / or aluminum oxide) and in those which consist of at least one, usually comparatively noble, metal (e.g. Platinum).

Unter anderem können damit für die erfindungsgemäße Stufe A alle Dehydrierkatalysatoren eingesetzt werden, die in der DE-A 100 60 099 (das Ausführungsbeispiel), der WO 99/46039, der US-A 4,788,371, der EP-A 705 136, der WO 99/29420, der US-A 5 220 091, der US-A 5 430 220, der US-A 5 877 369, der DE-A 100 47 642, der EP-A 117 146, der DE-A 199 37 106, der DE-A 199 37 105, der DE-A 102 11 275 sowie der DE-A 199 37 107 empfohlen werden. Im besonderen können für alle in dieser Schrift als für die erfindungsgemäße Reaktionszone A geeignet angesprochenen Dehydrierverfahrensvarianten sowohl der Katalysator gemäß Beispiel 1, als auch gemäß Beispiel 2, als auch gemäß Beispiel 3, als auch gemäß Beispiel 4 der DE-A 199 37 107 eingesetzt werden. Among other things, for stage A according to the invention all dehydrogenation catalysts used in the DE-A 100 60 099 (the exemplary embodiment), WO 99/46039, the US-A 4,788,371, EP-A 705 136, WO 99/29420, the US-A 5 220 091, US-A 5 430 220, US-A 5 877 369, the DE-A 100 47 642, EP-A 117 146, DE-A 199 37 106, the DE-A 199 37 105, DE-A 102 11 275 and DE-A 199 37 107 be recommended. In particular, for everyone in this document as suitable for reaction zone A according to the invention mentioned dehydrogenation process variants according to both the catalyst Example 1, and also according to Example 2, and also according to Example 3, as well as according to Example 4 of DE-A 199 37 107.

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. These are dehydrogenation catalysts that 10 to 99.9% by weight of zirconium dioxide, 0 to 60% by weight of aluminum oxide, Silicon dioxide and / or titanium dioxide and 0.1 to 10% by weight at least one element of the first or second main group, one Elements of the third subgroup, an element of the eighth Subgroup of the Periodic Table of the Elements, lanthanum and / or Contain tin, with the proviso that the sum of the Weight percent 100 wt .-% results.

Das im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderliche wenigstens eine Katalysatorbett (z. B. Fließbett, Wanderbett oder Festbett) kann den Dehydrierkatalysator zu unterschiedlichen Geometrien geformt enthlaten. Für das erfinsdungsgemäße Verfahren geeignete Geometrien sind z. B. Formen wie Splitt, Tabletten, Monolithe, Kugeln oder Extrudate (Stränge, Wagenräder, Sterne, Ringe). That required in the context of the method according to the invention at least one catalyst bed (e.g. fluidized bed, moving bed or Fixed bed) can cause the dehydrogenation catalyst to differ Shaping geometries. For the method according to the invention suitable geometries are e.g. B. forms such as grit, tablets, Monoliths, spheres or extrudates (strands, wagon wheels, stars, Rings).

Die Länge im Fall von Extrudaten beträgt dabei zweckmäßig 2 bis 15 mm, häufig 2 bis 10 mm, vielfach 6 bis 10 mm, und der Durchmesser des Extrudatquerschnitts beträgt zweckmäßig 1 bis 5 mm, häufig 1 bis 3 mm. Die Wanddicke beträgt im Fall von Ringen vorteilhaft 0,3 bis 2,5 mm, ihre Länge 2 bis 15 mm, häufig 5 bis 15 mm und der Durchmesser ihres Querschnitts 3 bis 10 mm. Ein geeignetes Formgebungsverfahren offenbart z. B. die DE-A 100 47 642 sowie die DE-A 199 37 107. Es fußt darauf, daß oxidische Trägermaterialien mit konzentrierter Mineralsäure (z. B. konzentrierte Salpetersäure) versetzt sich vergleichsweise gut kneten und mittels eines Extruders oder einer Strangpresse in einen entsprechenden Formkörper überführen lassen. The length in the case of extrudates is expediently 2 to 15 mm, often 2 to 10 mm, often 6 to 10 mm, and the The diameter of the extrudate cross section is advantageously 1 to 5 mm, often 1 to 3 mm. The wall thickness is in the case of rings advantageous 0.3 to 2.5 mm, their length 2 to 15 mm, often 5 to 15 mm and the diameter of their cross section 3 to 10 mm. On suitable molding process discloses e.g. B. DE-A 100 47 642 and DE-A 199 37 107. It is based on the fact that oxidic Carrier materials with concentrated mineral acid (e.g. concentrated Nitric acid) mixes kneading and comparatively well into an extruder or extruder have the corresponding molded article transferred.

Die Formkörper werden dann getrocknet, calciniert und anschließend in bestimmter Reihenfolge mit Salzlösungen übergossen. Abschließend wird wieder getrocknet und calciniert. The moldings are then dried, calcined and then pour salt solutions over it in a specific order. Finally, it is dried and calcined again.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren relevante Reaktionszone A kann grundsätzlich in allen aus dem Stand der Technik für heterogen katalysierte, partielle Dehydrierungen von Kohlenwasserstoffen in der Gasphase an Festbettkatalysatoren bekannten Reaktortypen realisiert werden. The reaction zone A relevant for the process according to the invention can basically be used in all of the state of the art for heterogeneously catalyzed, partial dehydrogenation of Known hydrocarbons in the gas phase on fixed bed catalysts Reactor types can be realized.

Typische Reaktionstemperaturen ligen bei 200 bis 800°C, bzw. 400 bis 650°C. Der Arbeitsdruck liegt typisch im Bereich von 0,5 bis 10 bar. Typische Katalysatorbelastungen mit Reaktionsgas betragen 300 bis 16000 h-1. Typical reaction temperatures range from 200 to 800 ° C or 400 to 650 ° C. The working pressure is typically in the range of 0.5 to 10 bar. Typical catalyst loads with reaction gas are 300 to 16000 h -1 .

Zur Durchführung der Reaktionszone A des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen prinzipiell alle im Stand der Technik bekannten Reaktortypen und Verfahrensvarianten in Betracht. Beschreibungen solcher Verfahrensvarianten enthalten z. B. alle bezüglich der Dehydrierkatalysatoren genannten Schriften des Standes der Technik. To carry out reaction zone A of the invention In principle, all methods known in the prior art come Reactor types and process variants into consideration. descriptions Such process variants contain z. B. all regarding Prior art documents called dehydrogenation catalysts.

Eine vergleichsweise ausführliche Beschreibung von erfindungsgemäß geeigneten Dehydrierverfahren enthält auch "Catalytica® Studies Division, Oxidative Dehydrogenation and Alternative Dehydrogenation Processes, Study Number 4192 OD, 1993, 430 Ferguson Drive, Mountain View, California, 94043-5272 U.S.A." A comparatively detailed description of Dehydrogenation processes suitable according to the invention also contain "Catalytica® Studies Division, Oxidative Dehydrogenation and Alternative Dehydrogenation Processes, Study Number 4192 OD, 1993, 430 Ferguson Drive, Mountain View, California, 94043-5272 U.S.A. "

Charakteristisch für die partielle heterogen katalysierte Dehydrierung von iso-Butan ist, daß sie endotherm verläuft. D. h., die für die Einstellung der erforderlichen Reaktionstemperatur benötigte Wärme (Energie) muß entweder dem Reaktionsgas vorab und/ oder im Verlauf der katalytischen Dehydrierung zugeführt werden. Characteristic of the partially heterogeneously catalyzed Dehydrogenation of isobutane is that it is endothermic. That is, the for setting the required reaction temperature required heat (energy) must be either in advance of the reaction gas and / or fed in the course of catalytic dehydrogenation.

Ferner ist es für heterogen katalysierte Dehydrierungen von iso- Butan 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, wie bereits erwähnt, das zur katalytischen Dehydrierung bei erhöhter Temperatur über die Katalysatoroberfläche zu leitende iso-Butan mit Wasserdampf verdünnt werden. Sich abscheidender Kohlenstoff wird unter den so gegebenen Bedingungen nach dem Prinzip der Kohlevergasung teilweise oder vollständig eliminiert. It is also suitable for heterogeneously catalyzed dehydrogenation of iso- Butane due to the high reaction temperatures required typically that high-molecular high-boiling in small quantities organic compounds, right down to carbon that deposit on the catalyst surface and deactivate it. To this disadvantageous Minimizing side effects can, as already mentioned, lead to catalytic dehydrogenation at elevated temperature over the Iso-butane to be catalyzed with steam be diluted. Deposited carbon is among the so given conditions according to the principle of coal gasification partially or completely eliminated.

Eine andere Möglichkeit, abgeschiedene Kohlenstoffverbindungen zu beseitigen, besteht darin, den Dehydrierkatalysator von Zeit zu Zeit bei erhöhter Temperatur mit einem Sauerstoff enthaltenden Gas zu durchströmen und damit den abgeschiedenen Kohlenstoff quasi abzubrennen. Eine Unterdrückung der Bildung von Kohlenstoffablagerungen ist aber auch dadurch möglich, daß man dem katalytisch zu dehydrierenden iso-Butan, bevor es bei erhöhter Temperatur über den Dehydrierkatalysator geführt wird, molekularen Wasserstoff zusetzt. Another way to get deposited carbon compounds Eliminate is to remove the dehydrogenation catalyst from time to time Time at elevated temperature with an oxygen-containing To flow through gas and thus the deposited carbon practically burn off. Suppression of education Carbon deposits are also possible by the fact that Iso-butane to be catalytically dehydrated before being elevated Temperature is passed over the dehydrogenation catalyst, molecular hydrogen.

Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, Wasserdampf und molekularen Wasserstoff dem katalytisch zu dehydrierenden iso-Butan im Gemisch zuzusetzen. Ein Zusatz von molekularem Wasserstoff zur katalytischen Dehydrierung von iso-Butan mindert auch die unerwünschte Bildung von Allen, Acethylen und anderen Kohlevorläufern als Nebenprodukten. Of course there is also the possibility of water vapor and molecular hydrogen to be catalytically dehydrogenated Add isobutane in a mixture. An addition of molecular hydrogen for the catalytic dehydrogenation of isobutane also reduces the undesirable formation of all, acethylene and others Coal precursors as by-products.

Bei der Mehrzahl der bekannten Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Dehydrierung von zu dehydrierenden Kohlenwasserstoffen wie iso-Butan wird die Dehydrierwärme außerhalb des Reaktors erzeugt und dem Reaktionsgas von außen zugeführt. Dies erfordert jedoch aufwendige Reaktor- und Verfahrenskonzepte und führt insbesondere bei hohen Umsätzen zu steilen Temperaturgradienten im Reaktor, mit dem Regelnachteil einer erhöhten Nebenproduktbildung. In the majority of the known methods the heterogeneous catalyzed partial dehydrogenation of dehydrogenated Hydrocarbons such as isobutane will reduce the heat of dehydrogenation outside the Reactor generated and fed to the reaction gas from the outside. This however requires complex reactor and process concepts and leads to steep, especially with high sales Temperature gradients in the reactor, with the control disadvantage of one increased by-product formation.

Alternativ kann die Dehydrierwärme auch unmittelbar im Reaktionsgas selbst dadurch erzeugt werden, daß man durch Zusatz von molekularem Sauerstoff entweder bei der Dehydrierung gebildeten oder zusätzlich zugeführten Wasserstoff exotherm zu Wasserdampf verbrennt. Dazu wird dem Reaktionsgas vor und/oder nach Eintritt in die den Dehydrierkatalysator enthaltende Reaktionszone ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas und gegebenenfalls Wasserstoff zugesetzt. Entweder der Dehydrierkatalysator selbst (dies gilt für die meisten Dehydrierkatalysatoren) und/oder zusätzlich eingebrachte Oxidationskatalysatoren erleichtern im Regelfall die erwünschte Wasserstoffoxidation (vgl. DE-A 100 28 582). Solchermaßen mittels Wasserstoffverbrennung freigesetzte Reaktionswärme ermöglicht in günstigen Fällen den völligen Verzicht auf eine indirekte Reaktorheizung und damit vergleichsweise einfache Verfahrenskonzepte sowie auch bei hohen Umsätzen beschränkte Temperaturgradienten im Reaktor. Alternatively, the heat of dehydrogenation can also be directly in the Reaction gas itself can be generated by adding molecular oxygen either formed during dehydration or additionally supplied hydrogen exothermic to water vapor burns. For this purpose, the reaction gas before and / or after entering the reaction zone containing the dehydrogenation catalyst molecular oxygen-containing gas and optionally Added hydrogen. Either the dehydrogenation catalyst itself (this applies to most dehydrogenation catalysts) and / or additionally introduced oxidation catalysts generally facilitate the Desired hydrogen oxidation (cf. DE-A 100 28 582). Heat of reaction released in this way by means of hydrogen combustion enables the complete waiver of one in favorable cases indirect reactor heating and thus comparatively simple Process concepts as well as limited with high sales Temperature gradients in the reactor.

Bei vorgenannter Verfahrensweise kann man auf die Mitverwendung von externem molekularem Wasserstoff z. B. dann verzichten, wenn man das Verfahrensprinzip der DE-A 102 11 275 anwendet. With the aforementioned procedure, one can also share of external molecular hydrogen e.g. B. waive if to apply the principle of DE-A 102 11 275.

Nach diesem Verfahrensprinzip wird der katalytischen Dehydrierzone (hier die Reaktionszone A) ein den wenigstens einen zu dehydrierenden Kohlenwasserstoff (hier iso-Butan) enthaltendes Reaktionsgas kontinuierlich zugeführt. Das Reaktionsgas wird in der katalytischen Dehydrierzone über wenigstens ein Katalysatorfestbett geführt, an welchem durch katalytische Dehydrierung molekularer Wasserstoff und partiell wenigstens ein dehydrierter Kohlenwasserstoff (hier iso-Buten) gebildet werden. Vor und/oder nach Eintritt in die katalytische Dehydrierzone wird dem Reaktionsgas wenigstens ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas zugesetzt, der den in der katalytischen Dehydrierzone im Reaktionsgas enthaltenen molekularen Wasserstoff wenigstens teilweise zu Wasserdampf oxidiert. Dann wird der katalytischen Dehydrierzone ein Produktgasgemisch entnommen, das molekularen Wasserstoff, Wasserdampf, den wenigstens einen dehydrierten Kohlenwasserstoff und den wenigstens einen zu dehydrierenden Kohlenwasserstoff enthält, in zwei Teilmengen identischer Zusammensetzung aufgeteilt und die eine der beiden Teilmengen wird als Quelle für molekularen Wasserstoff in die katalytische Dehydrierzone zurückgeführt (Kreisgas). According to this process principle, the catalytic Dehydrogenation zone (here the reaction zone A) and the at least one containing hydrocarbon to be dehydrogenated (here isobutane) Reaction gas fed continuously. The reaction gas is in the catalytic dehydrogenation zone over at least one Fixed catalyst bed, on which by catalytic dehydrogenation molecular hydrogen and partially at least one dehydrated Hydrocarbon (here iso-butene) are formed. Before and / or after entering the catalytic dehydrogenation zone Reaction gas containing at least one molecular oxygen gas added, which in the catalytic dehydrogenation zone in Reactive gas contained molecular hydrogen at least partially oxidized to water vapor. Then the catalytic Dehydrogenation zone taken from a product gas mixture, the molecular Hydrogen, water vapor, the at least one dehydrated Hydrocarbon and the at least one to be dehydrogenated Contains hydrocarbon in two subsets of identical composition split and one of the two subsets becomes the source for molecular hydrogen into the catalytic dehydrogenation zone recycled (cycle gas).

Die andere Teilmenge würde man beim erfindungsgemäßen Verfahren als Produktgasgemisch A entnehmen und nach erfindungsgemäßer Abtrennung der Reaktionszone B zuführen. The other subset would be used in the process according to the invention take as product gas mixture A and according to the invention Feed off reaction zone B.

Die Reaktionszone A kann beim erfindungsgemäßen Verfahren selbstredend auch so gestaltet sein, daß in Strömungsrichtung des Reaktionsgases auf das Festbett des Dehydrierkatalysators noch ein Katalysatorfestbett folgt, an dem im Reaktionsgas enthaltener molekularer Wasserstoff mit molekularem Sauerstoff selektiv heterogen katalysiert wenigstens partiell zu Wasserdampf verbrannt wird, so daß das Produktgasgemisch A beim erfindungsgemäßen Verfahren weitgehend oder völlig an Wasserstoff frei sein kann. Diesbezüglich geeignete Katalysatoren offenbaren beispielsweise die US-A 4788371, die US-A 4886928, die US-A 5430209, die US-A 55530171, die US-A 5527979, die EP-A 832056 und die US-A 5563314. The reaction zone A can in the process according to the invention of course, be designed so that in the direction of flow of the Reaction gas still on the fixed bed of the dehydrogenation catalyst a fixed catalyst bed follows, on the one contained in the reaction gas molecular hydrogen with molecular oxygen selective heterogeneously catalyzed at least partially burned to water vapor is so that the product gas mixture A in the invention Process can be largely or completely free of hydrogen. Suitable catalysts in this regard, for example, disclose US-A 4788371, US-A 4886928, US-A 5430209, the US-A 55530171, US-A 5527979, EP-A 832056 and the US-A 5563314.

Eine geeignete Reaktorform für die erfindungsgemäße Reaktionszone A ist der Festbettrohr- bzw. Rohrbündelreaktor. D. h., der Dehydrierkatalysator und gegebenenfalls spezifischer Wasserstoffoxidationskaltalysator, wie er z. B. in den Schriften US-A 4 788 372, US-A 4 88 928, US-A- 5 430 209, US-A 5 550 171, US-A 5 527 979, US-A 5 563 314 und EP-A 832 056 offenbart wird, befindet sich in einem Reaktionsrohr oder in einem Bündel von Reaktionsrohren als Festbett. Die Reaktionsrohre werden üblicherweise dadurch indirekt beheizt, daß im die Reaktionsrohre umgebenden Raum ein Gas, z. B. ein Kohlenwasserstoff wie Methan, verbrannt wird. Günstig ist es, diese indirekte Form der Aufheizung lediglich auf den ersten etwa 20 bis 30% der Festbettschüttung anzuwenden und die verbleibende Schüttungslänge durch die im Rahmen der Verbrennung freigesetzte Strahlungswärme auf die erforderliche Reaktionstemperatur aufzuwärmen. Das indirekte Aufheizen des Reaktionsgases kann in vorteilhafter Weise mit direktem Aufheizen durch Verbrennung mit molekularem Sauerstoff im Reaktionsgas gekoppelt werden. Auf diesem Weg ist in vergleichsweise einfacher Form eine annähernd isotherme Reaktionsführung erreichbar. A suitable reactor shape for the reaction zone according to the invention A is the fixed bed tube or tube bundle reactor. That is, the Dehydrogenation catalyst and optionally more specific Hydrogen oxidation cold analyzer, such as. B. in the scriptures US-A 4 788 372, US-A 4 88 928, US-A-5 430 209, US-A 5 550 171, US-A 5 527 979, US-A 5 563 314 and EP-A 832 056, is in a reaction tube or in a bundle of Reaction tubes as a fixed bed. The reaction tubes are Usually heated indirectly in that the reaction tubes surrounding space a gas, e.g. B. a hydrocarbon such as methane, is burned. It is convenient to use this indirect form of heating only at first about 20 to 30% of the fixed bed apply and the remaining bed length by the in Radiation heat released during combustion to the required reaction temperature to warm up. Indirect heating of the reaction gas can advantageously with direct Heating by combustion with molecular oxygen in the Reaction gas can be coupled. This way is comparatively simple form an approximately isothermal reaction can be achieved.

Geeignete Reaktionsrohrinnendurchmesser betragen etwa 10 bis 15 cm. Ein typischer Dehydrierrohrbündelreaktor umfaßt 300 bis 1000 Reaktionssrohre. Die Temperatur im Reaktionsrohrinneren bewegt sich im Bereich von 300 bis 700°C, vorzugsweise im Bereich von 400 bis 700°C. Der Arbeitsdruck liegt üblicherweise im Bereich von 0,5 bis 8 bar, häufig bei 1 bis 2 bar oder auch bei 3 bis 8 bar. Mit Vorteil wird das Reaktionsgas dem Rohrreaktor auf die Reaktionstemperatur vorerwärmt zugeführt. In der Regel verläßt das Produktgasgemisch das Reaktionsrohr mit einer anderen (höheren oder tieferen) Temperatur als der Eingangstemperatur (vgl. auch US-A 4 902849, US-A 4 996 387 und US-A 5 389 342). Im Rahmen der vorgenannten Verfahrensweise ist die Verwendung von oxidischen Dehydrierkatalysatoren auf der Grundlage von Chrom- und/oder Aluminiumoxid zweckmäßig. Häufig wird man kein Verdünnungsgas mitverwenden, sondern von im wesentlichen reinem iso-Butan als Ausgangsreaktionsgas ausgehen. Auch der Dehydrierkatalysator wird meist unverdünnt angewandt. Typische Katalysatorbelastungen mit iso-Butan liegen bei 500 bis 2000 h-1 (= Nl/l Katalysator.h). Suitable reaction tube inner diameters are about 10 to 15 cm. A typical bundle dehydrogenation tube reactor comprises 300 to 1000 reaction tubes. The temperature in the interior of the reaction tube is in the range from 300 to 700 ° C., preferably in the range from 400 to 700 ° C. The working pressure is usually in the range of 0.5 to 8 bar, often 1 to 2 bar or 3 to 8 bar. The reaction gas is advantageously fed to the tubular reactor preheated to the reaction temperature. As a rule, the product gas mixture leaves the reaction tube at a different (higher or lower) temperature than the inlet temperature (cf. also US Pat. Nos. 4,902849, 4,996,387 and 5,389,342). In the context of the aforementioned procedure, the use of oxidic dehydrogenation catalysts based on chromium and / or aluminum oxide is expedient. Often you will not use a diluent gas, but will start with essentially pure isobutane as the starting reaction gas. The dehydrogenation catalyst is also usually used undiluted. Typical catalyst loads with isobutane are 500 to 2000 h -1 (= Nl / l catalyst.h).

Großtechnisch würde man etwa drei Rohrbündelreaktoren parallel betreiben, zwei dieser Reaktoren würden sich in der Regel im Dehydrierbetrieb befinden, während in einem der Reaktoren die Katalysatorbeschickung regeneriert wird. On an industrial scale, you would have about three tube bundle reactors in parallel operate, two of these reactors would usually in Dehydration operation while in one of the reactors Catalyst feed is regenerated.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Reaktionszone A auch im Wanderbett gestaltet werden. Beispielsweise kann das Katalysatorwanderbett in einem Radialstromreaktor untergebracht sein. In selbigem bewegt sich der Katalysator langsam von oben nach unten während das Reaktionsgasgemisch radial fließt. Diese Verfahrensweise wird beispielsweise im sogenannten UOP-Oleflex-Dehydrierverfahren angewandt. Da die Reaktoren bei diesem Verfahren quasi adiabat betrieben werden, ist es zweckmäßig, mehrere Reaktoren hintereinander geschaltet zu betreiben (in typischer Weise bis zu vier). Dadurch lassen sich zu hohe Unterschiede der Temperaturen des Reaktionsgasgemisches am Reaktoreingang und am Reaktorausgang vermeiden (bei der adiabaten Betriebsweise fungiert das Reaktionsgasausgangsgemisch als Wärmeträger, von dessen Wärmeinhalt die Reaktionstemperatur abhängig ist) und trotzdem ansprechende Gesamtumsätze erzielen. Of course, reaction zone A according to the invention can also be designed in a walking bed. For example, that Catalyst moving bed can be accommodated in a radial flow reactor. In the catalyst moves slowly from top to bottom while the reaction gas mixture flows radially. This The procedure is, for example, in the so-called UOP-Oleflex dehydrogenation process applied. Because the reactors in this process are quasi Operated adiabatically, it is advisable to use several reactors to be operated in series (typically up to four). This allows excessive temperature differences of the reaction gas mixture at the reactor inlet and at the reactor outlet avoid (this works in the adiabatic mode Reaction gas starting mixture as a heat transfer medium, from the Heat content the reaction temperature is dependent) and still achieve attractive overall sales.

Wenn das Katalysatorbett den Wanderbettreaktor verlassen hat, wird es der Regenerierung zugeführt und anschließend wiederverwendet. Als Dehydrierkatalysator kann für dieses Verfahren z. B. ein kugelförmiger Dehydrierkatalysator eingesetzt werden, der im wesentlichen aus Platin auf kugelförmigem Aluminiumoxidträger besteht. Um eine vorzeitige Katalysatoralterung zu vermeiden, wird dem zu dehydrierenden iso-Butan zweckmäßig Wasserstoff zugefügt. When the catalyst bed has left the moving bed reactor, it is fed to regeneration and then reused. As a dehydrogenation catalyst for this process, for. B. a spherical dehydrogenation catalyst can be used in the essentially made of platinum on a spherical aluminum oxide support consists. To avoid premature catalyst aging, Hydrogen is expediently added to the isobutane to be dehydrogenated.

Der Arbeitsdruck liegt typisch bei 1 bis 5 bar. Das Wasserstoff zu iso-Butan Verhältnis (das molare) beträgt zweckmäßig 0,1 bis 1. Die Reaktionstemperaturen liegen bevorzugt bei 550 bis 650°C und die Katalysatorbelastung mit Reaktionsgasgemisch wird zu etwa 200 bis 1000 h-1 gewählt. Die Katalysatorbeschickung kann auch hier aus einem Gemisch aus Dehydrier- und H2 -Oxidationskatalysatoren bestehen, wie es die EP-A 832 056 empfiehlt. The working pressure is typically 1 to 5 bar. The hydrogen to iso-butane ratio (the molar) is expediently 0.1 to 1. The reaction temperatures are preferably 550 to 650 ° C. and the catalyst loading with the reaction gas mixture is selected to be about 200 to 1000 h -1 . The catalyst feed can also consist of a mixture of dehydrogenation and H 2 oxidation catalysts, as recommended by EP-A 832 056.

Bei den beschriebenen Festbettverfahren kann die Katalysatorgeometrie ebenfalls kugelförmig, aber auch zylindrisch (hohl oder voll) sein. In the fixed bed process described, the Catalyst geometry also spherical, but also cylindrical (hollow or being full.

Als weitere Verfahrensvariante für die erfindungsgemäße Reaktionszone A beschreibt Proceedings De Witt, Petrochem. Review, Houston Texas, 1992 a, N1 die Möglichkeit einer heterogen katalysierten Dehydrierung im Wirbelbett, bei der das iso-Butan nicht verdünnt wird. As a further process variant for the invention Reaction zone A describes Proceedings De Witt, Petrochem. Review, Houston Texas, 1992 a, N1 the possibility of a heterogeneous catalyzed fluidized bed dehydrogenation in which the iso-butane is not diluted.

Zweckmäßigerweise werden dabei zwei Wirbelbetten nebeneinander betrieben, von denen sich eines in der Regel im Zustand der Regenerierung befindet. Als Aktivmasse kommt dabei Chromoxid auf Aluminiumoxid zum Einsatz. Der Arbeitsdruck beträgt typisch 1 bis 1,5 bar und die Dehydriertemperatur liegt in der Regel bei 550 bis 600°C. Die für die Dehydrierung erforderliche Wärme wird dadurch in das Reaktionssystem eingebracht, daß der Dehydrierkatalysator auf die Reaktionstemperatur vorerhitzt wird. Der Arbeitsdruck liegt regelmäßig bei 1 bis 2 bar und die Reaktionstemperatur beträgt typisch 550 bis 600°C. Die vorstehende Dehydrierweise ist in der Literatur auch als Snamprogetti-Yarsintez Verfahren bekannt. Appropriately, two fluidized beds are next to each other operated, one of which is usually in the state of Regeneration located. Chromium oxide is used as the active substance Alumina for use. The working pressure is typically 1 to 1.5 bar and the dehydration temperature is usually 550 up to 600 ° C. The heat required for dehydration will introduced into the reaction system in that the Dehydrogenation catalyst is preheated to the reaction temperature. The Working pressure is regularly 1 to 2 bar and the The reaction temperature is typically 550 to 600 ° C. The above Dehydration is also known in the literature as Snamprogetti-Yarsintez Process known.

Alternativ zu den vorstehend beschriebenen Verfahrensweisen kann die erfindungsgemäße Reaktionszone A auch nach einem von ABB Lummus Crest entwickelten Verfahren realisiert werden (vgl. Proceedings De Witt, Petrochem. Review, Houston Texas, 1992, P1). As an alternative to the procedures described above the reaction zone A according to the invention also according to one of ABB Process developed by Lummus Crest (cf. Proceedings De Witt, Petrochem. Review, Houston Texas, 1992, P1).

Den bisher beschriebenen heterogen katalysierten Dehydrierverfahren des iso-Butan ist gemein, daß sie bei iso-Butanumsätzen von > 30 mol-% (in der Regel ≤ 70 mol-%) betrieben werden (bezogen auf einmaligen Reaktordurchgang). The heterogeneously catalyzed described so far The dehydrogenation process of isobutane has in common that it is used in isobutane conversions of> 30 mol% (usually ≤ 70 mol%) are operated (based on single reactor pass).

Erfindungsgemäß von Vorteil ist es, daß es für das erfindungsgemäße Verfahren ausreichend ist, in der Reaktionszone A einen iso-Butanumsatz von ≥ 5 mol-% bis ≤ 30 mol-% oder ≤ 25 mol-% zu erzielen. D. h., erfindungsgemäß kann die Reaktionszone A auch bei iso-Butanumsätzen von 10 bis 30 mol-% betrieben werden (die Umsätze beziehen sich auf einmaligen Reaktordurchgang). Dies rührt unter anderem daher, daß die verbliebene Menge an nicht umgesetztem iso-Butan in der nachfolgenden Reaktionszone B mit molekularem Stickstoff verdünnt wird, was die iso-Butyraldehyd- und/oder iso-Buttersäurenebenproduktbildung mindert. According to the invention it is advantageous that it for process according to the invention is sufficient in reaction zone A Isobutane conversion of ≥ 5 mol% to ≤ 30 mol% or ≤ 25 mol% achieve. In other words, according to the invention, reaction zone A can also be used for Isobutane conversions of 10 to 30 mol% are operated (the Revenues relate to a single reactor run). This is moving among other things, therefore, that the remaining amount of not implemented iso-butane in the subsequent reaction zone B with molecular nitrogen is diluted, which is the iso-butyraldehyde and / or Iso-butyric acid by-product formation is reduced.

Die im wesentlichen gleiche Wirkung erzielt der Stickstoff auch in der Reaktionszone C. The nitrogen also achieves essentially the same effect in reaction zone C.

Für die Realisierung der vorgenannten iso-Butanumsätze ist es günstig, die erfindungsgemäße iso-Butandehydrierung in der Reaktionszone A bei einem Arbeitsdruck von 0,3 bis 3 bar durchzuführen. Ferner ist es günstig, das zu dehydrierende iso-Butan 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 Gleichsgewichtslage der Dehydrierung auswirkt. Ferner wirkt sich die Wasserdampfmitverwendung, wie bereits erwähnt, vorteilhaft auf die Standzeit des Dehydrierkatalysators aus. Bei Bedarf kann als weiterer Bestandteil auch molekularer Wasserstoff zugegeben werden. Das molare Verhältnis von molekularem Wasserstoff zu iso-Butan ist dabei in der Regel ≤ 5. Das molare Verhältnis von Wasserdampf zu iso-Butan kann demnach bei der Reaktionszone-A-Variante mit vergleichsweise geringem iso-Butanumsatz ≥ 0 bis 30, zweckmäßig 0,1 bis 2 und günstig 0,5 bis 1 betragen. Als günstig für eine Verfahrensweise mit niederem iso- Butanumsatz erweist es sich auch, daß bei einmaligem Reaktordurchgang des Reaktionsgases lediglich eine vergleichsweise niedrige Wärmemenge verbraucht wird und zur Umsatzerzielung bei einmaligem Reaktordurchgang vergleichsweise niedrige Reaktionstemperaturen ausreichend sind. It is for the realization of the aforementioned iso-butane conversions favorable, the iso-butane dehydrogenation according to the invention in the Reaction zone A at a working pressure of 0.3 to 3 bar perform. It is also favorable to use the isobutane to be dehydrogenated Dilute water vapor. So the heat capacity of the Water on the one hand is part of the impact of the endothermic energy Balancing dehydration and reducing the other hand Dilution with water vapor the educt and product partial pressure, which is has a favorable effect on the equilibrium position of the dehydration. Furthermore, the use of water vapor has the same effect as before mentioned, advantageously on the life of the dehydrogenation catalyst out. If necessary, it can also be a molecular component Hydrogen can be added. The molar ratio of Molecular hydrogen to iso-butane is usually ≤ 5 molar ratio of water vapor to iso-butane can therefore be in the Reaction zone A variant with comparatively little Isobutane conversion ≥ 0 to 30, expediently 0.1 to 2 and favorably 0.5 to 1 be. As favorable for a procedure with low iso- Butane conversion also proves that with a one-off Reactor passage of the reaction gas is only a comparative one low amount of heat is consumed and contributes to sales comparatively low one-time reactor run Reaction temperatures are sufficient.

Es ist daher erfindungsgemäß zweckmäßig bei der Reaktionszone-A- Variante mit vergleichsweise geringem iso-Butanumsatz die iso-Butandehydrierung (quasi) adiabat durchzuführen. D. h., man wird das Reaktionsgasausgangsgemisch in der Regel auf eine Temperatur von 500 bis 700°C erhitzen (z. B. durch Direktbefeuerung der es in einem Verheizer umgebenden Wandung), bzw. auf 550 bis 650°C. Im Normalfall wird dann ein einziger adibater Durchgang durch ein Katalysatorbett ausreichend sein, um den gewünschten Umsatz zu erzielen, wobei sich das Reaktionsgasgemisch um etwa 30°C bis 200°C (je nach Umsatz) abkühlen wird. Ein Beisein von Wasserdampf als Wärmeträger macht sich auch unter dem Gesichtspunkt einer adiabaten Fahrweise vorteilhaft bemerkbar. Die niedrigere Reaktionstemperatur ermöglicht längere Standzeiten des verwendeten Katalysatorbetts. It is therefore expedient according to the invention in reaction zone-A- Variant with a comparatively low isobutane conversion to carry out iso-butane dehydrogenation (quasi) adiabatically. That is, you will Reaction gas starting mixture usually to a temperature of Heat 500 to 700 ° C (e.g. by direct firing the in a wall surrounding the heater), or to 550 to 650 ° C. in the Normally, a single flexible passage through one Catalyst bed should be sufficient to achieve the desired conversion achieve, the reaction gas mixture to about 30 ° C to 200 ° C (depending on sales) will cool. A presence of water vapor as a heat transfer medium makes one from the point of view adiabatic driving style noticeably noticeable. The lower one Reaction temperature enables longer service life of the used Catalyst bed.

Prinzipiell ist auch die erfindungsgemäße Reaktionszone A-Variante mit vergleichsweise geringem iso-Butanumsatz, ob adiabatisch oder isotherm gefahren, sowohl in einem Festbettreaktor als auch in einem Wanderbett- oder Wirbelbettreaktor durchführbar. In principle, the reaction zone according to the invention is also A variant with comparatively low isobutane conversion, whether run adiabatically or isothermally, both in a fixed bed reactor and can also be carried out in a moving bed or fluidized bed reactor.

Bemerkenswerterweise ist zu ihrer Realisierung, insbesondere im adiabatischen Betrieb, ein einzelner Schachtofenreaktor als Festbettreaktor ausreichend, der von Reaktionsgasgemisch axial und/oder radial durchströmt wird. Remarkably, their realization, especially in the adiabatic operation, a single shaft furnace reactor as Fixed bed reactor sufficient, that of the reaction gas mixture axially and / or is flowed through radially.

Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um ein einziges Reaktionsrohr dessen Innendurchmesser 0,1 bis 10 m, eventuell auch 0,5 bis 5 m beträgt und in welchem das Katalysatorfestbett auf einer Trägervorrichtung (z. B. ein Gitterrost) aufgebracht ist. Das mit Katalysator beschickte Reaktionsrohr, das im adiabaten Betrieb wärmeisoliert sein kann, wird dabei mit dem heißen, iso-Butan enthaltenden, Reaktionsgas axial durchströmt. Die Katalysatorgeometrie kann dabei sowohl kugelförmig, strangförmig oder ringförmig sein. In vorteilhafter Weise ist der Katalysator im vorgenannten Fall aber auch splittförmig anwendbar. Zur Verwirklichung einer radialen Strömung des iso-Butan enthaltenden Reaktionsgases kann der Reaktor z. B. aus zwei in einer Mantelhülle befindlichen, zentrisch ineinander gestellten, zylindrischen Gitterrosten bestehen und die Katalysatorschüttung in deren Ringspalt angeordnet sein. Im adiabaten Fall wäre die Mantelhülle wiederum thermisch isoliert. In the simplest case, it is one Reaction tube whose inside diameter is 0.1 to 10 m, possibly also 0.5 is up to 5 m and in which the fixed catalyst bed on a Carrier device (z. B. a grating) is applied. That with Catalyst-fed reaction tube that is in adiabatic operation can be thermally insulated with the hot, iso-butane containing, reaction gas flows axially. The Catalyst geometry can be either spherical, strand-like or be circular. The catalyst is advantageously in the the aforementioned case can also be used in split form. For realization a radial flow of the reaction gas containing isobutane can the reactor z. B. from two in a jacket, Centrally nested cylindrical gratings exist and the catalyst bed is arranged in the annular gap his. In the adiabatic case, the jacket would again be thermal isolated.

Als Katalysatorbeschickung für die erfindungsgemäße Reaktionszone A-Variante mit Vergleichsweise geringem iso-Butanumsatz bei einmaligem Durchgang eignen sich insbesondere die in der DE-A 199 37 107 offenbarten, vor allem alle beispielhaft offenbarten, Katalysatoren. As a catalyst feed for the reaction zone according to the invention A variant with comparatively low isobutane conversion single pass are particularly suitable in the DE-A 199 37 107, especially all of them as examples disclosed catalysts.

Nach längerer Betriebsdauer sind vorgenannte Katalysatoren z. B. in einfacher Weise dadurch regenerierbar, daß man bei einer Temperatur von 300 bis 900°C, häufig bei 400 bis 800°C, oft bei 500 bis 700°C, zunächst in ersten Regenerierungsstufen mit Stickstoff und/oder Wasserdampf verdünnte Luft über das Katalysatorbett leitet. Die Katalysatorbelastung mit Regeneriergas kann dabei z. B. 50 bis 10000 h-1 und der Sauerstoffgehalt des Regeneriergases 0,5 bis 20 Vol.-% betragen. After a long period of operation, the aforementioned catalysts are e.g. B. can be regenerated in a simple manner by diluting air at a temperature of 300 to 900 ° C, often at 400 to 800 ° C, often at 500 to 700 ° C, first in the first regeneration stages with nitrogen and / or steam Catalyst bed conducts. The catalyst load with regeneration gas can, for. B. 50 to 10000 h -1 and the oxygen content of the regeneration gas 0.5 to 20 vol .-%.

In nachfolgenden weiteren Regenerierungstufen kann unter ansonsten gleichen Regenerierbedingungen als Regeneriergas Luft verwendet werden. Anwendungstechnisch zweckmäßig empfiehlt es sich, den Katalysator vor seiner Regenerierung mit Inertgas (z. B. N2) zu spülen. In subsequent further regeneration stages, air can be used as the regeneration gas under otherwise identical regeneration conditions. Appropriately from an application point of view, it is advisable to purge the catalyst with inert gas (for example N 2 ) before it is regenerated.

Anschließend ist es in der Regel empfehlenswert, noch mit reinem molekularem Wasserstoff oder mit durch Inertgas verdünntem molekularem Wasserstoff (der Wasserstoffgehalt sollte ≥ 1 Vol.-% betragen) im ansonsten gleichen Bedingungsraster zu regenerieren. Häufig ist es vorteilhaft, die Regenerierprozedur mehrfach hintereinander durchzuführen. Afterwards it is usually recommended to use pure molecular hydrogen or with diluted by inert gas molecular hydrogen (the hydrogen content should be ≥ 1 vol .-% to regenerate) in the otherwise identical condition grid. It is often advantageous to repeat the regeneration procedure several times to perform one after the other.

Die erfindungsgemäße Reaktionszone A-Variante mit vergleichsweise geringem iso-Butanumsatz (≤ 30 mol-%) kann in allen Fällen bei den gleichen Katalysatorbelastungen (sowohl das Reaktionsgas insgesamt, als auch das in selbigem enthaltene iso-Butan betreffend) betrieben werden wie die Varianten mit hohem iso-Butanumsatz (> 30 mol-%). Diese Belastung mit Reaktionsgas kann z. B. 100 bis 10000 h-1, häufig 100 bis 3000 h-1, d. h., vielfach ca. 100 bis 2000 h-1 betragen. The reaction zone A variant according to the invention with a comparatively low iso-butane conversion (30 30 mol%) can in all cases be operated with the same catalyst loads (both the reaction gas as a whole and also the isobutane contained in the same) as the variants with high isobutane conversion (> 30 mol%). This exposure to reaction gas can e.g. B. 100 to 10000 h -1 , often 100 to 3000 h -1 , that is, often about 100 to 2000 h -1 .

In besonders eleganter Weise läßt sich die erfindungsgemäße Reaktionszone A-Variante mit vergleichsweise geringem iso-Butanumsatz in einem Hordenreaktor verwirklichen. The inventive method can be used in a particularly elegant manner Reaction zone A variant with comparatively little Realize iso-butane conversion in a tray reactor.

Dieser enthält räumlich aufeinanderfolgend mehr als ein die Dehydrierung katalysierendes Katalysatorbett. Die Katalysatorbettanzahl kann 1 bis 20, zweckmäßig 2 bis 8 aber auch 4 bis 6 betragen. Die Katalysatorbetten sind vorzugsweise radial oder axial hintereinander angeordnet. Anwendungstechnisch zweckmäßig wird in einem solchen Hordenreaktor der Katalysatorfestbetttyp angewendet. This contains more than one die spatially in succession Catalyst bed catalyzing dehydrogenation. The The number of catalyst beds can be 1 to 20, advantageously 2 to 8, but also 4 to 6 be. The catalyst beds are preferably radial or axial arranged one behind the other. Appropriately from an application point of view such a fixed-bed type tray reactor applied.

Im einfachsten Fall sind die Katalysatorfestbetten in einem Schachtofenreaktor axial oder in den Ringspalten von zentrisch ineinander gestellten zylindrischen Gitterrosten angeordnet. In the simplest case, the fixed catalyst beds are in one Shaft furnace reactor axially or in the annular gaps from centric cylindrical grids placed one inside the other.

In zweckmäßiger Weise wird das Reaktionsgasgemisch auf seinem Weg von einem Katalysatorbett zum nächsten Katalysatorbett, z. B. durch Überleiten über mit heißen Gasen erhitzte Wärmetauscherrippen oder durch Leiten durch mit heißen Brenngasen erhitzte Rohre, im Hordenreaktor einer Zwischenerhitzung unterworfen. The reaction gas mixture is expediently on its way from one catalyst bed to the next catalyst bed, e.g. B. by passing over heated with hot gases Heat exchanger fins or by passing through pipes heated with hot fuel gases, subjected to reheating in the tray reactor.

Wird der Hordenreaktor im übrigen adiabat betrieben, ist es für die gewünschten iso-Butanumsätze (≤ 30 mol-%) insbesondere bei Verwendung der in der DE-A 199 37 107 beschriebenen Katalysatoren, insbesondere der beispielhaften Ausführungsformen, ausreichend, das Reaktionsgasgemisch auf eine Temperatur von 450 bis 550°C vorerhitzt in den Dehydrierreaktor zu führen und innerhalb des Hordenreaktors in diesem Temperaturbereich zu halten. D. h., die gesamte iso-Butandehydrierung ist so bei äußerst niederen Temperaturen zu verwirklichen, was sich für die Standzeit der Katalysatorfestbetten als besonders günstig erweist. If the tray reactor is operated adiabatically, it is for the desired iso-butane conversions (≤ 30 mol%) in particular Use of those described in DE-A 199 37 107 Catalysts, in particular of the exemplary embodiments, sufficient, the reaction gas mixture to a temperature of 450 to preheated to 550 ° C in the dehydrogenation reactor and to keep within the tray reactor in this temperature range. That is, the total iso-butane dehydrogenation is so extreme to realize low temperatures, which can affect the service life of the Fixed catalyst beds proved to be particularly cheap.

Noch geschickter ist es, die vorstehend geschilderte Zwischenerhitzung auf direktem Weg durchzuführen. Dazu wird dem Reaktionsgasgemisch entweder bereits vor Durchströmung des ersten Katalysatorbettes und/oder zwischen den nachfolgenden Katalysatorbetten in begrenztem Umfang molekularer Sauerstoff oder ein selbigen enthaltendes Gas zugesetzt. Je nach verwendetem Dehydrierkatalysator wird so eine begrenzte Verbrennung der im Reaktionsgasgemisch enthaltenen Kohlenwasserstoffe, gegebenenfalls bereits auf der Katalysatoroberfläche abgeschiedener Kohle bzw. kohleähnlicher Verbindungen und/oder von im Verlauf der iso-Butandehydrierung gebildetem und/oder dem Reaktionsgasgemisch zugesetztem Wasserstoff bewirkt (es kann auch anwendungstechnisch zweckmäßig sein, im Hordenreaktor Katalysatorbetten einzufügen, die mit Katalysator beschickt sind, der spezifisch (selektiv) die Verbrennung von Wasserstoff (und/oder von Kohlenwasserstoff) katalysiert (als solche Katalysatoren kommen z. B. jene der Schriften US-A 4 788 371, US-A 4886928, US-A 5430209, US-A 55 530 171, US-A 5 527 979 und US-A 5 563 314 in Betracht); beispielsweise könnten solche Katalysatorbetten in alternierender Weise zu den Dehydrierkatalysator enthaltenden Betten im Hordenreaktor untergebracht sein). Die dabei freigesetzte Reaktionswärme ermöglicht so auf quasi autotherme Weise eine nahezu isotherme Betriebsweise der heterogen katalysierten iso-Butandehydrierung. Mit zunehmender gewählter Verweilzeit des Reaktionsgases im Katalysatorbett ist so eine iso-Butandehydrierung bei abnehmender und im wesentlichen konstanter Temperatur möglich, was besonders lange Standzeiten ermöglicht. It is even more clever, the one described above Perform reheating in a direct way. To do this Reaction gas mixture either before flowing through the first Catalyst bed and / or between the subsequent catalyst beds to a limited extent molecular oxygen or the same containing gas added. Depending on the used Dehydrogenation catalyst is limited combustion in the Reaction gas mixture contained hydrocarbons, if necessary already Coal deposited on the catalyst surface or coal-like compounds and / or from in the course of Isobutane dehydrogenation formed and / or added to the reaction gas mixture Hydrogen causes (it can also be useful from an application point of view be to insert catalyst beds in the tray reactor, which with Are charged catalyst, the specific (selective) Combustion of hydrogen (and / or hydrocarbon) catalyzed (As such catalysts come e.g. those of the writings US-A 4 788 371, US-A 4886928, US-A 5430209, US-A 55 530 171, US-A 5 527 979 and US-A 5 563 314); for example such catalyst beds in an alternating manner to the Beds containing dehydrogenation catalyst in the tray reactor be housed). The heat of reaction released thereby enables an almost isothermal mode of operation in a quasi-autothermal way the heterogeneously catalyzed isobutane dehydrogenation. With increasing selected residence time of the reaction gas in the catalyst bed is such an iso-butane dehydration with decreasing and in substantially constant temperature possible, which is particularly long Downtimes enabled.

In der Regel sollte eine wie vorstehend beschriebene Sauerstoffeinspeisung so vorgenommen werden, daß der Sauerstoffgehalt des Reaktionsgasgemisches, bezogen auf die darin enthaltene Menge an iso-Butan und iso-Buten, 0,5 bis 10 Vol.-% beträgt. Als Sauerstoffquelle kommen dabei sowohl reiner molekularer Sauerstoff oder mit Inertgas, z. B. CO, CO2, N2, Edelgase, verdünnter Sauerstoff, insbesondere aber auch Luft in Betracht. Die resultierenden Verbrennungsgase wirken in der Regel zusätzlich verdünnend und fördern dadurch die heterogen katalysierte iso-Butandehydrierung. Die Dehydriertemperatur im Hordenreaktor beträgt beim erfindungsgemäßen Verfahren im allgemeinen 400 bis 800°C, der Druck im allgemeinen 0,2 bis 10 bar, bevorzugt 0,5 bis 4 bar und besonders bevorzugt 1 bis 2 bar. Die Gesamtgasbelastung (GHSV) liegt in der Regel bei 500 bis 2000 h-1, bei Hochlastfahrweisen auch bis zu 16000 h-1, regelmäßig 4000 bis 16000 h-1. As a rule, an oxygen feed as described above should be carried out in such a way that the oxygen content of the reaction gas mixture, based on the amount of isobutane and isobutene contained therein, is 0.5 to 10% by volume. Both pure molecular oxygen or with inert gas, e.g. B. CO, CO 2 , N 2 , noble gases, diluted oxygen, but especially air. The resulting combustion gases usually have an additional diluting effect and thereby promote the heterogeneously catalyzed isobutane dehydrogenation. The dehydrogenation temperature in the tray reactor in the process according to the invention is generally 400 to 800 ° C., the pressure in general 0.2 to 10 bar, preferably 0.5 to 4 bar and particularly preferably 1 to 2 bar. The total gas load (GHSV) is usually 500 to 2000 h -1 , in high-load operations also up to 16000 h -1 , regularly 4000 to 16000 h -1 .

Die Isothermie der heterogen katalysierten iso-Butandehydrierung läßt sich dadurch weiter verbessern, daß man im Hordenreaktor in den Räumen zwischen den Katalysatorbetten geschlossene, vor ihrer Füllung evakuierte, Einbauten (z. B. rohrförmige), anbringt. Selbstredend können derartige Einbauten auch ins jeweilige Katalysatorbett gestellt werden. 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 isothermal of the heterogeneously catalyzed isobutane dehydrogenation can be further improved in that in the tray reactor in the spaces between the catalyst beds closed, in front of their Filling evacuated internals (e.g. tubular), attaches. Of course, such internals can also be used in the respective Be placed catalyst bed. These internals included suitable solids or liquids above one evaporate or melt at a certain temperature and thereby heat consume and where this temperature falls below again condense, releasing heat.

Eine Möglichkeit das Reaktionsgasgemisch in der Reaktionszone A des erfindungsgemäßen Verfahrens auf die benötigte Reaktionstemperatur zu erwärmen besteht auch darin, einen Teil des darin enthaltenen iso-Butan und/oder H2 mittels molekularem Sauerstoff zu verbrennen (z. B. an geeigneten spezifisch wirkenden Verbrennungskatalysatoren, z. B. durch einfaches Überleiten und/oder Durchleiten) und mittels der so freigesetzten Verbrennungswärme die Erwärmung auf die gewünschte Reaktionstemperatur zu bewirken. Die resultierenden Verbrennungsprodukte wie CO2, H2O sowie das den für die Verbrennung benötigten molekularen Sauerstoff gegebenenfalls begleitende N2 bilden vorteilhaft inerte Verdünnungsgase. One possibility of heating the reaction gas mixture in reaction zone A of the process according to the invention to the required reaction temperature is also to burn part of the isobutane and / or H 2 contained therein by means of molecular oxygen (e.g. on suitable combustion catalysts having a specific action, e.g. by simply passing it over and / or passing it through) and using the heat of combustion released in this way to bring it to the desired reaction temperature. The resulting combustion products such as CO 2 , H 2 O and the N 2 which may accompany the molecular oxygen required for the combustion advantageously form inert diluent gases.

Selbstredend läßt sich die erfindungsgemäße Reaktionszone A auch in einem Strahlpumpen-Kreislaufreaktor realisieren, wie ihn die DE A 102 11 275 beschreibt. Ganz generell sind alle in der DE-A 102 11 275 beschriebenen Dehydriervarianten in der erfindungsgemäßen Reaktionszone A anwendbar. It goes without saying that reaction zone A according to the invention can also be used in a jet pump cycle reactor, like the one he did DE A 102 11 275 describes. In general, all of them are in DE-A 102 11 275 described dehydration variants in the reaction zone A according to the invention applicable.

Erfindungsgemäß wesentlich ist, daß das in der Reaktionszone A verwendete iso-Butan kein reines iso-Butan sein muß. Vielmehr kann das verwendete iso-Butan bis zu 50 Vol.-% anderer Gase wie z. B. Ethan, Methan, Ethylen, n-Butane, n-Butene, Propin, Acetylen, Propan, Propen, H2S, SO2, Pentane etc. enthalten. Zweckmäßig enthält das einzusetzende Roh-iso-Butan wenigstens 60 Vol.-%, vorteilhaft wenigstens 70 Vol.-%, bevorzugt wenigstens 80 Vol.-%, besonders bevorzugt wenigstens 90 Vol.-% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 95 Vol.-% an iso-Butan. Insbesondere kann für die erfindungsgemäße Reaktionszone A auch ein Gemisch aus iso-Butan, iso-Buten und von Abtrennungen aus dem Produktgasgemisch A herrührendem Kreisgas verwendet werden. It is essential according to the invention that the isobutane used in reaction zone A need not be pure isobutane. Rather, the isobutane used can contain up to 50% by volume of other gases such as e.g. B. ethane, methane, ethylene, n-butanes, n-butenes, propyne, acetylene, propane, propene, H 2 S, SO 2 , pentanes, etc. contain. The crude isobutane to be used advantageously contains at least 60% by volume, advantageously at least 70% by volume, preferably at least 80% by volume, particularly preferably at least 90% by volume and very particularly preferably at least 95% by volume. on isobutane. In particular, a mixture of isobutane, isobutene and circulating gas originating from separations from product gas mixture A can also be used for reaction zone A according to the invention.

Das im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Reaktionszone A verlassende Produktgasgemisch A enthält wenigstens die Bestandteile iso-Butan und iso-Buten, sowie in der Regel molekularen Wasserstoff. Darüber hinaus wird es in der Regel aber auch noch Gase aus der Gruppe umfassend N2, H2O, Methan, Ethan, Ethylen, Propan, Propen, CO und CO2 sowie gegebenenfalls O2 enthalten. The product gas mixture A leaving reaction zone A in the process according to the invention contains at least the constituents isobutane and isobutene, and generally molecular hydrogen. In addition, however, it will generally also contain gases from the group comprising N 2 , H 2 O, methane, ethane, ethylene, propane, propene, CO and CO 2 and, if appropriate, O 2 .

Es wird sich in der Regel bei einem Druck von 0,3 bis 10 bar befinden und häufig eine Temperatur von 450 bis 500°C aufweisen. It is usually at a pressure of 0.3 to 10 bar are located and often have a temperature of 450 to 500 ° C.

Ganz generell werden für die erfindungsgemäße Reaktionszone A Reaktoren mit passivierten Innenwandungen eingesetzt. Die Passivierung kann z. B. dadurch erfolgen, daß auf die Innenwandung vorab der Dehydrierung gesintertes Aluminiumoxid aufgebracht oder als Reaktormaterial ein Silicium-haltiger Stahl verwendet wird, der unter Reaktionsbedingungen an der Oberfläche eine passivierend wirkende SiO2 Schicht ausbildet. Sie kann aber auch in situ durch Zusatz geringer Mengen passivierender Hilfsstoffe (z. B. Sulfide) zum Beschickungsgasgemisch der Reaktionszone A bewirkt werden. In general, reactors with passivated inner walls are used for reaction zone A according to the invention. The passivation can e.g. B. done by applying sintered aluminum oxide to the inner wall prior to the dehydrogenation or a silicon-containing steel is used as the reactor material, which forms a passivating SiO 2 layer on the surface under reaction conditions. However, it can also be effected in situ by adding small amounts of passivating auxiliaries (for example sulfides) to the feed gas mixture in reaction zone A.

Die Erfindungsgemäß essentielle Abtrennung von von iso-Butan und iso-Buten verschiedenen Bestandteilen aus dem Produktgemisch A kann auf unterschiedlicher Art und Weise vorgenommen werden. So können nacheinander u. a. Abtrennverfahren angewendet werden, von denen jedes einzelne lediglich einzelne Bestandteile abzutrennvermag. The essential separation of iso-butane and Isobutene various components from product mixture A can be done in different ways. So can successively u. a. Separation methods are applied from each of which is just individual components abzutrennvermag.

Beispielsweise kann man den Wasserstoff dadurch abtrennen, daß man das Produktgasgemisch A, gegebenenfalls nachdem man es zuvor in einem indirekten Wärmetauscher abgekühlt hat (zweckmäßiger Weise wird die dabei entnommene Wärme zum Erhitzen eines für das erfindungsgemäße Verfahren benötigten Feed-Gases verwendet), über eine, in der Regel zu einem Rohr gestaltete, Membran leitet, die lediglich für den molekularen Wasserstoff durchlässig ist. Der so individuell abgetrennte molekulare Wasserstoff kann bei Bedarf wenigstens teilweise in die Reaktorzone A oder einer sonstigen Bewertung zugeführt werden. Im einfachsten Fall kann er in Brennstoffzellen verbrannt werden. For example, you can separate the hydrogen in that the product gas mixture A, if necessary after using it beforehand cooled in an indirect heat exchanger (more appropriate Way, the heat extracted thereby becomes one for heating feed gas used according to the invention), passes over a membrane, usually designed as a tube, which is only permeable to the molecular hydrogen. The individually separated molecular hydrogen can Requires at least partially in reactor zone A or one other evaluation. In the simplest case, it can be in Fuel cells are burned.

Im Reaktionsgasgemisch A enthaltener Wasserdampf kann in einer Kondensationsstufe in einfacher Weise individuell abgetrennt und bei Bedarf wenigstens teilweise in die Reaktionszone A rückgeführt werden. Water vapor contained in the reaction gas mixture A can in one Condensation stage individually separated in a simple manner if necessary, at least partially into reaction zone A be returned.

Eine Abtrennung von Wasserstoff und Wasserdampf ist z. B. dadurch möglich, daß der im Reaktionsgasgemisch enthaltene Wasserstoff mittels Sauerstoff durch selektive heterogen katalysierte Verbrennung an geeigneten Katalysatoren in Wasserdampf überführt und nachfolgend durch Kondensation abgetrennt wird. Wird im Reaktionsgasgemisch A gegebenenfalls enthaltener Sauerstoff für vorgenannte selektive Verbrennung mitverwendet, kann auf vorgenannte Art und Weise gleichzeitig der im Produktgasgemisch A enthaltene molekulare Sauerstoff mit abgetrennt werden. Bezüglich einer solchen selektiven Verbrennung geeignete Katalysatoren offenbaren beispielsweise die US-A 4 788 371, die US-A 4 886 928, die US-A 5 430 209, die US-A 55 530 171, die US-A 55 279 979 und die US-A 5 563 314. A separation of hydrogen and water vapor is e.g. B. thereby possible that the hydrogen contained in the reaction gas mixture by means of oxygen through selective heterogeneously catalyzed Combustion on suitable catalysts converted into water vapor and subsequently separated by condensation. Will in Reaction gas mixture A optionally contained oxygen for the aforementioned selective combustion can be used on the aforementioned Way at the same time that contained in the product gas mixture A. molecular oxygen to be separated with. Regarding one disclose suitable catalysts for such selective combustion for example US-A 4 788 371, US-A 4 886 928 which US-A 5 430 209, US-A 55 530 171, US-A 55 279 979 and US US-A 5 563 314.

In entsprechender Weise kann man im Reaktionsgasgemisch A enthaltenes CO mit geeigneten Katalysatoren selektiv zu CO2 verbrennen und selbiges, gemeinsam mit im Reaktionsgasgemisch A zuvor bereits enthaltenem CO2 durch Wäsche mit einer basischen Flüssigkeit abtrennen. Als solche basischen Flüssigkeiten kommen z. B. wäßrige Alkalihydroxidlösungen, wäßrige Ammoniaklösungen oder organische Amine in Betracht. Im Gemisch mit iso-Butan und iso-Buten verbliebener Stickstoff kann bei Bedarf durch Kondensation der Kohlenwasserstoffe von selbigen abgetrennt werden. In a corresponding manner, CO contained in reaction gas mixture A can be selectively burned to CO 2 using suitable catalysts and the same can be separated off, together with CO 2 already contained in reaction gas mixture A, by washing with a basic liquid. As such basic liquids come e.g. B. aqueous alkali hydroxide solutions, aqueous ammonia solutions or organic amines. Nitrogen remaining in a mixture with isobutane and isobutene can, if necessary, be separated from it by condensation of the hydrocarbons.

Eine einfache Möglichkeit, im wesentlichen alle von iso-Butan und iso-Buten verschiedenen Bestandteile das Produktgasgemisches A abzutrennen, besteht darin, das, vorzugsweise abgekühlte (vorzugsweise auf Temperaturen von 10 bis 70°C), Produktgasgemisch A, z. B. bei einem Druck von 0,1 bis 50 bar und einer Temperatur von 0 bis 100°C, mit einem (vorzugsweise hochsiedenden) organischen Lösungsmittel (vorzugsweise ein hydrophobes), in welchem iso-Butan und iso-Buten bevorzugt absorbiert werden, in Kontakt zu bringen (z. B. durch einfaches Durchleiten). Durch nachfolgende Desorption (z. B. durch Ausheizen, Entspannungsverdampfung (Flashen) und/oder Destillation (Rektifikation)) oder Strippung mit einem bezüglich der Reaktionszone B sich inert verhaltenden Gas (z. B. Stickstoff und/oder Wasserdampf) und/oder molekularem Sauerstoff bzw. Gemischen aus inerten Gasen und molekularem Sauerstoff (z. B. Luft) werden das iso-Butan und iso-Buten im Gemisch rückgewonnen und zur Beschickung der Reaktionszone B verwendet. An easy way to do essentially all of isobutane and Iso-butene different components the product gas mixture A to separate is to cool, preferably cool (preferably at temperatures of 10 to 70 ° C), product gas mixture A, e.g. B. at a pressure of 0.1 to 50 bar and a temperature from 0 to 100 ° C, with a (preferably high-boiling) organic solvent (preferably a hydrophobic) in which Isobutane and isobutene are preferably absorbed in contact to bring (e.g. by simply passing through). By following Desorption (e.g. by heating, flash evaporation (Flashing) and / or distillation (rectification)) or stripping with a gas which is inert with respect to reaction zone B. (e.g. nitrogen and / or water vapor) and / or molecular Oxygen or mixtures of inert gases and molecular Oxygen (e.g. air) becomes the isobutane and isobutene in a mixture recovered and used to feed reaction zone B.

Bei der Verwendung von Luft beziehungsweise Sauerstoff-/Stickstoff-Mischungen, bei denen der Sauerstoffgehalt über 10 Vol.-% liegt, als Strippgas kann es sinnvoll sein, vor oder während des Stripprozesses ein Gas zuzusetzen, das den Explosionsbereich reduziert. Besonders geeignet sind für diesen Zweck Gase mit einer Wärmekapazität von ≥ 29 J/mol.K (bezogen auf 25°C und 1 atm). Zum Beispiel kann als ein solches Gas auch iso-Butan verwendet werden. When using air respectively Oxygen / nitrogen mixtures in which the oxygen content exceeds 10% by volume , as stripping gas, it can be useful before or during the Add a gas to the stripping process that covers the explosion area reduced. Gases with a. Are particularly suitable for this purpose Heat capacity of ≥ 29 J / mol.K (based on 25 ° C and 1 atm). To the For example, isobutane can also be used as such a gas become.

Das den molekularen Wasserstoff enthaltende Abgas der Absorption kann man z. B. wieder einer Membrantrennung unterwerfen und dann, bei Bedarf, den abgetrennten Wasserstoff in der Reaktionszone A mitverwenden. Das nach der Wasserstoffabtrennung verbleibende Restgas kann bei Bedarf als Verdünnungsgas in den Reaktionzonen A, B und/oder C mitverwendet werden. Vorzugsweise sollte der Siedepunkt des organischen Absorptionsmittels ≥ 100°C, besonders bevorzugt ≥ 180°C betragen. Die Absorption kann sowohl in Kolonnen als auch in Rotationsabsorbern vorgenommen werden. Dabei kann im Gleichstrom oder im Gegenstrom gearbeitet werden. Geeignete Absorptionskolonnen sind z. B. Bodenkolonnen (mit Glocken-, Zentrifugal- und/oder Siebböden), Kolonnen mit strukturierten Packungen (z. B. Blechpackungen mit einer spezifischen Oberfläche von 100 bis 500 m2/m3, z. B. Mellapak® 250 Y) und Füllkörperkolonnen (z. B. mit Raschig-Füllkörpern gefüllte). Selbstverständlich kommen aber auch Riesel- und Sprühtürme, Graphitblockabsorber, Oberflächenabsorber wie Dickschicht- und Dünnschichtabsorber sowie Rotationskolonnen, Tellerwäscher, Kreuzschleierwäscher und Rotationswäscher in Betracht. The molecular hydrogen containing exhaust gas of the absorption can, for. B. again subject to a membrane separation and then, if necessary, use the separated hydrogen in reaction zone A. The residual gas remaining after the hydrogen separation can also be used as a diluent gas in reaction zones A, B and / or C. The boiling point of the organic absorbent should preferably be 100 100 ° C, particularly preferably 180 180 ° C. The absorption can be carried out in columns as well as in rotary absorbers. You can work in cocurrent or in countercurrent. Suitable absorption columns are e.g. B. tray columns (with bell, centrifugal and / or sieve trays), columns with structured packing (e.g. sheet metal packing with a specific surface area of 100 to 500 m 2 / m 3 , e.g. Mellapak® 250 Y) and Packed columns (e.g. filled with Raschig packings). Of course, trickle and spray towers, graphite block absorbers, surface absorbers such as thick-film and thin-film absorbers as well as rotary columns, plate washers, cross-curtain washers and rotary washers can also be used.

Erfindungsgemäß günstig ist es, wenn das zu verwendende organische Absorptionsmittel einerseits die bereits gegebene Empfehlung für den Siedepunkt erfüllt, andererseits gleichzeitig aber ein nicht zu hohes Molekulargewicht aufweist. Mit Vorteil beträgt das Molekulargewicht des Absorptionsmittels ≤ 300 g/mol. It is favorable according to the invention if the one to be used organic absorbent on the one hand the already given Recommendation for the boiling point fulfilled, on the other hand at the same time but has a not too high molecular weight. With advantage the molecular weight of the absorbent is ≤ 300 g / mol.

Erfindungsgemäß geeignete Absorptionsmittel sind z. B. relativ unpolare organische Lösungsmittel, die vorzugsweise keine nach außen wirkende polare Gruppe enthalten. Beispielhaft genannt seien aliphatische (z. B. C8- bis C18-Alkene) oder aromatische Kohlenwasserstoffe, z. B. Mittelölfraktionen aus der Paraffindestillation, oder Ether mit sperrigen Gruppen am O-Atom, oder Gemische davon, wobei diesen ein polares Lösungsmittel wie z. B. 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, z. B. 4-Methyl-4'-benzyl-diphenylmethan und dessen Isomere 2-Methyl-2'-benzyl-diphenyl-methyl, 2-Methyl-4'-benzyl-diphenylethan 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. Häufig enthält dieses Lösungsmittelgemisch ein Lösungsmittel wie Dimethylphthalat in einer Menge von 0,1 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Lösungsmittelgemisch, zugesetzt. Erwähnt werden sollen als mögliche Absorptionsmittel auch Octane, Nonane, Decane, Undecane, Dodecane, Tridecane, Tetradecane, Pentadecane, Hexadecane, Heptadecane und Octadecane. Suitable absorbents according to the invention are e.g. B. relatively non-polar organic solvents, which preferably do not contain any polar group acting outwards. Examples include aliphatic (e.g. C 8 - to C 18 -alkenes) or aromatic hydrocarbons, e.g. B. middle oil fractions from paraffin distillation, or ethers with bulky groups on the O atom, or mixtures thereof, these a polar solvent such as. B. the 1,2-dimethylphthalate disclosed in DE-A 43 08 087 can be added. 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, methyl benzoate, ethyl benzoate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, and so-called heat transfer oils, such as diphenyl, diphenyl ether and chlorides and mixtures thereof, and mixtures and triarylalkenes, e.g. B. 4-methyl-4'-benzyl-diphenylmethane and its isomers 2-methyl-2'-benzyl-diphenyl-methyl, 2-methyl-4'-benzyl-diphenylethane 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% by weight of diphenyl (biphenyl) and about 75% by weight of diphenyl ether, for example the commercially available diphyl. This solvent mixture often contains a solvent such as dimethyl phthalate in an amount of 0.1 to 25% by weight, based on the total solvent mixture. Octane, nonane, decane, undecane, dodecane, tridecane, tetradecane, pentadecane, hexadecane, heptadecane and octadecane should also be mentioned as possible absorbents.

Geeignet sind auch die in der DE-A 33 13 573 beschriebenen Paraffinöle mit 8 bis 10 Kohlenstoffatomen. Beispiele für geeignete Handelsprodukte sind z. B. die von der Firma Haltermann vertriebenen Produkte Halpasole®i, wie z. B. Halpasol 250/340 i und Halpasol 250/275 i, sowie Druckfarbenöle unter den Bezeichnungen PKWF und Printosol. Also suitable are those described in DE-A 33 13 573 Paraffin oils with 8 to 10 carbon atoms. Examples of suitable ones Commercial products are e.g. B. from the company Haltermann distributed products Halpasole®i, such as. B. Halpasol 250/340 i and Halpasol 250/275 i, as well as printing ink oils under the names PKWF and Printosol.

Um bei der Abtrennung des iso-Butens vom Absorbat Absorptionsmittelverluste zu minimieren, kann sowohl die beim Strippen resultierende Gasphase als auch eine beim Destillieren bzw. Rektifizieren aufsteigenden Gasphase mittels Wasser im Gegenstrom gewaschen werden. Als Waschwasser kann im Abgas oder Absorption enthaltener Wasserdampf nach seiner Kondensation verwendet werden. Im übrigen kann bei der absorptiven Abtrennung wie in der WO-0196271 am Beispiel Propan/Propen beschrieben verfahren werden. In order to separate the isobutene from the absorbate Minimizing absorbent losses can be both when stripping resulting gas phase and also one during distillation or Rectify the rising gas phase using water in countercurrent getting washed. As wash water can be in the exhaust gas or absorption contained water vapor used after its condensation become. Otherwise, in the case of absorptive separation as in the Procedure described in WO-0196271 using the example of propane / propene become.

Eine alternative Möglichkeit, die von iso-Butan und iso-Buten verschiedenen Bestandteilen aus dem Produktgasgemisch A abzutrennen, bietet die fraktionierte Destillation (Rektifikation). In zweckmäßiger Weise wird eine fraktionierte Druckdestillation bei tiefen Temperaturen durchgeführt. Der anzuwendenden Druck kann z. B. 10 bis 100 bar betragen. Als Rektifikationskolonnen können Füllkörperkolonnen, Bodenkolonnen oder Packungskolonnen eingesetzt werden. Als Bodenkolonnen eignen sich solche mit Dual-Flow- Böden, Glockenböden oder Ventilböden. In einfacher Weise können z. B. zwei Rektifikationskolonnen hintereinander geschaltet werden. In der ersten Kolonne können die schwerer als iso-Butan und iso-Buten siedenden Bestandteile über Sumpf abgetrennt werden. In der zweiten Kolonne können dann iso-Butan und iso-Buten von den leichter siedenden Bestandteilen über Sumpf abgetrennt werden. An alternative option iso-butane and iso-butene various components from the product gas mixture A separating offers fractional distillation (rectification). In A fractional pressure distillation is expediently used performed at low temperatures. The pressure to be applied can z. B. 10 to 100 bar. Can be used as rectification columns Packed columns, tray columns or packed columns be used. Bottom columns are those with dual flow Bottoms, bell bottoms or valve bottoms. In a simple way z. B. two rectification columns connected in series become. In the first column they can be heavier than isobutane and Iso-butene boiling constituents are separated off at the bottom. In The second column can then use isobutane and isobutene from the lighter-boiling constituents can be separated off at the bottom.

Nach der erfindungsgemäß erforderlichen Abtrennung von wenigstens 80 mol-% der im Produktgasgemisch A enthaltenen, von iso-Butan und iso-Buten verschiedenen, Bestandteile kann das dabei erhaltene Produktgasgemisch A' zur Beschickung der Reaktionszone B verwendet werden. Bei Bedarf wird dabei das Produktgasgemisch A' vorab durch indirekten Wärmetausch auf die in der Reaktionszone A' erforderliche Reaktionstemperatur gebracht. After the separation of at least required according to the invention 80 mol% of iso-butane contained in product gas mixture A. and iso-butene different, components can do it Product gas mixture A 'obtained for feeding the reaction zone B can be used. If necessary, the product gas mixture A 'in advance by indirect heat exchange to that in the Reaction zone A 'brought required reaction temperature.

Das in der Reaktionszone B gebildete, Methacrolein enthaltende, Produktgasgemisch B wird dann ohne vorherige Abtrennung von darin enthaltenen Bestandteilen zur Beschickung einer Reaktionszone C verwendet. The methacrolein-containing methoxide formed in reaction zone B Product gas mixture B is then without prior separation from it contained components for feeding a reaction zone C used.

Die Grundlage für die Gestaltung des zweiten Teils des erfindungsgemäßen Verfahrens in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Reaktionszonen B, C bildet die Tatsache, daß die heterogen katalysierte Gasphasen-Partialoxidation von iso-Buten mit molekularem Sauerstoff zu Methacrylsäure in zwei längs der Reaktionskoordinate aufeinanderfolgenden Schritten abläuft, von denen der erste zum Methacrolein und der zweite vom Methacrolein zur Methacrylsäure führt. The basis for the design of the second part of the method according to the invention in two spatial successive reaction zones B, C forms the fact that the heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation of isobutene with molecular oxygen to methacrylic acid in two along the Reaction coordinate runs consecutive steps, of which the first to methacrolein and the second from methacrolein to Methacrylic acid leads.

In jeder der beiden Reaktionszonen B, C kann der zu verwendende oxidische Katalysator in optimierender Weise ebenso angepaßt werden wie die Reaktionsbedingungen. So wird für die erste Odxidationszone, die Reaktionszone B (iso-Buten → Methacrolein), in der Regel ein Katalysator auf der Basis von die Elementkombination Mo-Bi-Fe enthaltenden Multimetalloxiden bevorzugt, während für die zweite Oxidationszone, die Reaktionszone C (Methacrolein → Methacrylsäure) normalerweise Katalysatoren auf der Basis von die Elementkombination Mo-P enthaltenden Multimetalloxiden (insbesondere die sogenannten Heteropolysäuren) bevorzugt werden. The one to be used can be used in each of the two reaction zones B, C oxidic catalyst also adapted in an optimizing manner become like the reaction conditions. So for the first one Odxidationszone, the reaction zone B (iso-butene → methacrolein), in the Usually a catalyst based on the element combination Mo-Bi-Fe containing multimetal oxides preferred, while for the second oxidation zone, reaction zone C (Methacrolein → methacrylic acid) normally catalysts on the Basis of the Mo-P element combination Multimetal oxides (especially the so-called heteropolyacids) are preferred become.

Beispielsweise offenbaren die US-A 4 954 650, die US-A 5 166 119, die DE-A 101 21 592 (Multimetalloxidmassen der Formeln I, II und III in selbiger DE-A), die DE-A 100 46 957 (Multimetalloxidmassen der Formeln I und II in selbiger DE-A), die DE-A 101 01 695 (Multimetalloxidmassen der Formeln I, II, und III in selbiger DE-A), die DE-A 100 63 162 (Multimetalloxidmassen der Formel I in selbiger DE-A), die DE-A 100 59 713 (Multimetalloxidmassen der Formel I in selbiger DE-A) und die DE-A 100 49 873 (Multimetalloxidmassen der Formel I in selbiger DE-A) für die Reaktionszone B geeignete Multimetalloxidkatalysatoren. For example, US-A 4 954 650, US-A 5 166 119, DE-A 101 21 592 (multimetal oxide compositions of the formulas I, II and III in the same DE-A), DE-A 100 46 957 (multimetal oxide materials of the formulas I and II in the same DE-A), DE-A 101 01 695 (Multimetal oxide compositions of the formulas I, II and III in the same DE-A), DE-A 100 63 162 (multimetal oxide compositions of the formula I in same DE-A), DE-A 100 59 713 (multimetal oxide masses of Formula I in the same DE-A) and DE-A 100 49 873 (Multimetal oxide compositions of the formula I in the same DE-A) for reaction zone B suitable multimetal oxide catalysts.

Eine Vielzahl der für die Reaktionszone B als Katalysatoren geeigneten Multimetalloxidmassen läßt sich unter der allgemeinen Formel I

Mo12BiaFebX1 cX2 dX3 eX4 fOn (I)

in der die Variablen nachfolgende Bedeutung aufweisen:
X1 = Nickel und/oder Kobalt,
X2 = ein Alkalimetall, Thallium 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 I bestimmt wird,
subsummieren.
A large number of the multimetal oxide materials suitable as catalysts for reaction zone B can be obtained under the general formula I.

Mo 12 Bi a Fe b X 1 c X 2 d X 3 e X 4 f O n (I)

in which the variables have the following meaning:
X 1 = nickel and / or cobalt,
X 2 = an alkali metal, thallium 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 which is determined by the valency and frequency of the elements in I other than oxygen,
subsumed.

Sie sind in an sich bekannter Weise erhältlich (vgl. z. B. DE-A 101 21 592) 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. They are available in a manner known per se (cf. e.g. DE-A 101 21 592) and are usually turned into spheres, Rings or cylinders shaped or in the form of Shell catalysts, d. that is, coated with the active composition preformed, inert carrier bodies used.

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. Geeignete Schalenkatalysatorgeometrien offenbart gleichfalls die DE-A 101 21 592. Suitable full catalyst geometries are e.g. B. full 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 appropriate. Of course, the full catalyst can also Have spherical geometry, the ball diameter 2 to 10 mm can be. Suitable shell catalyst geometries are disclosed likewise DE-A 101 21 592.

Erfindungsgemäß als Katalysatoren für die Reaktionszone B günstige Multimetalloxidmassen sind ferner Massen der allgemeinen Formel II

[Y1 a, Y2 b, Ox,]p[Y3 c, Y4 d, Y5 e, Y6 f, Y7 g, Y2 h, Oy,]q (II),

in der die Variablen folgende Bedeutung haben:
Y1 = nur Wismut oder Wismut und wenigstens eines der Elemente Tellur, Antimon, Zinn und Kupfer,
Y2 = Molybdän und/oder 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, Cer und Vanadin,
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 II bestimmt werden und
p, q = Zahlen, deren Verhältnis p/q 0,1 bis 10 beträgt.
Multimetal oxide compositions which are favorable according to the invention as catalysts for reaction zone B are also compositions of the general formula II

[Y 1 a , Y 2 b , O x ,] p [Y 3 c , Y 4 d , Y 5 e , Y 6 f , Y 7 g , Y 2 h , O y ,] q (II),

in which the variables have the following meaning:
Y 1 = only bismuth or bismuth and at least one of the elements tellurium, antimony, tin and copper,
Y 2 = molybdenum and / or 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, cerium and vanadium,
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 valency and frequency of the elements in II other than oxygen and
p, q = numbers whose ratio p / q is 0.1 to 10.

In günstigen Fällen enthalten die Multimetalloxidmassen II 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 Verbindungsstrecke zweier auf der Oberfläche (Grenzfläche) des Bereichs befindlicher Punkte) 1 nm bis 100 µm, häufig 10 nm bis 500 nm oder 1 µm bis 50 bzw. 25 µm, beträgt. In favorable cases, the multimetal oxide masses II contain three-dimensionally extended areas of the chemical composition Y 1 a , Y 2 b , O x , which are different from their local surroundings due to their composition which is different from their local surroundings, and their maximum diameter (longest connecting section going through the center of gravity of the area of two points on the surface (interface) of the area) is 1 nm to 100 μm, often 10 nm to 500 nm or 1 μm to 50 or 25 μm.

Hinsichtlich der Formgebung gilt bezüglich Multimetalloxidmassen II-Katalysatoren das bei den Multimetalloxidmassen I-Katalysatoren Gesagte. With regard to the shape, multimetal oxide materials apply II catalysts in the multimetal oxide masses I catalysts said.

Die Herstellung von Multimetalloxidmassen II-Katalysatoren ist z. B. in der EP-A 575897, der DE-A 198 55 913, der DE-A 100 46 957 und der DE-A 101 21 592 beschrieben. The production of multimetal oxide mass II catalysts is z. B. in EP-A 575897, DE-A 198 55 913, DE-A 100 46 957 and DE-A 101 21 592.

Die einfachste Realisierungsform der Reaktionszone B bildet ein Rohrbündelreaktor, dessen Kontaktrohre mit Katalysator beschickt sind. Die Ausgestaltung kann dabei völlig analog erfolgen, wie es die EP-A 911313, die EP-A 979813, die EP-A 990636 und die DE-A 28 30 765 für die Propylenpartialoxidation zu Acrolein lehren. Im übrigen kann die Reaktionszone B so gestaltet werden, wie es die US-A 4954650 und die US-A 5166119 lehren. The simplest form of implementation of reaction zone B is a Tube bundle reactor, the contact tubes of which are charged with catalyst are. The design can be completely analogous to how it is EP-A 911313, EP-A 979813, EP-A 990636 and Teach DE-A 28 30 765 for the partial propylene oxidation to acrolein. Otherwise, reaction zone B can be designed as it is teach US-A 4954650 and US-A 5166119.

Die Reaktionstemperatur liegt in der Regel bei 250 bis 450°C. Der Reaktionsdruck beträgt zweckmäßig 0,5 bis 5, vorteilhaft 1 bis 3 bar. Die Belastung (Nl/l.h) der Oxidationskatalysatoren beträgt häufig 1500 bis 2500 h-1 bzw. 4000 h-1. The reaction temperature is usually 250 to 450 ° C. The reaction pressure is advantageously 0.5 to 5, advantageously 1 to 3 bar. The load (Nl / lh) of the oxidation catalysts is often 1500 to 2500 h -1 or 4000 h -1 .

Prinzipiell kann die Reaktionszone B auch 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 für analoge Reaktionen beschrieben ist. In principle, reaction zone B can also be designed how it z. B. in DE-A 198 37 517, DE-A 199 10 506, the DE-A 199 10 508 and DE-A 198 37 519 for analog reactions is described.

Üblicherweise wird die externe Temperierung, gegebenenfalls in Mehrzonenreaktorsystemen, in an sich bekannter Weise an die spezielle Reaktionsgasgemischzusammensetzung sowie Katalysatorbeschickung angepaßt. The external temperature control, if appropriate in Multi-zone reactor systems, in a manner known per se to the special reaction gas mixture composition and Adjusted catalyst feed.

Der in der erfindungsgemäß erforderlichen Reaktionszone B insgesamt benötigte molekulare Sauerstoff wird dem Beschickungsgasgemisch der Reaktionszone B normalerweise in seiner Gesamtmenge vorab zugegeben. The reaction zone B required in the invention total molecular oxygen required is the Feed gas mixture of reaction zone B normally in its total amount admitted in advance.

Im Normalfall wird im Beschickungsgas für die Reaktionszone B ein molares Verhältnis iso-Buten: molekularer Sauerstoff von 1 : 1 bis 3, häufig 1 : 1,5 bis 2,5 eingestellt. Normally there is a reaction zone B in the feed gas molar ratio of isobutene: molecular oxygen from 1: 1 to 3, often set 1: 1.5 to 2.5.

Ein Überschuß (bezogen auf die Stöchiometrie der Gasphasenpartialoxidation) an molekularem Sauerstoff wirkt sich in der Regel vorteilhaft auf die Kinetik der Gasphasenoxidation in der Reaktionszone B aus. Im Unterschied zu den Verhältnissen in der erfindungsgemäß anzuwendenden Reaktionszone A werden die thermodynamischen Verhältnisse in der Reaktionszone B durch das molare Reaktandenverhältnis im wesentlichen nicht beeinflußt, da die heterogen katalysierte Gasphasen-Partialoxidation des iso-Butens zu Methacrolein kinetischer Kontrolle unterliegt. An excess (based on the stoichiometry of the Gas phase partial oxidation) of molecular oxygen affects in the Usually beneficial to the kinetics of gas phase oxidation in the Reaction zone B. In contrast to the conditions in the reaction zone A to be used according to the invention are the thermodynamic conditions in reaction zone B by the molar The reactant ratio is essentially unaffected since the heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of isobutene Methacrolein is subject to kinetic control.

Prinzipiell kann daher z. B. in der Reaktionszone B auch das iso- Buten gegenüber dem molekularen Sauerstoff im molaren Überschuß vorgelegt werden. In diesem Fall kommt dem überschüssigen iso-Buten faktisch die Rolle eines Verdünnungsgases zu. In principle, z. B. in reaction zone B also the iso- Butene compared to molecular oxygen in a molar excess be presented. In this case, the excess comes iso-butene actually plays the role of a diluent gas.

Als Quelle für den in der Reaktionszone B insgesamt benötigten molekularen Sauerstoff, der dem Produktgasgemisch A' normalerweise vor dessen Verwendung zur Beschickung der Reaktionszone B zugemischt wird, kommt insbesondere mit molekularem Stickstoff verdünnter Sauerstoff in Betracht. In zweckmäßiger Weise wird man wenigstens zur Deckung eines Teilbedarfs an molekularem Sauerstoff Luft als Sauerstoffquelle verwenden, da auf diese Weise der in der Reaktionszone B erfindungsgemäß mitzuverwendende Stickstoff auf einfachste Art und Weise ins Reaktionssystem eingebracht werden kann. As a source for everything needed in reaction zone B. molecular oxygen which is the product gas mixture A ' normally before it is used to feed reaction zone B admixed comes in particular with molecular nitrogen diluted oxygen. In an expedient way you will at least to cover a partial need for molecular Oxygen Use air as the source of oxygen, because in this way the to be used in reaction zone B according to the invention Nitrogen in the simplest way into the reaction system can be introduced.

Eine Teilmenge des in der Reaktionszone B insgesamt benötigten molekularen Sauerstoff kann aber auch bereits im der Reaktionszone B zugeführten Produktgasgemisch A' enthalten sein. Vorzugsweise ist darin jedoch kein Sauerstoff mehr enthalten. Als weitere in der Reaktionszone verwendbare Sauerstoffquelle kommt auch mit Inertgasen wie CO2, CO, Edelgasen, N2 und/oder gesättigten Kohlenwasserstoffen verdünnter molekularer Sauerstoff in Betracht. Eine solche Sauerstoffquelle kann z. B. ein aus dem erfindungsgemäßen Verfahren abgezweigtes und in die Reaktionszone B rückgeführtes Kreisgas sein. However, a partial amount of the total molecular oxygen required in reaction zone B can also already be contained in product gas mixture A 'supplied to reaction zone B. However, oxygen is preferably no longer contained therein. Molecular oxygen diluted with inert gases such as CO 2 , CO, noble gases, N 2 and / or saturated hydrocarbons can also be used as a further oxygen source that can be used in the reaction zone. Such an oxygen source can e.g. B. be a branch gas branched from the process according to the invention and recycled into reaction zone B.

Mit Vorteil wird beim erfindungsgemäßen Verfahren, abgesehen von im Produktgasgemisch A' gegebenenfalls bereits enthaltenem molekularem Sauerstoff, als Quelle für molekularen Sauerstoff in der nachfolgenden Reaktionszone B wenigstens teilweise und bevorzugt ausschließlich Luft verwendet. With the method according to the invention, apart from any already contained in the product gas mixture A ' molecular oxygen, as a source of molecular oxygen in the subsequent reaction zone B at least partially and preferably only air is used.

Durch Zudosieren von kalter, Raumtemperatur aufweisender Luft zu heißem Produktgasgemisch A' kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Bedarf eine Abkühlung des Produktgemisches A' auf seinem Weg in die Reaktionszone B bewirkt werden. By adding cold air at room temperature hot product gas mixture A 'can be used in the context of the invention If necessary, the process cools down the product mixture A ' its way into reaction zone B can be effected.

Das die erfindungsgemäß anzuwendende Reaktionszone B verlassende Produktgasgemisch B ist in der Regel im wesentlichen zusammengesetzt aus dem Zielprodukt Methacrolein oder dessen Gemisch mit Methacrylsäure, nicht umgesetztem molekularem Sauerstoff, iso-Butan, nicht umgesetztem iso-Buten (der molare Umsatz an iso-Buten in der Reaktionszone B beträgt erfindungsgemäß bevorzugt ≥ 96 oder ≥ 97 mol-%, besonders bevorzugt ≥ 98 mol-% und ganz besonders bevorzugt ≥ 99 mol-%), molekularem Stickstoff (gegebenenfalls molekularem Wasserstoff), als Nebenprodukt entstandenem und/oder als Verdünnungsgas mitverwendetem Wasserdampf, als Nebenprodukt und/oder als Verdünnungsgas mitverwendeten Kohlenoxiden, sowie geringen Mengen sonstiger niederer Aldehyde, Kohlenwasserstoffen und anderen inerten Verdünnungsgasen. Der Gehalt an iso-Butyraldehyd und iso-Buttersäure ist jedoch erfindungsgemäß minimiert. Erfindungsgemäß wesentlich ist, daß der molare Umsatz an iso-Buten in der Reaktionszone B ≥ 95 mol-% beträgt. The one leaving reaction zone B to be used according to the invention Product gas mixture B is generally essentially composed of the target product methacrolein or its mixture with Methacrylic acid, unreacted molecular oxygen, isobutane, unreacted isobutene (the molar conversion of isobutene in reaction zone B according to the invention is preferably 96 96 or ≥ 97 mol%, particularly preferably ≥ 98 mol% and entirely particularly preferably ≥ 99 mol%), molecular nitrogen (optionally molecular hydrogen), as a by-product and / or water vapor used as diluent gas, as By-product and / or used as a diluent Carbon oxides, as well as small amounts of other lower aldehydes, Hydrocarbons and other inert diluent gases. The salary of iso-butyraldehyde and iso-butyric acid, however minimized according to the invention. It is essential according to the invention that the molar Conversion of isobutene in reaction zone B is ≥ 95 mol%.

Günstige Katalysatoren für die Reaktionszone C offenbaren z. B. die DE-A 44 05 060, die US-A 5 166 119, die US-A 5 153 162, die US-A 4 954 650, die US-A 4 558 028 und die DE-A 198 15 279. Sie lehren auch die Herstellung solcher Katalysatoren. Neben Molybdän und Phosphor enthalten sie üblicherweise metallische und übergangsmetallische Elemente, insbesondere Kupfer, Vanadin, Arsen, Antimon, Cäsium sowie Kalium (vergleiche DE-A 43 29 907, DE-A 26 10 249, JP-A 7/185354). Cheap catalysts for the reaction zone C disclose z. B. DE-A 44 05 060, US-A 5 166 119, US-A 5 153 162, the US-A 4 954 650, US-A 4 558 028 and DE-A 198 15 279. You also teach the manufacture of such catalysts. In addition to molybdenum and phosphorus, they usually contain metallic and transition metal elements, in particular copper, vanadium, arsenic, Antimony, cesium and potassium (see DE-A 43 29 907, DE-A 26 10 249, JP-A 7/185354).

Die DE-A 199 22 113 schlägt Multimetalloxidmassen der allgemeinen Formel III vor

[A]p [B]q (III),

vor, in der die Variablen die folgende Bedeutung haben:
A: Mo12Xa 1Xb 2Xc 3Xd 4Xe 5Ox
B: MofX6 gX7 hOy
X1 = H, von dem bis zu 97 Mol-% ersetzt sein können durch Ammonium, K, Rb und/oder Cs,
X2 = V, Nb, Ta, W und/oder Re,
X3 = B, Si, P, Ge, As und/oder Sb,
X4 = Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Ca, Sr und/oder Ba,
X5 = S,
X6 = Cu, Fe, Co, Ni, Zn, Cd, Mn, Mg, Ca, Sr und/oder Ba,
X7 = Nb, Ta und/oder Sb,
a = bis 3,
b = 0,1 bis 2,
c = 0 bis 5,
d = 0 bis 1,
e = 0 bis 1,
f = 0 bis 2,
g = 0,5 bis 1,5,
h = 2 bis 4,
x, y = Zahlen, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in (I) bestimmt sind, p = 1 und q = 0 oder
p, q von Null verschiedene, ganze Zahlen, deren Verhältnis p/q von 160 : 1 bis 1 : 1 beträgt, wobei die Standardabweichung der stöchiometrischen Koeffizienten a der Variablen X1 einzelner Kristallite innerhalb der Komponente A der Multimetalloxidmasse kleiner als 0,40, bevorzugt kleiner als 0,20, insbesondere kleiner als 0,11, ist.
DE-A 199 22 113 proposes multimetal oxide compositions of the general formula III

[A] p [B] q (III),

in which the variables have the following meaning:
A: Mo 12 X a 1 X b 2 X c 3 X d 4 X e 5 O x
B: Mo f X 6 g X 7 h O y
X 1 = H, of which up to 97 mol% can be replaced by ammonium, K, Rb and / or Cs,
X 2 = V, Nb, Ta, W and / or Re,
X 3 = B, Si, P, Ge, As and / or Sb,
X 4 = Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Ca, Sr and / or Ba,
X 5 = S,
X 6 = Cu, Fe, Co, Ni, Zn, Cd, Mn, Mg, Ca, Sr and / or Ba,
X 7 = Nb, Ta and / or Sb,
a = to 3,
b = 0.1 to 2,
c = 0 to 5,
d = 0 to 1,
e = 0 to 1,
f = 0 to 2,
g = 0.5 to 1.5,
h = 2 to 4,
x, y = numbers determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in (I), p = 1 and q = 0 or
p, q integers other than zero, the ratio p / q of which is from 160: 1 to 1: 1, the standard deviation of the stoichiometric coefficients a of the variable X 1 of individual crystallites within component A of the multimetal oxide mass being less than 0.40, is preferably less than 0.20, in particular less than 0.11.

Vorzugsweise enthalten sie den Anteil [A]p in Form dreidimensional ausgedehnter, von ihrer lokalen Umgebung aufgrund ihrer verschiedenen chemischen Zusammensetzung abgegrenzter, Bereiche A der chemischen Zusammensetzung A und den Anteil [B]q in Form dreidimensional ausgedehnter, von ihrer lokalen Umgebung aufgrund ihrer von ihrer lokalen Umgebung verschiedenen chemischen Zusammensetzung abgegrenzter, Bereiche B der chemischen Zusammensetzung B, wobei die Bereiche A, B relativ zueinander wie in einem feinteiligen Gemisch aus A und B verteilt sind. They preferably contain the portion [A] p in the form of three-dimensionally extended areas A of the chemical composition A, which are differentiated from their local environment due to their different chemical composition, and the portion [B] q in the form of three-dimensionally expanded area, based on their local environment areas B different from their local surroundings, areas B of chemical composition B, areas A, B being distributed relative to one another as in a finely divided mixture of A and B.

Die DE-A 44 05 060 empfiehlt ähnliche Multimetalloxidmassen als geeignet für eine Reaktionszone C. Wie die Multimetalloxidkatalysatoren für die Reaktionszone B werden auch die Multimetalloxidkatalysatoren für die Reaktionszone C 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. DE-A 44 05 060 recommends similar multimetal oxide materials as suitable for a reaction zone C. Like that Multimetal oxide catalysts for reaction zone B are also Multimetal oxide catalysts for reaction zone C usually in bulk Balls, rings or cylinders shaped or in the form of Shell catalysts, d. that is, coated with the active composition preformed, inert carrier bodies used.

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. Geeignete Schalenkatalysatorgeometrien sind z. B. die in der DE-A 101 21 592 offenbarten. Suitable full catalyst geometries are e.g. B. full 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 appropriate. Of course, the full catalyst can also Have spherical geometry, the ball diameter 2 to 10 mm can be. Suitable shell catalyst geometries are e.g. B. those disclosed in DE-A 101 21 592.

Die einfachste Realisierungsform der Reaktionszone C bildet wie im Fall der Reaktionszone B ein Rohrbündelreaktor, weshalb alle bezüglich des Rohrbündelreaktors der Reaktionszone B gemachten Aussagen in analoger Form auch für einen Rohrbündelreaktor der Reaktionszone C Gültigkeit besitzen. The simplest form of implementation of reaction zone C is how in the case of reaction zone B a tube bundle reactor, which is why all made with respect to the tube bundle reactor of reaction zone B. Statements in analog form also for a tube bundle reactor Reaction zone C is valid.

Was die Stromführung von Reaktionsgas und Temperiermedium (z. B. Salzbad) anbetrifft, können sowohl die für die Reaktionszone B als auch die für die Reaktionszone C empfohlenen Rohrbündelreaktoren sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom betrieben werden. Selbstredend können auch Querstromführungen überlagert werden. Besonders günstig ist eine mäanderförmige Führung des Temperaturmediums um die Kontaktrohre herum, die über den Reaktor betrachtet wiederum im Gleichstrom oder im Gegenstrom zum Reaktionsgasgemisch erfolgen kann. What is the current flow of reaction gas and temperature control medium (e.g. Salt bath), both those for reaction zone B as well as those recommended for reaction zone C. Shell and tube reactors operated both in cocurrent and in countercurrent become. Of course, cross-flow guides can also be overlaid become. A meandering guidance of the Temperature medium around the contact tubes, which over the reactor considered again in cocurrent or in countercurrent to Reaction gas mixture can take place.

Eine besonders einfache Realisierungsform der Reaktionszonen B, C bildet daher ein Rohrbündelreaktor innerhalb dessen sich die Katalysatorbeschickung längs der einzelnen Kontaktrohre entsprechend ändert. Gegebenenfalls wird dabei die Beschickung der Kontaktrohre mit Katalysator durch eine Inertschüttung unterbrochen (die EP-A 911313, die EP-A 979813, die EP-A 990636 und die DE-A 28 30 765 lehren eine solche Verfahrensweise in äquivalenter Weise am Beispiel der Propylenpartialoxidation zu Acrylsäure). Im Fall dieser Realisierungsform muß das Beschickungsgasgemisch für die Reaktionszone B bereits den in der Reaktionszone C benötigten molekularen Sauerstoff enthalten. A particularly simple form of implementation of the reaction zones B, C therefore forms a tube bundle reactor within which the Catalyst feed along the individual contact tubes changes accordingly. If necessary, the loading of the Contact tubes with catalyst interrupted by an inert bed (EP-A 911313, EP-A 979813, EP-A 990636 and the DE-A 28 30 765 teach such a procedure in an equivalent manner Example using the propylene partial oxidation to acrylic acid). in the In the case of this form of implementation, the feed gas mixture must be for reaction zone B already requires that in reaction zone C. contain molecular oxygen.

Vorzugsweise werden die beiden Reaktionszonen B, C jedoch in Form zweier hintereinander geschalteter Rohrbündelsysteme realisiert. Diese können sich gegebenenfalls in einem Reaktor befinden, wobei der Übergang von einem Rohrbündel zum anderen Rohrbündel von einer nicht in den Kontaktrohren untergebrachten (zweckmäßigerweise begehbaren) Schüttung aus Inertmaterial gebildet werden. Während die Kontaktrohre in der Regel von einem Wärmeträger umspült werden, erreicht dieser eine wie vorstehend beschrieben angebrachte Inertschüttung nicht. Mit Vorteil aber werden die beiden Kontaktrohrbündel in räumlich voneinander getrennten Reaktoren untergebracht. Dabei kann sich zwischen den beiden Rohrbündelreaktoren ein Zwischenkühler befinden, um eine gegebenenfalls erfolgende Methacroleinnachverbrennung im Produktgasgemisch, das die Reaktionszone B verlässt, zu mindern. Anstelle von Rohrbündelreaktoren können auch Plattenwärmetauscherreaktoren mit Salz- und/oder Siedekühlung, wie sie z. B. die DE-A 199 29 487 und die DE-A 199 52 964 beschreiben, eingesetzt werden. However, the two reaction zones B, C are preferably in the form two tube bundle systems connected in series. If appropriate, these can be located in a reactor, where the transition from one tube bundle to the other tube bundle from one not accommodated in the contact tubes (expediently walkable) bed of inert material. While the contact tubes are usually washed around by a heat transfer medium , it reaches one attached as described above Not pouring in. But the two will be advantageous Contact tube bundles in spatially separate reactors accommodated. There can be between the two tube bundle reactors an intercooler to make a possible Methacrolein afterburning in the product gas mixture, which the Reduce reaction zone B. Instead of tube bundle reactors can also plate heat exchanger reactors with salt and / or Evaporative cooling, as z. B. DE-A 199 29 487 and DE-A 199 52 964 describe, be used.

Die Reaktionstemperatur in der Reaktionszone C liegt in der Regel bei 230 bis 350°C, häufig bei 250 bis 320°C. Der Reaktionsdruck beträgt in der Reaktionszone C zweckmäßig 0,5 bis 5, häufig 1 bis 3 bzw. 2 bar. Die Belastung (Nl/l.h) der Oxidationskatalysatoren der Reaktionszone C mit Bechickungsgasgemisch beträgt häufig 1000 bis 2500 h-1 bzw. bis 4000 h-1. The reaction temperature in reaction zone C is usually 230 to 350 ° C, often 250 to 320 ° C. The reaction pressure in reaction zone C is advantageously 0.5 to 5, often 1 to 3 or 2 bar. The loading (Nl / lh) of the oxidation catalysts in reaction zone C with the feed gas mixture is frequently from 1000 to 2500 h -1 or up to 4000 h -1 .

Wie bereits erwähnt, kann der in der Reaktionszone C als Oxidationsmittel insgesamt benötigte molekulare Sauerstoff bereits dem Bechickungsgasgemisch der Reaktionszone B in seiner Gesamtmenge vorab zugegeben werden. Selbstverständlich kann aber auch nach der Reaktionszone B mit Sauerstoff ergänzt werden. Von letzterer Möglichkeit wird man insbesondere dann Gebrauch machen, wenn die beiden Reaktionszonen B, C in Form zweier hintereinander geschalteter Rohrbündelsysteme realisiert werden. As already mentioned, the in the reaction zone C as All in all, oxidizing agent required molecular oxygen Charge gas mixture of reaction zone B in its total amount be added in advance. Of course, but can also reaction zone B are supplemented with oxygen. From the latter You will make use of this option in particular if the two reaction zones B, C in the form of two in a row switched tube bundle systems can be realized.

Da der in der Reaktionszone B mitverwendete molekulare Stickstoff auch Bestandteil des Beschickungsgasgemisches der Reaktionszone C ist, kann eine solche Sauerstoffergänzung mittels reinem molekularem Sauerstoff vorgenommen werden. Als weitere für solche Ergänzungszwecke verwendbare Sauerstoffquelle kommt auch mit Inertgasen wie CO2, CO, Edelgasen, N2 und/oder gesättigten Kohlenwasserstoffen verdünnter molekularer Sauerstoff in Betracht. Eine solche Sauerstoffquelle kann z. B. ein aus dem erfindungsgemäßen Verfahren abgezweigtes, in die Reaktionszone C rückgeführtes Kreisgas sein. Erfindungsgemäß bevorzugt wird man für eine solche Sauerstoffergänzung Luft verwenden. Since the molecular nitrogen used in reaction zone B is also part of the feed gas mixture of reaction zone C, such an oxygen supplementation can be carried out using pure molecular oxygen. Molecular oxygen diluted with inert gases such as CO 2 , CO, noble gases, N 2 and / or saturated hydrocarbons can also be considered as a further oxygen source which can be used for such supplementary purposes. Such an oxygen source can e.g. B. from the process according to the invention branched, recycled into the reaction zone C cycle gas. According to the invention, air is preferably used for such an oxygen supplement.

Auch in der Reaktionszone C wirkt sich ein Überschuss (bezogen auf die Reaktionsstöchiometrie) an molekularem Sauerstoff in der Regel vorteilhaft auf die Kinetik der Gasphasenoxidation aus. Vorzugsweise wird in der Reaktionszone C ein molares Verhältnis Methacrolein : molekularer Sauerstoff von 1 : 1 bis 3, häufig 1 : 1,5 bis 2,5 eingestellt. An excess (based on on the reaction stoichiometry) of molecular oxygen in the Usually advantageous based on the kinetics of gas phase oxidation. A molar ratio is preferred in reaction zone C. Methacrolein: molecular oxygen from 1: 1 to 3, common 1: 1.5 to 2.5 set.

Häufig wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß im Produktgasgemisch C wenigstens 50 mol-%, vorzugsweise wenigstens 60 mol-% des in den verschiedenen Reaktionszonen insgesamt zugeführten molekularen Sauerstoff umgesetzt worden sind. The process according to the invention is often carried out in such a way that in the product gas mixture C at least 50 mol%, preferably at least 60 mol% of the total in the different reaction zones molecular oxygen supplied have been implemented.

Häufig wird beim erfindungsgemäßen Verfahren in der Reaktionszone C bei einem molaren Methacrolein : molekularem Sauerstoff : Wasserdampf : iso-Butan : molekularem Stickstoff : sonstige Verdünnungsgase Verhältnis von 2-5 : 5-15 : 0-20 : 5-25 : 20-80 : 0-6 gearbeitet. Frequently in the process according to the invention in the reaction zone C for a molar methacrolein: molecular oxygen:  Water vapor: isobutane: molecular nitrogen: other Dilution gases ratio of 2-5: 5-15: 0-20: 5-25: 20-80: 0-6 worked.

Prinzipiell lassen sich die Reaktionszonen B und C formal aber auch zu einer einzigen Reaktionszone zusammenfassen. In diesem Fall erfolgen die beiden Reaktionsschritte (iso-Buten → Methacrolein; Methacrolein → Methacrylsäure) in einem Oxidationsreaktor der mit einem Katalysator beschickt ist, der die Umsetzung beider aufeinander folgender Reaktionsschritte zu katalysieren vermag. In principle, however, reaction zones B and C can be formally can also be combined into a single reaction zone. In this In this case, the two reaction steps take place (iso-butene → methacrolein; Methacrolein → methacrylic acid) in an oxidation reactor which is charged with a catalyst, the implementation of both can catalyze successive reaction steps.

Durch Zudosieren von kalter (Umgebungstemperatur aufweisender) Luft zu heißem Produktgasgemisch B kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens auch auf direktem Weg eine Abkühlung des Produktgasgemisches B bewirkt werden, bevor es zur Beschickung der Reaktionszone C verwendet wird. By adding cold (ambient temperature) Air to hot product gas mixture B can within the method according to the invention also directly cooling the Product gas mixture B are caused before it is fed to the Reaction zone C is used.

Das die Reaktionszone C verlassende Produktgasgemisch C ist in der Regel im wesentlichen zusammengesetzt aus Methacrylsäure, Methacrolein, nicht umgesetztem molekularem Sauerstoff, iso-Butan, molekularem Stickstoff, als Nebenprodukt entstandenem und/oder als Verdünnungsgas mitverwendetem Wasserdampf, (gegebenenfalls molekularem Wasserstoff), als Nebenprodukt und/oder als Verdünnungsgas mitverwendeten Kohlenoxiden, sowie geringen Mengen sonstiger niederer Aldehyde, Kohlenwasserstoffen und anderen inerten Verdünnungsgasen. Sein Gehalt an iso-Butyraldehyd und iso-Buttersäure ist erfindungsgemäß minimiert. The product gas mixture C leaving the reaction zone C is in generally composed of methacrylic acid, Methacrolein, unreacted molecular oxygen, isobutane, molecular nitrogen, a by-product and / or steam used as diluent gas, (if necessary molecular hydrogen), as a by-product and / or as Diluent gas with used carbon oxides, as well as small amounts other lower aldehydes, hydrocarbons and other inert Diluent gases. Its content of iso-butyraldehyde and According to the invention, isobutyric acid is minimized.

Die Methacrylsäure kann aus dem Produktgasgemisch C in an sich bekannter Weise abgetrennt werden. The methacrylic acid can in itself from the product gas mixture C in be separated in a known manner.

Beispielsweise kann das Produktgasgemisch C (das z. B. eine Austrittstemperatur von 220°C aufweisen kann) zunächst mittels einer 10 gew.-%igen wässrigen Lösung von Methacrylsäure, die z. B. durch Zusatz geringer Mengen des Hydrochinonmonomethylether (MEHQ) polymerisationsinhibiert sein und eine Temperatur von 8000 aufweisen kann, durch direkten Kontakt abgekühlt werden. Dazu wird die wässrige Methacrylsäurelösung in einer an Einbauten im wesentlichen freien Vorrichtung in das Produktgasgemisch C versprüht und mit diesem in Gleichstrom geführt. Sich dabei bildende Nebel können in zwei Venturi Abscheidern von der Gasphase getrennt werden. Anschließend wird das abgekühlte Produktgasgemisch in den Sumpf einer Absorptionskolonne, z. B. einer Füllkörperkolonne, geführt. Am Kopf der Kolonne wird als Absorptionsflüssigkeit Wasser, das Polymerisationsinhibitoren gelöst enthält, im Gegenstrom zum aufsteigenden Gas aufgegeben. Die Kopftemperatur kann z. B. 63°C und die Sumpftemperatur kann z. B. 70°C betragen. For example, the product gas mixture C (e.g., a Can have outlet temperature of 220 ° C) initially by means of a 10 wt .-% aqueous solution of methacrylic acid, the z. B. by Addition of small amounts of hydroquinone monomethyl ether (MEHQ) be polymerization-inhibited and have a temperature of 8000 can be cooled by direct contact. For this, the aqueous methacrylic acid solution in a on internals in sprayed essential free device into the product gas mixture C and with this led in direct current. Mist that forms can be separated from the gas phase in two Venturi separators become. Then the cooled product gas mixture in the Bottom of an absorption column, e.g. B. a packed column, guided. At the top of the column is the absorption liquid Water that contains dissolved polymerization inhibitors in countercurrent abandoned to the rising gas. The head temperature can e.g. B. 63 ° C and the bottom temperature z. B. 70 ° C.

Zusammen mit mittel- und hochsiedenden Nebenprodukten wie Essig-, Propion-, Acryl-, Malein-, Fumar-, Citracon- und Ameisensäure sowie Formaldehyd und gegebenenfalls gebildetem iso-Butyraldehyd sowie iso-Buttersäure wird die Methacrylsäure im Absorber aus der Gasphase in die wässrige Phase abgetrennt. Together with medium and high-boiling by-products such as vinegar, Propionic, acrylic, maleic, fumaric, citraconic and formic acid and formaldehyde and optionally formed isobutyraldehyde as well as iso-butyric acid, the methacrylic acid is absorbed from the Gas phase separated into the aqueous phase.

Aus der aus dem Sumpf des Absorbers abgezogenen, 10 bis 20 gew.-%igen, wässrigen Methacrylsäurelösung kann die Methacrylsäure extraktiv mittels geeigneter Extraktionsmittel, z. B. Ethylhexansäure, abgetrennt und nachfolgend rektifikativ isoliert werden. From the deducted from the sump of the absorber, 10 to 20 wt .-%, aqueous methacrylic acid solution Extract methacrylic acid using suitable extraction agents, e.g. B. Ethylhexanoic acid, separated off and subsequently isolated by rectification become.

Das den Absorber am Kopf verlassende Restgas enthält in der Regel iso-Butan, iso-Buten, Methacrolein, O2, (gegebenenfalls H2), N2, CO, CO2, H2O, Edelgase sowie sonstige niedere Aldehyde und Kohlenwasserstoffe. The residual gas leaving the absorber at the top generally contains isobutane, isobutene, methacrolein, O 2 , (optionally H 2 ), N 2 , CO, CO 2 , H 2 O, noble gases and other lower aldehydes and hydrocarbons.

Durch Nachwaschen mit Wasser kann das Methacrolein daraus abgetrennt und aus dem Waschwasser durch Strippen mittels Luft wieder befreit und mit der Luft in die Reaktionszone C rückgeführt werden. The methacrolein can be removed by washing with water separated and again from the wash water by stripping with air freed and returned to the reaction zone C with the air become.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird man das nach der Methacrylsäureabtrennung verbleibende Restgas, das normalerweise nicht umgesetztes iso-Butan und iso-Buten enthält, als solches in die Reaktionszone A rückführen. Aber es kann im erfindungsgemäßen Verfahren aus dem nach der Methacrylsäureabtrennung verbleibenden Restgas auch durch Absorption mit nachfolgender Desorption und/oder Strippung sowie Absorptionsmittelwiederverwendung in einem hochsiedenden hydrophoben organischen Lösungsmittel das in der Regel enthaltene iso-Butan und iso-Buten von anderen enthaltenen Gasen wie O2 (gegebenenfalls H2), N2, CO, CO2, Edelgasen etc. im wesentlichen erst abgetrennt und dann in die Reaktionszone A rückgeführt werden. Bei Bedarf kann vom Gemisch der verbliebenen anderen Gase als Verdünnungsgas in die Reaktionszonen B und/oder C rückgeführt werden. Sie können aber auch ausgeschleust, z. B. verbrannt werden. According to the invention, the residual gas remaining after the methacrylic acid separation, which normally contains unreacted isobutane and isobutene, will be recycled as such into reaction zone A. However, in the process according to the invention, the iso-butane and isobutene which are generally present from other gases such as O 2 can also be obtained from the residual gas which remains after the methacrylic acid has been separated off by absorption with subsequent desorption and / or stripping and the use of absorbent in a high-boiling hydrophobic organic solvent (optionally H 2 ), N 2 , CO, CO 2 , noble gases, etc. are essentially separated off first and then returned to reaction zone A. If necessary, the mixture of the remaining other gases can be recycled as the diluent gas into reaction zones B and / or C. But you can also be removed, e.g. B. burned.

Allgemein eignen sich für den vorgenannten Zweck als Absorptionsmittel relativ unpolare organische Lösungsmittel, wie z. B. aliphatische Kohlenwasserstoffe, die vorzugsweise keine nach außen wirkende polare Gruppen enthalten, aber auch aromatische Kohlenwasserstoffe. Allgemein ist es erwünscht, dass das Absorptionsmittel einen möglichst hohen Siedepunkt bei gleichzeitig möglichst hoher Löslichkeit für iso-Butan und/oder iso-Buten und möglichst geringer Löslichkeit für die anderen Restgaskomponenten hat. Generally suitable for the aforementioned purpose as Absorbent relatively non-polar organic solvents, such as. B. aliphatic hydrocarbons, preferably none to the outside acting polar groups contain, but also aromatic Hydrocarbons. In general, it is desirable that Absorbent a boiling point as high as possible at the same time highest possible solubility for isobutane and / or isobutene and lowest possible solubility for the other residual gas components Has.

Beispielhaft als geeignete 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 Gruppen am O-Atom, oder Gemische davon, wobei diesen ein polares Lösungsmittel wie z. B. 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-diphenylmethan, 2-Methyl-4'-benzyldiphenylmethan und 4-Methyl-2'-benzyl-diphenylmethan und Gemische solcher Isomere. Ein geeigneter Absorptionsmittel ist auch 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 Diphenyl. 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 der DE-A 33 13 573 beschriebenen Paraffinöle mit 8 bis 10 Kohlenstoffatomen. Beispiele für geeignete Handelsprodukte sind z. B. die von der Firma Haltermann vertriebenen Produkte Halpasole®i, wie z. B. Halpasol 250/340i und Halpasol 250/275i, sowie Druckfarbenöle unter den Bezeichnungen PKWF und Printosol. Examples of suitable absorbents are aliphatic hydrocarbons, for example C 8 -C 20 -alkanes or alkenes, or aromatic hydrocarbons, for example middle oil fractions from paraffin distillation or ethers with bulky groups on the O atom, or mixtures thereof, these being a polar one Solvents such as B. the 1,2-dimethylphthalate disclosed in DE-A 43 08 087 can be added. 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, methyl benzoate, ethyl benzoate, dimethyl phthalate, diethyl phthalate, and so-called heat transfer oils, such as diphenyl, diphenyl ether and chlorides and mixtures thereof, and mixtures and triarylalkenes, 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 such isomers. A suitable absorbent is also a solvent mixture of diphenyl and diphenyl ether, preferably in the azeotropic composition, in particular from about 25% by weight of diphenyl (biphenyl) and about 75% by weight of diphenyl ether, for example the commercially available diphenyl. This solvent mixture often contains a solvent such as dimethyl phthalate in an amount of 0.1 to 25% by weight, based on the total solvent mixture. Particularly suitable absorbents are also octanes, nonanes, decanes, undecanes, dodecanes, tridecanes, tetradecanes, pentadecanes, hexadecanes, heptadecanes and octadecanes, with tetradecanes in particular having proven to be particularly suitable. It is favorable if the absorbent used on the one hand meets the boiling point mentioned above, but on the other hand has a not too high molecular weight. The molecular weight of the absorbent is advantageously 300 300 g / mol. The paraffin oils with 8 to 10 carbon atoms described in DE-A 33 13 573 are also suitable. Examples of suitable commercial products are e.g. B. the Halpasole®i products sold by Haltermann, such as B. Halpasol 250 / 340i and Halpasol 250 / 275i, and printing ink oils under the names PKWF and Printosol.

Die Durchführung der Absorption unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Es können alle dem Fachmann gängigen Verfahren und Bedingungen angewendet werden. vorzugsweise wird das Gasgemisch bei einem Druck von 1 bis 50 bar, bevorzugt 2 bis 20 bar, besonders bevorzugt 5 bis 10 bar, und einer Temperatur von 0 bis 100°C, insbesondere von 30 bis 50°C, mit dem Absorptionsmittel in Kontakt gebracht. Sie kann in Absorptionskolonnen, z. B. Bodenkolonnen mit Glocken- und/oder Siebböden, Kolonnen mit strukturierten Packungen oder Füllkörperkolonnen, in Riesel- und Sprühtürmen, Graphitblockerabsorbern, Oberflächenabsorbern wie Dickschicht und Dünnschichtabsorbern sowie Tellerwäschern, Kreuzschleierwäschern und Rotationswäschern durchgeführt werden. Auch kann es günstig sein, die Absorption in einer Blasensäule mit oder ohne Einbauten stattfinden zu lassen. The implementation of the absorption is not subject to any particular Restrictions. All methods and processes customary in the art can be used Conditions are applied. preferably the gas mixture at a pressure of 1 to 50 bar, preferably 2 to 20 bar, particularly preferably 5 to 10 bar, and a temperature of 0 to 100 ° C, in particular from 30 to 50 ° C, in contact with the absorbent brought. You can in absorption columns, for. B. tray columns Bell and / or sieve trays, columns with structured Packs or packed columns, in trickle and spray towers, Graphite block absorbers, surface absorbers such as thick film and Thin film absorbers as well as plate washers, cross veil washers and Rotation washers are carried out. It can also be cheap absorption in a bubble column with or without internals to take place.

Die Abtrennung des iso-Butans und/oder iso-Butens vom Absorbat kann durch Strippung, Entspannungsverdampfung (Flashen) und/oder Destillation (Rektifikation) erfolgen. The separation of the isobutane and / or isobutene from the absorbate can by stripping, flash evaporation (flashing) and / or Distillation (rectification).

Zum Strippen geeignete Gase sind insbesondere solche, die gemeinsam mit dem iso-Butan und iso-Buten in die Reaktionszone A rückgeführt werden können. Gases suitable for stripping are, in particular, those which together with the isobutane and isobutene into reaction zone A can be returned.

Als solche Gase kommen Stickstoff, Luft, Sauerstoff, Sauerstoff/- Stickstoff-Mischungen, iso-Butan und Wasserdampf in Betracht. Bei der Verwendung von Luft beziehungsweise Sauerstoff-/Stickstoff- Mischungen, bei denen der Sauerstoffgehalt über 10 Vol.-% liegt, kann es sinnvoll sein, vor oder während des Stippprozesses ein Gas zuzusetzen, das den Explosionsbereich reduziert. Besonders geeignet sind für diesen Zweck Gase mit einer Wärmekapazität von ≥ 29 J/mol-K (bezogen auf 25°C und 1 atm). Zum Beispiel kann als ein solches Gas auch iso-Butan verwendet werden. As such gases come nitrogen, air, oxygen, oxygen / - Nitrogen mixtures, isobutane and water vapor into consideration. at the use of air or oxygen / nitrogen Mixtures in which the oxygen content is above 10% by volume, it may make sense to enter one before or during the typing process Add gas that reduces the explosion area. Especially Gases with a heat capacity of. are suitable for this purpose ≥ 29 J / mol-K (based on 25 ° C and 1 atm). For example, as such a gas can also be used iso-butane.

Die Abtrennung des iso-Butans und/oder iso-Butens vom Absorbat kann auch über eine Destillation erfolgen. Um Absorptionsmittelverluste zu minimieren, kann sowohl die beim Strippen resultierende Gasphase als auch eine beim Destillieren aufsteigende Gasphase mittels Wasser im Gegenstrom gewaschen werden. Als Waschwasser kann im Restgas enthaltener, kondensierter Wasserdampf verwendet werden. The separation of the isobutane and / or isobutene from the absorbate can also be done by distillation. Around Minimizing absorbent losses can be both when stripping resulting gas phase as well as a rising during distillation Gas phase can be washed in countercurrent with water. As Wash water can contain condensed water vapor contained in the residual gas be used.

Im übrigen kann wie in der WO-0196271 am Beispiel Propan/Propen beschrieben verfahren werden. Otherwise, as in WO-0196271 using the example of propane / propene described procedure.

Weitere Möglichkeiten der Abtrennung von iso-Butan und/oder iso- Buten aus Restgas sind Adsorption, Rektifikation und partielle Kondensation. Vorzugsweise wird eine fraktionierte Druckdestillation bei tiefen Temperaturen durchgeführt. Der anzuwendende Druck kann z. B. 10 bis 100 bar betragen. Als Rektifikationskolonnen können Füllkörperkolonnen, Bodenkolonnen oder Packungskolonnen eingesetzt werden. Als Bodenkolonnen eignen sich solche mit Dual- Flow-Böden, Glockenböden oder Ventilböden. Das Rücklaufverhältnis kann z. B. 1 bis 10 betragen. Andere Trennmöglichkeiten bilden z. B. Druckextraktion, Druckwechseladsorption, Druckwäsche, partielle Kondensation und Druckextraktion. Im Rahmen einer fraktionierten Destillation kann die Trennlinie z. B. so gelegt werden, daß am Kopf der Rektifikationskolonne im wesentlichen alle diejenigen Bestandteile abgetrennt werden, deren Siedepunkt tiefer als der Siedepunkt von iso-Buten liegt. Diese Bestandteile werden in erster Linie die Kohlenoxide CO und CO2 sowie nicht umgesetzter Sauerstoff und N2 sein. Wasserdampf kann gemeinsam mit iso-Butan und iso-Buten in die Reaktionszone A rückgeführt werden. Further possibilities for the separation of isobutane and / or isobutene from residual gas are adsorption, rectification and partial condensation. Fractional pressure distillation is preferably carried out at low temperatures. The pressure to be applied may e.g. B. 10 to 100 bar. Packing columns, tray columns or packing columns can be used as rectification columns. Tray columns with dual-flow trays, bubble trays or valve trays are suitable. The reflux ratio can e.g. B. 1 to 10. Other separation options are e.g. B. pressure extraction, pressure swing adsorption, pressure washing, partial condensation and pressure extraction. As part of a fractional distillation, the dividing line can e.g. B. be placed so that essentially all those components are separated at the top of the rectification column whose boiling point is lower than the boiling point of isobutene. These components will primarily be the carbon oxides CO and CO 2 as well as unreacted oxygen and N 2 . Steam can be returned to reaction zone A together with isobutane and isobutene.

Eine ausführlichere Beschreibung der oben skizzierten Abtrennung von Methacrylsäure und Methacrolein aus einem Produktgasgemisch wie dem Produktgasgemisch C findet sich in der EP-B 297445. A more detailed description of the separation outlined above of methacrylic acid and methacrolein from a product gas mixture as the product gas mixture C can be found in EP-B 297445.

Selbstverständlich können für diesen Zweck aber auch die Trennverfahren der US-A 4925981 und der US-A 4554054 angewendet werden. Of course, for this purpose, too Separation method of US-A 4925981 and US-A 4554054 applied become.

Allen diesen Verfahren ist gemein, daß nach der Methacrylsäureabtrennung ein nicht umgesetztes iso-Butan und in der Regel iso-Buten enthaltendes Restgas verbleibt. Erfindungsgemäß bevorzugt wird dieses, wie bereits erwähnt, als solches in die Reaktionszone A rückgeführt. All of these methods have in common that after the Methacrylic acid separation is an unreacted isobutane and usually Residual gas containing iso-butene remains. Preferred according to the invention is, as already mentioned, as such in the Reaction zone A recycled.

Natürlich kann erfindungsgemäß auch so verfahren werden, dass man nur einen Teil des Restgases unverändert in die Reaktionszone A rückführt und nur aus dem verbliebenen Teil iso-Butan und iso-Buten im Gemisch abtrennt und ebenfalls in die Reaktionszone A rückführt. Of course, according to the invention, the procedure can also be such that only part of the residual gas remains unchanged in reaction zone A. recycles and only from the remaining part iso-butane and separates isobutene in a mixture and also into reaction zone A. recirculates.

Falls in die Reaktionszone A rückzuführendes, iso-Butan und iso- Buten enthaltendes Gas noch Kohlenmonoxid enthält, kann dieses, bevor (oder nachdem) der Eintritt in die Reaktionszone A erfolgt, katalytisch selektiv zu CO2 verbrannt werden. Die dabei freigesetzte Reaktionswärme kann zum Aufheizen auf die Dehydriertemperatur Anwendung finden. If gas containing iso-butane and iso-butene to be returned to reaction zone A still contains carbon monoxide, this can be catalytically selectively burned to CO 2 before (or after) entry into reaction zone A. The heat of reaction released can be used to heat up to the dehydrogenation temperature.

Eine katalytische Nachverbrennung von im Restgas enthaltenem CO zu CO2 kann auch dann empfehlenswert sein, wenn eine Abtrennung der Kohlenoxide aus dem Restgas vor dessen Rückführung in die Reaktionszone A (oder andere) angestrebt wird, läßt sich doch CO2 vergleichsweise einfach abtrennen (z. B. durch Wäsche mit einer basischen Flüssigkeit). A catalytic afterburning of CO contained in the residual gas to CO 2 can also be recommended if the carbon oxides are to be separated from the residual gas before it is returned to the reaction zone A (or other), but CO 2 can be removed comparatively easily (e.g. B. by washing with a basic liquid).

Bei Verwendung von Dehydrierkatalysatoren, die gegenüber Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Verbindungen empfindlich sind, wird man diese Oxygenate vor einer Rückführung von Restgas in die Reaktionszone A aus dem Restgas abtrennen. Bei den in dieser Schrift für die katalytische Dehydrierung besonders empfohlenen Katalysatoren ist dies nicht erforderlich. When using dehydrogenation catalysts, the opposite Oxygen or oxygen-containing compounds are sensitive, you will get these oxygenates before recycling residual gas into the Separate reaction zone A from the residual gas. With those in this Scripture particularly recommended for catalytic dehydration This is not necessary for catalysts.

Selbstredend kann abgetrenntes iso-Butan und/oder iso-Buten oder diese Gase enthaltendes Restgas auch anderen Verwertungszwecken als einer Rückführung in die Reaktionszone A zugeführt werden (z. B. der Herstellung von iso-Butanol oder der Verbrennung zum Zweck der Energieerzeugung). Of course, separated isobutane and / or isobutene or residual gas containing these gases also for other recycling purposes be fed as a return to reaction zone A. (e.g. the production of iso-butanol or the combustion for Purpose of energy production).

Der erfindungsgemäße Vorteil einer verminderten iso-Butyraldehyd- und iso-Buttersäurenebenproduktbildung tritt im wesentlichen unabhängig von den in den Reaktionszonen B und C verwendeten Multimetalloxidkatalysatoren ein. Vorzugsweise werden die in dieser Schrift explizit genannten Multimetalloxidkatalysatoren verwendet. Er tritt im wesentlichen auch unabhängig davon ein, ob die volumenspezifische Katalysatoraktivität in den Reaktionszonen B, C konstant gehalten oder längs der Reaktionskoordinate zunehmend oder abnehmend gewählt wird. The advantage of a reduced isobutyraldehyde and iso-butyric acid by-product formation occurs essentially regardless of those used in reaction zones B and C. Multimetal oxide catalysts. Preferably, those in this Writing explicitly named multimetal oxide catalysts used. It essentially occurs regardless of whether the volume-specific catalyst activity in reaction zones B, C kept constant or increasing along the reaction coordinate or decreasing.

In der Regel wird in der Reaktionszone C beim erfindungsgemäßen Verfahren bei einem molaren Methacrolein : Sauerstoff : Wasserdampf : Inertgas Verhältnis von (2-5) : (5-15) : (0-20) : (5-25) : (20-80) : (0-6), besonders bevorzugt von (3-4) : (6-10) : (10-20) : (10-20) : (40-70) : (0-4) gearbeitet. Ebenso wie die Reaktionszone B kann auch die Reaktionszone C nicht nur in Festbettreaktoren sondern auch in Wirbelschichtreaktoren realisiert werden. As a rule, in reaction zone C in the invention Molar methacrolein procedure: Oxygen:  Water vapor: inert gas ratio of (2-5): (5-15): (0-20): (5-25):  (20-80): (0-6), particularly preferred from (3-4): (6-10): (10-20):  (10-20): (40-70): (0-4) worked. Just like that Reaction zone B can not only in reaction zone C. Fixed bed reactors but also implemented in fluidized bed reactors become.

Der (wie immer in dieser Schrift) auf einfachen Reaktordurchgang bezogene Methacroleinumsatz beträgt in der Reaktionszone C üblicherweisew 60 bis 90 mol-%. The (as always in this document) on a simple reactor run related methacrolein conversion in the reaction zone is C. usually about 60 to 90 mol%.

Ganz generell gilt, daß wenn in die Reaktionszone A rückgeführte Gase O2 enthalten, so kann dieser Sauerstoff in der Reaktionszone dazu verwendet werden, in der Reaktionszone A befindliche brennbare Substanzen wie Kohlenwasserstoff, Koks, CO oder vorzugsweise H2 selektiv zu verbrennen, um so die in der Reaktionszone A benötigte Dehydrierwärme zu bilden. Zweckmäßigerweise wird man die Methacroleinoxidation mit einem entsprechenden Sauerstoffüberschuß durchführen, so daß vorerwähntes in die Reaktionszone A rückgeführtes Restgas für diesen Zweck über eine ausreichende Sauerstoffmenge verfügt. It is generally true that when gases returned to reaction zone A contain O 2 , this oxygen in the reaction zone can be used to selectively burn combustible substances such as hydrocarbon, coke, CO or, preferably, H 2 in reaction zone A, and so on to form the heat of dehydrogenation required in reaction zone A. The methacrolein oxidation is expediently carried out with a corresponding excess of oxygen, so that the aforementioned residual gas returned to reaction zone A has a sufficient amount of oxygen for this purpose.

Häufig wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß im Produktgasgemisch C wenigstens 50 mol-%, vorzugsweise wenigstens 60 mol-% des in den verschiedenen Reaktionszonen insgesamt zugeführten molekularen Sauerstoff umgesetzt worden sind. The process according to the invention is often carried out in such a way that in the product gas mixture C at least 50 mol%, preferably at least 60 mol% of the total in the different reaction zones molecular oxygen supplied have been implemented.

BeispieleExamples 1. Präparierung eines Dehydrierreaktors1. Preparation of a dehydrogenation reactor

1000 g eines gesplitteten ZrO2.SiO2 Mischoxids werden mit einer Lösung von 11,993 g SnCl2.2H2O und 7,886 g H2PtCl6.6H2O in 600 ml Ethanol übergossen. A solution of 11.993 g of SnCl 2 .2H 2 O and 7.886 g of H 2 PtCl 6 .6H 2 O in 600 ml of ethanol is poured over 1000 g of a split ZrO 2 .SiO 2 mixed oxide.

Das Mischoxid besitzt ein ZrO2/SiO2-Gewichtsverhältnis von 95 : 5. Hersteller des Mischoxids ist die Firma Norton (USA). The mixed oxide has a ZrO 2 / SiO 2 weight ratio of 95: 5. The manufacturer of the mixed oxide is Norton (USA).

Das Mischoxid weist folgende Spezifikation auf:
Type AXZ 311070306, Lot-No. 2000160042, Siebfraktion 1,6 bis 2 mm, BET-Oberfläche: 86 m2/g, Porenvolumen: 0,28 ml/g (Quecksilber-Porosimetrie-Messung).
The mixed oxide has the following specification:
Type AXZ 311070306, Lot-No. 2000160042, sieve fraction 1.6 to 2 mm, BET surface area: 86 m 2 / g, pore volume: 0.28 ml / g (mercury porosimetry measurement).

Das überstehende Ethanol wird am Rotavapor unter Rotieren im Wasserstrahlpumpenvakuum (20 mbar) bei einer Wasserbadtemperatur von 40°C abgezogen. Anschließend wird jeweils unter stehender Luft zunächst 15 h bei 100°C getrocknet und anschließend bei 560°C während 3 h calciniert. Danach wird der getrocknete Feststoff mit einer Lösung von 7,71 g CsNO3, 13,559 g KNO3 und 98,33 g La(NO3)3 .6H2O in 2500 ml H2O übergossen. Das überstehende Wasser wird am Rotavapor unter Rotieren im Wasserstrahlpumpenvakuum (20 mbar) bei einer Wassertemperatur von 85°C abgezogen. Anschließend wird jeweils unter stehender Luft zunächst 15 h bei 100°C getrocknet und anschließend bei 560°C während 3 h calciniert. The excess ethanol is drawn off on a Rotavapor while rotating in a water jet pump vacuum (20 mbar) at a water bath temperature of 40 ° C. The mixture is then first dried under standing air at 100 ° C. for 15 h and then calcined at 560 ° C. for 3 h. The dried solid is then poured with a solution of 7.71 g of CsNO 3 , 13.559 g of KNO 3 and 98.33 g of La (NO 3 ) 3 .6H 2 O in 2500 ml of H 2 O. The excess water is drawn off on the Rotavapor while rotating in a water jet pump vacuum (20 mbar) at a water temperature of 85 ° C. The mixture is then first dried under standing air at 100 ° C. for 15 h and then calcined at 560 ° C. for 3 h.

Der dabei resultierende Katalysatorvorläufer weist eine Zusammensetzung von Pt0,3Sn0,6Cs0,5K0,5La3,0 (stöchiometrische Koeffizienten repräsentieren Gewichtsverhältnisse)auf (ZrO2)95.(SiO2)5 (stöchiometrische Koeffizienten repräsentieren Gewichtsverhältnisse) auf. The resulting catalyst precursor has a composition of Pt 0.3 Sn 0.6 Cs 0.5 K 0.5 La 3.0 (stoichiometric coefficients represent weight ratios) (ZrO 2 ) 95. (SiO 2 ) 5 (stoichiometric coefficients represent Weight ratios).

Mit 20 ml des erhaltenen Katalysatorvorläufers wird ein vertikal stehender Rohrreaktor beschickt (Reaktorlänge: 800 nm; Wanddicke: 2 mm, Innendurchmesser: 20 mm; Reaktormaterial: innen-alonisiertes (d. h. mit Aluminiumoxid beschichtetes) Stahlrohr; Beheizung: elektrisch (Ofen der Fa. HTM Reetz, LOBA 1100-28-650-2) auf einer längsmittigen Länge von 650 mm; Länge der Katalysatorschüttung: 75 mm; Position der Katalysatorschüttung: auf der Längsmitte des Rohrreaktors; Befüllung des Reaktorrestvolumens nach oben und unten mit Steatitkugeln (Inertmaterial) eines Durchmessers von 4-5 mm, nach unten auf einem Kontaktstuhl aufsitzend). With 20 ml of the catalyst precursor obtained is a vertical vertical tube reactor loaded (reactor length: 800 nm; wall thickness: 2 mm, inner diameter: 20 mm; Reactor material: internally ionized (i.e., alumina coated) steel tube; heating: electrical (furnace from HTM Reetz, LOBA 1100-28-650-2) on one longitudinal length of 650 mm; Length of the catalyst bed: 75 mm; Position of the catalyst bed: on the longitudinal center of the Tubular reactor; Filling up the remaining reactor volume and below with steatite balls (inert material) with a diameter of 4-5 mm, sitting down on a contact chair).

Anschließend wird das Reaktionsrohr bei einer Außenwandtemperaturregelung längs der Heizzone von 500°C (bezogen auf ein mit einem identischen Inertgasstrom durchströmtes Rohr) mit 9,3 Nl/h Wasserstoff während 30 min beschickt. Anschließend wird der Wasserstoffstrom bei gleichbleibender Wandtemperatur zunächst während 30 min durch einen 23,6 Nl/h betragenden Strom aus 80 Vol.-% Stickstoff und 20 Vol.-Luft und danach während 30 min durch einen identischen Strom aus reiner Luft ersetzt. Unter Beibehalt der Wandtemperatur wird dann mit einem identischen Strom von N2 während 15 min gespült und abschließend nochmals während 30 min mit 9,3 Nl/h Wasserstoff reduziert. Damit ist die Aktivierung des Katalysatorvorläufers abgeschlossen. Es liegt ein mit Dehydrierkatalysator A beschickter Dehydrierreaktor (Reaktionszone A-Reaktor) vor. Subsequently, the reaction tube is charged with 9.3 Nl / h of hydrogen for 30 minutes along the heating zone at 500 ° C. (based on a tube through which an identical inert gas stream flows). The hydrogen stream is then replaced with a constant wall temperature, first for 30 min by a 23.6 Nl / h stream of 80 vol.% Nitrogen and 20 vol. Air and then for 30 min by an identical stream of pure air. While maintaining the wall temperature, flushing is then carried out with an identical flow of N 2 for 15 min and finally reduced again with 9.3 Nl / h of hydrogen for 30 min. This completes the activation of the catalyst precursor. A dehydrogenation reactor (reaction zone A reactor) charged with dehydrogenation catalyst A is present.

2. Präparierung eines Reaktionszone B-Reaktors2. Preparation of a reaction zone B reactor a) Herstellung einer Ausgangsmasse B1a) Preparation of a starting mass B1

Zur Herstellung der Ausgangsmasse B1 werden portionsweise 2000 g (NH4)6Mo7O24.4H2O bei 60°C in 5,4 l Wasser gelöst und unter Rühren mit 9,2 g einer 47,5 gew.-%igen wäßrigen KOH-Lösung von 20°C und danach mit 387,8 g einer 47,5 gew.-%igen wässrigen, 20°C aufweisenden CsNO3-Lösung unter Beibehalt der 60°C versetzt (= Ausgangslösung 1). Eine Ausgangslösung 2 wird dadurch hergestellt, dass man in 2449,5 g einer 60°C aufweisenden wässrigen Cobaltnitratlösung (12,5 Gew.-% Co) unter Aufrechterhaltung der 60°C 1123,6 g einer wässrigen Eisennitratlösung (13,8 Gew.-% Fe) einrührt. To prepare the starting material B1, 2000 g of (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O are dissolved in portions in 5.4 l of water at 60 ° C. and 9.2 g of a 47.5% by weight solution are added with stirring aqueous KOH solution at 20 ° C and then mixed with 387.8 g of a 47.5 wt .-% aqueous, 20 ° C having CsNO 3 solution while maintaining the 60 ° C (= starting solution 1). A starting solution 2 is prepared by adding 1123.6 g of an aqueous iron nitrate solution (13.8% by weight) in 2449.5 g of an aqueous cobalt nitrate solution (12.5% by weight Co) at 60 ° C. while maintaining the 60 ° C. -% Fe) is stirred in.

Innerhalb eines Zeitraumes von 30 min wird die 60°C aufweisende Ausgangslösung 2 in die 60°C aufweisende Ausgangslösung 1 eingerührt. 15 min nach beendetem Einrühren werden in die erhaltene wässrige Suspension 157,0 g Kieselsol (Dichte: 1,39 g/ml; ph = 8,8; Alkalimetallgehalt: ≤ 0,5 Gew.-%, 50,0 Gew.-% SiO2; Hersteller: Dupont; Typ: Ludox®™) eingerührt (bei 60°C). Danach rührt man das wässrige Gemisch weitere 15 Minuten. Anschließend wird die wässrige Suspension sprühgetrocknet (Austrittstemperatur: 110°C, Sprühtrockner der Fa. Niro DK; Typ: Niro A/S Atomizer Transportable Minor Anlage, Zentrifugalzerstäuber der Fa. Niro, DK), wobei ein Sprühpulver der Körnung 20 µm bis 25 µm anfällt, das einen Glühverlust (3 h bei 600°C an Luft) von etwa 30 Gew.-% aufweist. Dieses Sprühpulver bildet die Ausgangsmasse B1. The starting solution 2 at 60 ° C. is stirred into the starting solution 1 at 60 ° C. within a period of 30 minutes. 15 minutes after stirring has ended, 157.0 g of silica sol (density: 1.39 g / ml; ph = 8.8; alkali metal content: ≤ 0.5% by weight, 50.0% by weight) SiO 2 ; manufacturer: Dupont; type: Ludox® ™) stirred in (at 60 ° C). The aqueous mixture is then stirred for a further 15 minutes. The aqueous suspension is then spray dried (outlet temperature: 110 ° C., spray dryer from Niro DK; type: Niro A / S Atomizer Transportable Minor System, centrifugal atomizer from Niro, DK), using a spray powder with a grain size of 20 µm to 25 µm occurs that has a loss on ignition (3 h at 600 ° C in air) of about 30 wt .-%. This spray powder forms the starting mass B1.

b) Herstellung einer Ausgangsmasse B2b) Preparation of a starting mass B2

Zu 6344,6 g einer wäßrigen salpetersauren Wismutnitratlösung (freie Salpetersäure: 4 Gew.-%, Dichte: 1,24 mg/l; 11,2 Gew.-% Wismut) werden bei 20°C unter Rühren portionsweise 1715,6 g Wolframsäure (72,94 Gew.-% W) gegeben. Dabei wird eine wäßrige Suspension erhalten, die man noch 2 h bei 20°C rührt. Dann trocknet man sie durch Sprühtrocknung (Austrittstemperatur: 110°C, Hersteller: Niro DK; Typ: Niro A/S Atomizer Transportable Minor Anlage, Zentrifugalzerstäuber der Fa. Niro, DK). Auf diese Weise wird ein Sprühpulver der Körnung 20 µm bis 25 µm erhalten, das einen Glühverlust (3 h bei 600°C an Luft) von etwa 12 Gew.-% aufweist. 400 g dieses Pulvers werden nach Zusatz von 37 g Wasser mittels eines Kneters der Fa. Werner & Pfleiderer vom Typ LUK 075 (Kneter verfügt über zwei gegenläufig betriebene Sigmaschaufeln) 30 min geknetet. Im Anschluß an die Knetung wird das Knetgut grob zerteilt und während 2 h in einem Trockenschrank (Fa. Binder, DE, Typ: FD 53) bei 120°C getrocknet. Die Gesamtmenge des Trockengutes wird in einem Muffelofen der Fa. Nabertherm, Innenvolumen ca. 120 l, während 2 h bei 800°C unter einem Luftstrom von 1000 Nl/h calciniert. Der Luftstrom weist ca. 20°C auf, wenn er in den Muffelofen geführt wird. Auf die Calcinationstemperatur wird innerhalb von 8 h von 25°C ausgehend linear aufgeheizt. To 6344.6 g of an aqueous nitric acid bismuth nitrate solution (free nitric acid: 4% by weight, density: 1.24 mg / l; 11.2% by weight Bismuth) at 20 ° C with stirring in portions 1715.6 g Tungsten acid (72.94 wt .-% W) given. It becomes an aqueous Get suspension, which is stirred at 20 ° C for 2 h. Then they are dried by spray drying (outlet temperature: 110 ° C, Manufacturer: Niro DK; Type: Niro A / S Atomizer Transportable Minor System, centrifugal atomizer from Niro, DK). In this way a spray powder with a grain size of 20 µm to 25 µm is obtained a loss on ignition (3 h at 600 ° C in air) of about 12% by weight having. 400 g of this powder are after adding 37 g of water using a LUK 075 kneader from Werner & Pfleiderer (Kneader has two counter-rotating sigma blades) Kneaded for 30 min. After kneading, the kneaded material becomes coarse divided and for 2 h in a drying cabinet (Binder, DE, Type: FD 53) dried at 120 ° C. The total amount of dry goods is made in a muffle furnace from Nabertherm, internal volume approx. 120 l, for 2 h at 800 ° C under an air flow of 1000 Nl / h calcined. The airflow is approx. 20 ° C when it is in the Muffle furnace is led. To the calcination temperature linearly heated from 25 ° C within 8 h.

Die calcinierte Ware wird anschließend auf eine zahlenmittlere Teilchengröße (enge Verteilung, Längstausdehnung) von ca. 5 µm gemahlen und mit 1 Gew.-% (bezogen auf die SiO2-freie Masse) an feinteiligem SiO2 (Rüttelgewicht: 150 g/l; zahlenmittlere Teilchengröße: 10 µm (Längstausdehnung, enge Verteilung); BET- Oberfläche: 100 m2/g) vermischt. The calcined product is then ground to a number-average particle size (narrow distribution, longest dimension) of approximately 5 μm and with 1% by weight (based on the SiO 2 -free mass) of finely divided SiO 2 (shaking weight: 150 g / l; number-average particle size: 10 µm (longest dimension, narrow distribution); BET surface area: 100 m 2 / g) mixed.

Diese Mischung bildet die Ausgangsmasse B2 This mixture forms the starting mass B2

c) Katalysatorherstellungc) Catalyst production

1096 g der Ausgangsmasse B1 und 200 g der Ausgangsmasse B2 werden unter Zusatz von (bezogen auf die Gesamtmasse von eingesetztem B1 und eingesetztem B2) 1,5 Gew.-% feinteiligem Graphit (laut Siebanalyse min. 50 Gew.-% < 24 µm; 24 µm < max. 10 Gew.-% < 48 µm; 5 Gew.-% > 48 µm; BET-Oberfläche: 10 m2/g) als Tablettierhilfe homogen gemischt. Dabei wird eine Mischung erhalten, die folgende molare Elementstöchiometrie aufweist (nach Calcination):

[Bi2W2O9.2WO3]0,5[Mo12Co5,5Fe2,94Si1,59Cs1K0,08Ox]1.Cy.
1096 g of the starting mass B1 and 200 g of the starting mass B2 are added with (based on the total mass of B1 and B2 used) 1.5% by weight of finely divided graphite (according to sieve analysis at least 50% by weight <24 μm; 24 µm <max. 10% by weight <48 µm; 5% by weight> 48 µm; BET surface area: 10 m 2 / g) homogeneously mixed as a tabletting aid. A mixture is obtained which has the following molar element stoichiometry (after calcination):

[Bi 2 W 2 O 9 .2WO 3 ] 0.5 [Mo 12 Co 5.5 Fe 2.94 Si 1.59 Cs 1 K 0.08 O x ] 1 .C y .

Aus der Mischung werden kreisförmige Volltabletten eines Durchmesers von 16 mm und einer Höhe von 3 mm gepreßt. Der Preßdruck beträgt 9 bar. Die Tabletten werden zerkleinert und über einem Sieb (0,8 mm Maschenweite) ausgesiebt. Der Siebdurchgang wird nach Zusatz von 2 Gew.-% Graphit (bezogen auf das Gewicht des Siebdurchganges) in einer Tablettenpressmaschine (Typ: Kilian S100, Preßkraft: 15-20 N) zu zylindrischen Ringen der Geometrie 5 mm (Außendurchmesser) × 3 mm (Höhe) × 2 mm (Lochdurchmesser) tablettiert. Circular full tablets become one from the mixture Diameter of 16 mm and a height of 3 mm. The pressure is 9 bar. The tablets are crushed and placed over a sieve (0.8 mm mesh size) sieved. The sieve passage becomes after Addition of 2% by weight of graphite (based on the weight of the Sieve pass) in a tablet press machine (type: Kilian S100, Pressing force: 15-20 N) to cylindrical rings with a geometry of 5 mm (Outer diameter) × 3 mm (height) × 2 mm (hole diameter) tableted.

150 g dieser Ringe werden in einem Umluftofen (Fa. Nabertherm, Innenvolumen: ca. 80 l) wie folgt calciniert:

  • a) von Raumtemperatur wird innerhalb von 2 h linear auf 180°C aufgeheizt und dann während 1 h bei 180°C gehalten;
  • b) anschließend wird innerhalb von 1 h linear von 180°C auf 210°C aufgeheizt und dann während 1 h bei 210°C gehalten;
  • c) dann wird innerhalb von 1 h linear von 210°C auf 250°C aufgeheizt und dann während 1 h bei 250°C gehalten;
  • d) danach wird innerhalb von 1,5 h linear von 250°C auf 450°C aufgeheizt und dann während 10 h bei 450°C gehalten;
  • e) abschließend wird durch sich selbst Überlaßen auf Raumtemperatur (ca. 25°C) abgekühlt.
150 g of these rings are calcined in a convection oven (Nabertherm, internal volume: approx. 80 l) as follows:
  • a) from room temperature is linearly heated to 180 ° C within 2 h and then kept at 180 ° C for 1 h;
  • b) the mixture is then linearly heated from 180 ° C. to 210 ° C. within 1 h and then kept at 210 ° C. for 1 h;
  • c) is then linearly heated from 210 ° C to 250 ° C within 1 h and then held at 250 ° C for 1 h;
  • d) the mixture is then linearly heated from 250 ° C. to 450 ° C. within 1.5 h and then kept at 450 ° C. for 10 h;
  • e) finally, it is left to cool to room temperature (approx. 25 ° C).

Während der gesamten Calcination werden 150 Nl/h Luft durch den Ofen geführt. During the entire calcination, 150 Nl / h of air are passed through the Furnace led.

Das Endprodukt bildet den in der Reaktionszone B zu verwendenden Multimetalloxidkatalysator B. The end product forms the one to be used in reaction zone B. Multimetal oxide catalyst B.

d) Beschickung des Reaktionszone B-Reaktorsd) Feeding the reaction zone B reactor

Ein vertikal stehendes Reaktorrohr (Rohrlänge: 1500 mm; Wanddicke: 2,5 mm; Innendurchmesser: 15 mm; Reaktormaterial: V2A- Stahl; auf einer längsmittigen Länge von 1300 mm in einem Ofen der Fa. HTM Reetz befindlich, die Rohrrestlänge am Rohreingang und die Rohrrestlänge am Rohrausgang wird mit elektrischen Heizbändern beheizt) wird mit 100 g des Katalysators B beschickt. Die Länge der Katalysatorschüttung beträgt 650 mm. Die Position der Katalysatorschüttung im Reaktionsrohr ist längsmittig. Nach unten und nach oben wird das Restreaktionsrohrvolumen mit Steatitkugeln (Inertmaterial; Durchmesser: 2-3 mm) aufgefüllt, wobei die gesamte Reaktionsrohrbeschickung nach unten auf einem Kontaktstuhl der Höhe 10 cm aufsitzt. A vertical reactor tube (tube length: 1500 mm; Wall thickness: 2.5 mm; Inner diameter: 15 mm; Reactor material: V2A Steel; in a longitudinal center length of 1300 mm in an oven from HTM Reetz, the remaining pipe length at the pipe entrance and the remaining pipe length at the pipe outlet is with electrical Heated heating tapes) is charged with 100 g of catalyst B. The The length of the catalyst bed is 650 mm. The position of the The catalyst bed in the reaction tube is in the middle. Downward and upward is the residual reaction tube volume with steatite balls (Inert material; diameter: 2-3 mm) padded, the entire reaction tube loading down on a contact chair with a height of 10 cm.

3. Präparierung eines Reaktionszone C-Reaktors3. Preparation of a reaction zone C reactor a) Herstellung einer Ausgangsmasse C1a) Preparation of a starting mass C1

4620 g (NH4)6Mo7O24.4H2O und 153,2 g NH4VO3 werden bei 60°C in 5 l auf 60°C vortemperiertes Wasser unter ständigem Rühren gelöst. Zu dieser Lösung tropft man unter Aufrechterhaltung der 60°C innerhalb von 1 min unter Rühren 421,7 g einer 76 gew.-%igen wäßrigen H3PO4-Lösung. Dann werden unter Rühren zunächst 10,9 g Diammoniumsulfat und anschließend 317,8 g pulverförmiges Sb2O3 (Senarmontit) eingearbeitet. Die resultierende Mischung wird dann innerhalb von 30 min. auf 90°C erwärmt (Mischung 1). Parallel werden 424,9 g CsNO3 bei 90°C in 850 ml auf 90°C vortemperiertes Wasser zu einer Lösung 1 gelöst. Dann werden unter Aufrechterhaltung der 90°C innerhalb von 4 min 446,5 g einer wäßrigen, 90°C aufweisenden, Kupfernitratlösung (15,5 Gew.-% Cu) unter ständigem Rühren zu Mischung 1 getropft. Nachfolgend wird bei einer Ausgangstemperatur von 110°C sprühgetrocknet (Fa.: Niro DK, Typ: Niro A/S Atomizer Transportable Minor Anlage, Zentrifugalzerstäuber der Fa. Niro, DK). Es wird ein Sprühpulver der Körnung 20 bis 30 µm erhalten, das die Ausgangsmasse C1 bildet und die nachfolgende molare Elementstöchiometrie (nach Calcination) aufweist:

Mo12P1,5V0,6Cs1Cu0,5Sb1S0,04Ox.
4620 g (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O and 153.2 g NH 4 VO 3 are dissolved at 60 ° C in 5 l of water preheated to 60 ° C with constant stirring. 421.7 g of a 76% strength by weight aqueous H 3 PO 4 solution are added dropwise to this solution while maintaining the 60 ° C. within 1 min with stirring. Then 10.9 g of diammonium sulfate and then 317.8 g of powdered Sb 2 O 3 (senarmontite) are incorporated with stirring. The resulting mixture is then within 30 min. heated to 90 ° C (mixture 1). In parallel, 424.9 g of CsNO 3 are dissolved at 90 ° C. in 850 ml of water preheated to 90 ° C. to form a solution 1. Then, while maintaining 90 ° C., 446.5 g of an aqueous, 90 ° C. copper nitrate solution (15.5% by weight Cu) are added dropwise to mixture 1 with constant stirring within 4 minutes. Spray drying is then carried out at an initial temperature of 110 ° C (Niro DK, type: Niro A / S Atomizer Transportable Minor System, centrifugal atomizer from Niro, DK). A spray powder with a grain size of 20 to 30 µm is obtained, which forms the starting mass C1 and has the following molar element stoichiometry (after calcination):

Mo 12 P 1.5 V 0.6 Cs 1 Cu 0.5 Sb 1 S 0.04 O x .

b) Herstellung einer Ausgangsmasse C2b) Preparation of a starting mass C2

In 4 l Wasser werden unter Rühren 880 g pulverförmiges Sb2O3 (Senarmontit) mit einem Sb-Gehalt von 83 Gew.-% bei 20°C suspendiert. Anschließend wird in die Suspension unter Aufrechterhaltung der 20°C eine Lösung von 670,5 g Cu(NO3)2.2H2O in 4 l Wasser eingerührt. Dabei wird eine wäßrige Suspension erhalten, die noch 2 h bei 80°C nachgerührt und dann sprühgetrocknet wird (Austrittstemperatur: 110°C, Fa.: Niro DK, Typ: Niro A/S Atomizer Transportable Minor Anlage, Zentrifugalzerstäuber der Fa. Niro, DK). Das Sprühpulver weist eine Körnung von 20-30 µm auf. 700 g des Sprühpulvers werden in einem zylindrischen Drehrohrofen (Länge: der Calcinationskammer 0,50 m; Innendurchmesser: 12,5 cm) unter Durchleiten von 200 Nl/h Luft wie folgt thermisch behandelt: Innerhalb von 1 h wird linear auf 150°C erwärmt. Dann wird innerhalb von 4 h linear auf 200°C aufgeheizt. Anschließend wird innerhalb von 2 h linear auf 300°C und dann innerhalb von 2 h linear auf 400°C aufgeheizt. Abschließend wird innerhalb von 48 h linear auf 900°C aufgeheizt. 880 g of powdered Sb 2 O 3 (senarmontite) with an Sb content of 83% by weight at 20 ° C. are suspended in 4 l of water with stirring. A solution of 670.5 g of Cu (NO 3 ) 2 .2H 2 O in 4 l of water is then stirred into the suspension while maintaining the 20 ° C. An aqueous suspension is obtained which is stirred for a further 2 hours at 80 ° C. and then spray-dried (outlet temperature: 110 ° C., company: Niro DK, type: Niro A / S atomizer portable minor system, centrifugal atomizer from Niro, DK). The spray powder has a grain size of 20-30 µm. 700 g of the spray powder are thermally treated in a cylindrical rotary kiln (length: the calcination chamber 0.50 m; inner diameter: 12.5 cm) while passing 200 Nl / h of air as follows: The temperature is raised linearly to 150 ° C. within 1 h , The mixture is then heated linearly to 200 ° C. within 4 h. The mixture is then heated linearly to 300 ° C. within 2 h and then linearly to 400 ° C. within 2 h. Finally, the mixture is heated linearly to 900 ° C. within 48 h.

Nach Abkühlung auf Raumtemperatur wird ein Pulver erhalten, das eine spezifische BET Oberfläche von 0,3 m2/g aufweist. Dieses Pulver bildet die Ausgangsmasse C2 und zeigt im wesentlichen die Beugungsreflexe von CuSb2O6 (Vergleichsspektrum 17-0284 der JCPDS- ICDD Kartei). Die Ausgangsmasse C2 weist die nachfolgende molare Elementstöchiometrie auf:

CuSb2O6.
After cooling to room temperature, a powder is obtained which has a specific BET surface area of 0.3 m 2 / g. This powder forms the starting mass C2 and essentially shows the diffraction reflections of CuSb 2 O 6 (comparison spectrum 17-0284 from the JCPDS-ICDD file). The starting mass C2 has the following molar element stoichiometry:

CuSb 2 O 6 .

c) Katalysatorherstellungc) Catalyst production

Von der Ausgangsmasse C1 und von der Ausgangsmasse C2 werden der Gemischstöchiometrie (nach Calcination) (Mo12P1,5V0,6Cs1Cu0,5Sb1S0,04Ox)1. (Cu1Sb2O6)0,5 entsprechende Mengen innig gemischt. Dann werden zu 500 g der vorgenannten Mischung 2 Gew.-% feinteiliger Graphit (laut Siebanalyse min. 50 Gew.-% < 24 µm; 24 µm < max. 10 Gew.-% < 48 µm; 5 Gew.-% > 48 µm; BET Oberfläche: 10 m2/g) als Tablettierhilfe zugemischt. From the starting mass C1 and from the starting mass C2, the mixture stoichiometry (after calcination) (Mo 12 P 1.5 V 0.6 Cs 1 Cu 0.5 Sb 1 S 0.04 O x ) 1 . (Cu 1 Sb 2 O 6 ) 0.5 corresponding amounts mixed intimately. Then, to 500 g of the aforementioned mixture, 2% by weight of finely divided graphite (according to sieve analysis, at least 50% by weight <24 µm; 24 µm <max. 10% by weight <48 µm; 5% by weight> 48 µm; BET surface area: 10 m 2 / g) added as a tabletting aid.

In einer Tablettenpressmaschine (Typ: Kilian S 100) werden aus der Mischung ohne Anwendung weiterer Zusätze zylindrische Ringe der Geometrie 7 mm (Außendurchmesser) × 7 mm (Höhe) × 3 mm (Lochdurchmesser) geformt. In a tablet press machine (type: Kilian S 100) are made the mixture without the use of further additives cylindrical rings of geometry 7 mm (outer diameter) × 7 mm (height) × 3 mm (Hole diameter) shaped.

Anschließend werden 500 g der Ringe in einem Umluftofen (Fa. Nabertherm, ca. 80 l Innenvolumen) unter einem ständigen Luftstrom (500 Nl/h.kg Feststoff) wie folgt thermisch behandelt: Mit 4°C/min wird von 25°C auf 270°C aufgeheizt, wobei die Zwischentemperaturen 180°C, 220°C und die Endtemperatur 270°C jeweils 30 min gehalten werden. Abschließend wird die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 2°C/min auf 370°C erhöht und dieser Temperatur während 6 h aufrechterhalten. Then 500 g of the rings in a forced air oven (Fa. Nabertherm, approx. 80 l internal volume) under a constant air flow (500 Nl / h.kg solid) thermally treated as follows: With 4 ° C / min is heated from 25 ° C to 270 ° C, the Intermediate temperatures 180 ° C, 220 ° C and the final temperature 270 ° C each 30 min being held. Finally, the temperature with a Speed increased from 2 ° C / min to 370 ° C and this temperature maintained for 6 h.

Dann wird auf Raumtemperatur abgekühlt und die Hohlzylinder zu Splitt einer Längstausdehnung von 1,6-3 mm verarbeitet. Dieser Splitt bildet in der Reaktionszone C zu verwendenden Multimetalloxidkatalysator C. Then it is cooled to room temperature and the hollow cylinder is closed Processed chippings with a length of 1.6-3 mm. This Grit forms to be used in reaction zone C. Multimetal oxide catalyst C.

d) Beschickung des Reaktionszone C-Reaktorsd) charging the reaction zone C reactor

Mit 75 g des Multimetalloxidkatalysators C wird ein vertikal stehendes Reaktorrohr (Rohrlänge: 1800 mm; Wanddicke: 1 mm; Innendurchmesser: 8 mm; Reaktormaterial: V2A-Stahl; auf einer längsmittigen Länge von 1600 mm in einem Ofen der Fa. HTM Reetz befindlich) beschickt. Die Länge der Katalysatorschüttung beträgt 1000 mm. Die Position der Katalysatorschüttung im Reaktionsrohr ist längsmittig. Nach unten und nach oben wird das Restreaktionsrohrvolumen mit Steatitkugeln (Inertmaterial; Durchmesser: 2-3 mm) aufgefüllt, wobei die gesamte Reaktionsrohrbeschickung nach unter auf einem Kontaktstuhl der Höhe 10 cm aufsitzt. Die Rohrrestlänge am Rohreingang und die Rohrrestlänge am Rohrausgang wird mit elektrischen Heizbändern beheizt. With 75 g of the multimetal oxide catalyst C a vertical standing reactor tube (tube length: 1800 mm; wall thickness: 1 mm; Inner diameter: 8 mm; Reactor material: V2A steel; on a longitudinal length of 1600 mm in an HTM Reetz oven located). The length of the catalyst bed is 1000 mm. The position of the catalyst bed in the reaction tube is longitudinal. It will go down and up Residual reaction tube volume with steatite balls (inert material; diameter: 2-3 mm) filled, with the entire reaction tube charge after sits on a contact chair 10 cm high. The Pipe remaining length at the pipe entrance and the remaining pipe length at the pipe exit is heated with electric heating tapes.

4. Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens4. Implementation of the method according to the invention

  • A) Der Reaktionszone A-Reaktor aus 1. wird bei einer Außenwandtemperaturregelung längs der Heizzone von 500°C (bezogen auf ein mit einem identischen Inertgasstrom durchströmtes Rohr) mit einem Gemisch aus 20 Nl/h iso-Butan, 10 Nl/h Luft und 8 g/h Wasserdampf als Reaktionsgasgemisch beschickt. A) The reaction zone A reactor from 1. is at a External wall temperature control along the heating zone of 500 ° C (based on a pipe through which an identical inert gas stream flows) with a mixture of 20 Nl / h isobutane, 10 Nl / h air and 8 g / h of steam are fed as a reaction gas mixture.

Das iso-Butan wird dabei mittels eines Massendurchflußreglers der Fa. Brooks zudosiert, während das Wasser mittels einer HPLC Pump 420 der Fa. Kontron zunächst flüssig in einen Verdampfer dosiert, in selbigem verdampft und dann mit dem iso- Butan und der Luft vermischt wird. Die Temperatur des Beschickungsgasgemisches beträgt bei der Beschickung 150°C. Mittels einer sich am Reaktorausgang befindlichen Druckregelung der Fa. REKO wird der Ausgangsdruck am Rohrreaktor auf 1,5 bar eingestellt. The isobutane is by means of a mass flow controller Brooks metered in, while the water using a HPLC Pump 420 from Kontron initially liquid into one Evaporator dosed, evaporated in the same and then with the iso- Butane and the air is mixed. The temperature of the Feed gas mixture is 150 ° C when loading. By means of one located at the reactor outlet Pressure control from REKO becomes the outlet pressure at the tubular reactor set to 1.5 bar.

Hinter der Druckregelung wird das Produktgasgemisch A auf Normaldruck entspannt und abgekühlt, wobei der enthaltene Waserdampf auskondensiert. Das verbleibende Gas wird mittels GC (HP 6890 mit Chem.-Station, Detektoren: FID; WLD, Trennsäulen: Al2O3/KCl (Chrompack), Carboxen 1010 (Supelco) analysiert. In entsprechender Weise wird auch das Beschickungsgasgemisch analysiert. After the pressure control, the product gas mixture A is expanded to normal pressure and cooled, the water vapor contained condensing out. The remaining gas is analyzed by means of GC (HP 6890 with chemical station, detectors: FID; WLD, separation columns: Al 2 O 3 / KCl (chrome pack), carboxen 1010 (Supelco). The feed gas mixture is also analyzed accordingly.

Nach drei Wochen Betriebsdauer werden die folgenden Analysenergebnisse erhalten:




The following analysis results are obtained after three weeks of operation:




Diesen Werten entspricht ein auf einmaligen Durchsatz bezogener iso-Butanumsatz von 25 mol.-% und eine Selektivität der iso-Butenbildung von 90 mol.-%. A throughput corresponds to these values related iso-butane conversion of 25 mol .-% and a selectivity of Isobutene formation of 90 mol%.

Der Reaktionszone B-Reaktor aus 2. wird auf seinem im Ofen befindlichen Teil auf eine Außenwandtemperatur (bezogen auf ein mit einem identischen Inertgasstrom durchströmtes Rohr) geregelt, bei der der iso-Butenumsatz bei einmaligem Durchgang von Reaktionsgemisch 98 mol-% beträgt. Das Heizband am Reaktionsrohreingang (dort wo sich der Kontaktstuhl befindet) wird ebenfalls auf diese Temperatur eingestellt und das Heizband am Reaktionsrohrausgang wird auf eine 50°C niedrigere Temperatur eingestellt. Aus dem Produktgasgemisch A werden alle von iso-Butan und iso-Buten verschiedenen Bestandteile abgetrennt. The reaction zone B reactor from 2nd is on its in the furnace part to an outside wall temperature (based on a pipe through which an identical inert gas stream flows) regulated, in which the iso-butene turnover with a single Passage of reaction mixture is 98 mol%. The heating tape on Reaction tube entrance (where the contact chair is located) is also set to this temperature and that Heating tape at the reaction tube outlet is reduced to a 50 ° C Temperature set. The product gas mixture A become all components different from isobutane and isobutene separated.

Das verbleibende Gemisch aus 15 Nl/h iso-Butan und 4,5 Nl/h iso-Buten bildet zusammen mit 45 Nl/h Luft und 7 Nl/h Wasserdampf das Beschickungsgasgemisch für den Reaktionszone B- Reaktor. Die Temperatur des Beschickungsgasgemisches wird auf Reaktoraußenwandtemperatur gebracht. Mittels einer sich am Reaktionsrohrausgang befindlichen Druckregelung wird der Ausgangsdruck des Reaktors auf 1,3 bar eingestellt. The remaining mixture of 15 Nl / h isobutane and 4.5 Nl / h Together with 45 Nl / h, iso-butene forms air and 7 Nl / h Steam the feed gas mixture for reaction zone B- Reactor. The temperature of the feed gas mixture is raised to Reactor outer wall temperature brought. By means of a Reaction tube outlet pressure control is the Outlet pressure of the reactor set to 1.3 bar.

Hinter der Druckregelung wird das Produktgasgemisch B (Temperatur = 300°C) auf Normaldruck entspannt und mittels GC (HP 6890 mit Chem-Station, Detektoren: WLD, FID, Trennsäulen: Poraplot Q (Chrompack), Carboxen 1010 (Supelco)) analysiert. In identischer Weise wird auch das Beschickungsgasgemisch analysiert. The product gas mixture B (Temperature = 300 ° C) relaxed to normal pressure and using GC (HP 6890 with Chem-Station, detectors: TCD, FID, separation columns: Poraplot Q (chrome pack), carboxen 1010 (Supelco)) analyzed. The feed gas mixture is also identical analyzed.

Nach 3 Wochen Betriebsdauer werden die folgenden Ergebnisse erhalten:


After 3 weeks of operation, the following results are obtained:


Diesen Werten entspricht ein auf einmaligen Durchgang bezogener iso-Butenumsatz von 98 mol-% und eine Selektivität der Methacroleinbildung von 84 mol-%. A single pass corresponds to these values related iso-butene conversion of 98 mol% and a selectivity of Methacrolein formation of 84 mol%.

Der Reaktionszone C-Reaktor wird auf seinem im Ofen befindlichen Teil auf eine Außenwandtemperatur von 290°C (bezogen auf ein mit einem identischen Inertgasstrom durchströmtes Rohr) geregelt. The reaction zone C reactor is on its in the furnace part to an outside wall temperature of 290 ° C (based on a pipe through which an identical inert gas stream flows) regulated.

Das Heizband am Reaktionsrohreingang (dort wo sich der Kontakt befindet) wird auf 290°C eingestellt und das Heizband am Reaktionsrohrausgang wird auf 200°C eingestellt. The heating tape at the reaction tube entrance (where the Contact) is set to 290 ° C and the heating tape on The reaction tube outlet is set to 200 ° C.

Das Beschickungsgasgemisch des Reaktionszone C-Reaktors besteht aus 29 Nl/h Luft und dem Produktgasgemisch B (73 Nl/h). Die Temperatur des Beschickungsgases wird auf 290°C gebracht. The feed gas mixture of the reaction zone C reactor consists of 29 Nl / h air and the product gas mixture B (73 Nl / h). The temperature of the feed gas is brought to 290 ° C.

Mittels einer sich am Reaktorausgang befindlichen Druckregelung wird der Druck am Reaktionsrohrausgang auf 1,3 bar eingestellt. By means of one located at the reactor outlet Pressure control, the pressure at the reaction tube outlet is 1.3 bar set.

Hinter der Druckregelung wird das Produktgasgemisch C (Temperatur: 200°C) auf Normaldruck entspannt und mittels GC (HP 6890 mit Chem-Station, Detektoren: WLD, FID, Trennsäulen: Poraplot Q (Chrompack), Carboxen 1010 (Supelco) analysiert. In entsprechender Weise wird auch das Beschickungsgas analysiert. The product gas mixture C (Temperature: 200 ° C) relaxed to normal pressure and using GC (HP 6890 with Chem-Station, detectors: TCD, FID, separation columns: Poraplot Q (chrome pack), Carboxen 1010 (Supelco) analyzed. The feed gas is also produced in a corresponding manner analyzed.

Nach 3 Wochen Betriebsdauer werden folgende Ergebnisse erhalten:


After 3 weeks of operation, the following results are obtained:


Diesen Werten entspricht ein auf einmaligen Durchgang bezogener Methacroleinumsatz von 60 mol.-% und eine Selektivität der Methacrylsäurebildung von 81 mol.-%. A single pass corresponds to these values related methacrolein conversion of 60 mol .-% and a selectivity the methacrylic acid formation of 81 mol%.

5. Vergleichsbeispiele5. Comparative examples

  • A) Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß 4. wird wiederholt. Bei der Beschickung des Reaktionszone B Reaktors wird als Beschickungsgasgemisch jedoch ein Gemisch aus dem gesamten Produktgasgemisch A (41 Nl/h, von denen ein Anteil von 11 Nl/h Wasserdampf ist) und 45 Nl/h Luft verwendet.
    Die Belastung der Katalysatorbeschickung im Reaktionszone B- Reaktor mit iso-Buten bzw. Sauerstoff beträgt damit ebenso wie in 4. 4,5 Nl/h iso-Buten und 9 Nl/h Sauerstoff und die Belastung der Katalysatorbeschickung im Reaktionszone C-Reaktor mit Methacrolein bzw. Sauerstoff beträgt ebenso wie in 4. 3,8 Nl/h Methacrolein und 8 Nl/h Sauerstoff.
    Nach 3 Wochen Betriebsdauer werden die folgenden Ergebnisse erhalten:


    Diesen Werten entspricht ein auf einmaligen Durchgang bezogener Methacroleinumsatz von 40 mol.-% und eine Selektivität der Methacrylsäurebildung von 75 mol.-%.
    A) The method according to 4. is repeated. When charging the reaction zone B reactor, however, a mixture of the entire product gas mixture A (41 Nl / h, of which 11 Nl / h is water vapor) and 45 Nl / h air is used as the feed gas mixture.
    The loading of the catalyst feed in the reaction zone B reactor with isobutene or oxygen is thus, as in 4. 4.5 Nl / h isobutene and 9 Nl / h oxygen, and the loading of the catalyst feed in the reaction zone C reactor with methacrolein or oxygen, as in 4. 3.8 Nl / h methacrolein and 8 Nl / h oxygen.
    After 3 weeks of operation, the following results are obtained:


    These values correspond to a single pass methacrolein conversion of 40 mol% and a selectivity of methacrylic acid formation of 75 mol%.
  • B) Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß 4. wird wiederholt, jedoch werden für das Beschickungsgas für den Reaktionszone B- Reaktor nicht 45 Nl/h Luft, sondern 9 Nl/h reiner molekularer Sauerstoff verwendet. Der Gesamtgehalt des Produktgasgemisches C an iso-Butyraldehyd + iso-Buttersäure ist gegenüber der Versuchsdurchführung in 4. spürbar erhöht. B) The method according to 4. is repeated, however, for the feed gas for reaction zone B- Reactor not 45 Nl / h air, but 9 Nl / h pure molecular Oxygen used. The total salary of the Product gas mixture C is isobutyraldehyde + isobutyric acid noticeably increased compared to the experiment in 4th.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung von Methacrylsäure aus iso-Butan, bei dem man A) in einer Reaktionszone A das iso-Butan einer partiellen selektiven heterogen katalysierten Dehydrierung in der Gasphase unter Bildung eines Poduktgemisches A, das iso- Buten und nicht umgesetzter iso-Butan enthält, unterwirft, B) iso-Butan und iso-Buten enthaltendes Produktgasgemisch A zur Beschickung einer Reaktionszone B verwendet und in der Reaktionszone B das iso-Buten einer selektiven heterogen katalysierten Partialoxidation mit molekularem Sauerstoff in der Gasphase unter Bildung eines Methacrolein enthaltenden Produktgasgemisches B mit der Maßgabe unterwirft, dass der molare Umsatz an iso-Buten ≥ 95 mol-% beträgt und C) Methacrolein enthaltendes Produktgasgemisch B ohne vorherige Abtrennung von darin enthaltenen Bestandteilen zur Beschickung einer Reaktionszone C verwendet und in der Reaktionszone C des Methacrolein einer selektiven heterogen katalysierten Partialoxidation mit molekularem Sauerstoff in der Gasphase unter Bildung eines Methacrylsäure enthaltenden Produktgasgemisches C unterwirft, dadurch gekennzeichnet, dass man aus dem iso-Butan und iso- Buten enthaltenden Produktgasgemisch A vor seiner Verwendung zur Beschickung der Reaktionszone B von den darin enthaltenen, von iso-Butan und iso-Buten verschiedenen, Bestandteilen wenigstens 80 mol-% abtrennt und der in der Reaktionszone B benötigte molekulare Sauerstoff der Reaktionszone B in Begleitung von molekularem Stickstoff zugeführt wird, wobei das molekulare Verhältnis V von molekularem Sauerstoff zu molekularem Stickstoff 1 : 1 bis 1 : 10 beträgt. 1. A process for the preparation of methacrylic acid from isobutane, in which A) in a reaction zone A, the isobutane is subjected to a partially selective, heterogeneously catalyzed dehydrogenation in the gas phase to form a product mixture A which contains isobutene and unreacted isobutane, B) product gas mixture A containing isobutane and isobutene is used to feed a reaction zone B and in reaction zone B the isobutene is subjected to selective heterogeneously catalyzed partial oxidation with molecular oxygen in the gas phase to form a product gas mixture B containing methacrolein, with the proviso that that the molar conversion of isobutene is ≥ 95 mol% and C) product gas mixture B containing methacrolein is used to feed a reaction zone C without prior separation of constituents contained therein and is subjected to selective heterogeneously catalyzed partial oxidation with molecular oxygen in the gas phase in reaction zone C of methacrolein to form a product gas mixture C containing methacrylic acid, characterized in that at least 80 mol% is separated from the product gas mixture A containing isobutane and isobutene before it is used to feed reaction zone B from the constituents contained therein, other than isobutane and isobutene, and the in Molecular oxygen required in reaction zone B is fed to reaction zone B accompanied by molecular nitrogen, the molecular ratio V of molecular oxygen to molecular nitrogen being 1: 1 to 1:10. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass V 1 : 3 bis 1 : 10 beträgt. 2. The method according to claim 1, characterized in that V 1: 3 to 1:10. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass V 1 : 3 bis 1 : 6 beträgt. 3. The method according to claim 1, characterized in that V 1: 3 to 1: 6. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Quelle für den in der Reaktionszone B benötigten Sauerstoff wenigsten teilweise Luft verwendet wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that as a source for the in reaction zone B oxygen is at least partially used. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man aus dem iso-Butan und iso-Buten enthaltenden Produktgasgemisch A vor seiner Verwendung zur Beschickung der Reaktionszone B von den darin enthaltenen, von iso-Butan und iso-Buten verschiedenen, Bestandteilen wenigstens 90 mol-% abtrennt. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized that one is from the isobutane and isobutene containing product gas mixture A before its use for Feeding reaction zone B from those contained therein Isobutane and isobutene various components separates at least 90 mol%. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man aus dem iso-Butan und iso-Buten enthaltenden Produktgasgemisch A vor seiner Verwendung zur Beschickung der Reaktionszone B von den darin enthaltenen, von iso-Butan und iso-Buten verschiedenen, Bestandteilen wenigstens 95 mol-% abtrennt. 6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized characterized that one is from the isobutane and isobutene containing product gas mixture A before its use for Feeding reaction zone B from those contained therein Isobutane and isobutene various components separates at least 95 mol%. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktionszone A der Umsatz von iso-Butan ≥ 5 mol-% bis ≤ 30 mol-% beträgt. 7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that in reaction zone A the conversion of Isobutane is ≥ 5 mol% to ≤ 30 mol%. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Abtrennung der von iso-Butan und iso- Buten verschiedenen Bestandteile aus dem Produktgasgemisch A so durchführt, dass man das Produktgasgemisch A mit einem organischen Lösungsmittel in Kontakt bringt, in welchem iso-Butan und iso-Buten bevorzugt absorbiert werden und durch nachfolgende Desorption und/oder Strippung das iso-Butan und iso- Buten aus dem Absorbat befreit und zur Beschickung der Reaktionszone B verwendet. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized characterized in that the separation of isobutane and iso- Butene different components from the product gas mixture A carried out so that the product gas mixture A with a organic solvent in contact, in which isobutane and isobutene are preferably absorbed and absorbed by subsequent desorption and / or stripping the isobutane and iso- Butene freed from the absorbate and used to feed the Reaction zone B used. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der molare Umsatz an iso-Buten in der Reaktionszone B ≥ 97 mol-% beträgt. 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized characterized that the molar conversion of iso-butene in the Reaction zone B is ≥ 97 mol%. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der molare Umsatz an iso-Buten in der Reaktionszone B ≥ 98 mol-% beträgt. 10. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized characterized that the molar conversion of iso-butene in the Reaction zone B is ≥ 98 mol%. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man das Produktgasgemisch B zum Zweck der Beschickung der Reaktionszone C mit Luft ergänzt. 11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized characterized in that the product gas mixture B for the purpose of Feeding of reaction zone C supplemented with air.
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