DE10261186A1 - Heterogeneously catalyzed gas-phase partial oxidation of acrolein to acrylic acid, used to produce polymers for adhesives, involves using active multimetal oxide material containing e.g. molybdenum and vanadium - Google Patents
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Abstract
Description
Vorliegende Erfindung betrifft ein
Verfahren der heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidation von
Acrolein zu Acrylsäure
an einer katalytisch aktiven Multimetalloxidmasse, die die Elemente
Mo und V, wenigstens eines der Elemente Te und Sb sowie wenigstens
eines der Elemente aus der Gruppe Nb, Ta, W und Ti enthält und deren
Röntgendiffraktogramm
keinen Beugungsreflex mit der Scheitelpunktlage 2⊝ = 50,0 ± 0,3° aber Beugungsreflexe
h, i und k aufweist, deren Scheitelpunkte bei den Beugungswinkeln
(2⊝) 22,2 ± 0,5° (h), 27,3 ± 0,5° (i) und
28,2 ± 0,5° (k) liegen,
wobei
– der
Beugungsreflex h innerhalb des Röntgendiffraktogramms
der intensitätsstärkste ist,
sowie eine Halbwertsbreite von höchstens
0,5° aufweist,
– die Intensität Pi des Beugungsreflexes i und die Intensität Pk des Beugungsreflexes k die Beziehung 0,65 < R < 0,85 erfüllen, in
der R das durch die Formel
– die
Halbwertsbreite des Beugungsreflexes i und des Beugungsreflexes
k jeweils ≤ 1° beträgt.The present invention relates to a process of heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of acrolein to acrylic acid on a catalytically active multimetal oxide composition which contains the elements Mo and V, at least one of the elements Te and Sb and at least one of the elements from the group Nb, Ta, W and Ti and whose X-ray diffractogram has no diffraction reflex with the apex position 2⊝ = 50.0 ± 0.3 ° but diffraction reflections h, i and k, whose apex at the diffraction angles (2⊝) 22.2 ± 0.5 ° (h), 27, 3 ± 0.5 ° (i) and 28.2 ± 0.5 ° (k), where
The diffraction reflex h is the most intense within the X-ray diffractogram and has a half-value width of at most 0.5 °,
- The intensity P i of the diffraction reflex i and the intensity P k of the diffraction reflex k satisfy the relationship 0.65 <R <0.85, in which R is given by the formula
- The half-width of the diffraction reflex i and the diffraction reflex k is each ≤ 1 °.
Acrylsäure ist ein bedeutendes Monomeres, das als solches oder in Form eines Alkylesters zur Erzeugung von z.B. als Klebstoffen geeigneten Polymerisaten Verwendung findet.Acrylic acid is an important monomer that as such or in the form of an alkyl ester to produce e.g. polymers suitable as adhesives are used.
Seine Herstellung durch heterogen
katalysierte Gasphasenpartialoxidation von Acrolein zu Acrylsäure ist
allgemein bekannt (vgl. z.B.
Das in der Präambel gewürdigte Verfahren ist aus der
Nachteilig an den Verfahren des Standes der Technik ist, daß die Selektivität der Acrylsäurebildung nicht voll zu befriedigen vermag.A disadvantage of the prior art processes the technology is that the selectivity the formation of acrylic acid can fully satisfy.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
bestand daher darin, ausgehend von Acrolein ein verbessertes Verfahren
der Acrylsäureherstellung
zur Verfügung
zu stellen, das u.a. eine erhöhte
Selektivität
der Acrylsäurebildung
aufweist. Dabei war aus der
In ähnlicher Weise wurde als Lösung der
erfindungsgemäßen Aufgabe
ein Verfahren der heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidation
von Acrolein zu Acrylsäure
an einer katalytisch aktiven Multimetalloxidmasse, die die Elemente
Mo und V, wenigstens eines der Elemente Te und Sb sowie wenigstens
eines der Elemente aus der Gruppe Nb, Ta, W und Ti enthält und deren
Röntgendiffraktogramm
keinen Beugungsreflex mit der Scheitelpunktlage 2⊝ = 50,0 ± 0,3° aber Beugungsreflexe
h, i und k aufweist, deren Scheitelpunkte bei den Beugungswinkeln
(2⊝) 22,2 ± 0,5° (h), 27,3 ± 0,5° (i) und
28,2 ± 0,5° (k) liegen,
wobei
– der
Beugungsreflex h innerhalb des Röntgendiffraktogramms
der intensitätsstärkste ist,
sowie eine Halbwertsbreite von höchstens
0,5°C aufweist,
– die Intensität Pi des Beugungsreflexes i und die Intensität Pk des Beugungsreflexes k die Beziehung 0,65 ≤ R ≤ 0,85 erfüllen, in
der R das durch die Formel
– die
Halbwertsbreite des Beugungsreflexes i und des Beugungsreflexes
k jeweils ≤ 1° beträgt, gefunden,
das
dadurch gekennzeichnet ist, dass die katalytisch aktive Multimetalloxidmasse
eine solche der allgemeinen Stöchiometrie
I
M1 = wenigstens eines der Elemente aus der
Gruppe umfassend Te und Sb;
M2 = wenigstens
eines der Elemente aus der Gruppe umfassend Nb, Ti, W, Ta und Ce;
M3 = wenigstens eines der Elemente aus der
Gruppe umfassend Pb, Ni, Co, Bi, Pd, Ag, Pt, Cu, Au, Ga, Zn, Sn,
In, Re, Ir, Sm, Sc, Y, Pr, Nd und Tb;
a = 0,01 bis 1
b
= > 0 bis 1,
c
= > 0 bis 1,
d
= > 0 bis 0,5 und
n
= eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff
verschiedenen Elemente in (I) bestimmt wird,
ist.Similarly, as a solution to the problem according to the invention, a process of heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of acrolein to acrylic acid on a catalytically active multimetal oxide composition comprising the elements Mo and V, at least one of the elements Te and Sb and at least one of the elements from the group Nb, Ta , W and Ti and whose X-ray diffractogram does not have a diffraction reflex with the vertex position 2⊝ = 50.0 ± 0.3 ° but has diffraction reflections h, i and k, whose vertexes at the diffraction angles (2⊝) 22.2 ± 0.5 ° (h), 27.3 ± 0.5 ° (i) and 28.2 ± 0.5 ° (k), where
The diffraction reflex h is the most intense within the X-ray diffractogram and has a half-value width of at most 0.5 ° C,
The intensity P i of the diffraction reflex i and the intensity P k of the diffraction reflex k the relationship 0.65 ≤ R? 0.85, in the R this by the formula
The half-width of the diffraction reflex i and the diffraction reflex k is each ≤ 1 °, found,
which is characterized in that the catalytically active multimetal oxide mass of the general stoichiometry I
M 1 = at least one of the elements from the group comprising Te and Sb;
M 2 = at least one of the elements from the group comprising Nb, Ti, W, Ta and Ce;
M 3 = at least one of the elements from the group comprising Pb, Ni, Co, Bi, Pd, Ag, Pt, Cu, Au, Ga, Zn, Sn, In, Re, Ir, Sm, Sc, Y, Pr, Nd and Tb;
a = 0.01 to 1
b => 0 to 1,
c => 0 to 1,
d => 0 to 0.5 and
n = a number which is determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in (I),
is.
Alle in dieser Schrift auf ein Röntgendiffraktogramm
bezogenen Angaben beziehen sich auf ein unter Anwendung von Cu-Kα-Strahlung
als Röntgenstrahlung
erzeugtes Röntgendiffraktogramm
(Siemens-Diffraktometer
Theta-Theta D-5000, Röhrenspannung:
40 kV, Röhrenstrom:
40 mA, Aperturblende V20 (variabel), Streustrahlblende V20 (variabel),
Sekundärmonochromatorblende
(0,1 mm), Detektorblende (0,6 mm), Meßintervall (2⊝): 0,02°, Meßzeit je
Schritt: 2,4 s, Detektor: Scintillationszählrohr; die Definition der
Intensität
eines Beugungsreflexes im Röntgendiffraktogramm
bezieht sich in dieser Schrift auf die in der
Erfindungsgemäß bevorzugt gilt 0,67 ≤ R ≤ 0,75 und ganz besonders bevorzugt gilt R = 0,69 bis 0,75 bzw. R = 0,71 bis 0,74, bzw. R = 0,72.According to the invention, preferably 0.67 R R 0,7 0.75 and R = 0.69 to 0.75 or R = 0.71 to applies with very particular preference 0.74, or R = 0.72.
Neben den Beugungsreflexen h, i und
k enthält
das Röntgendiffraktogramm
von erfindungsgemäß zu verwendenden
Multimetalloxidmassen (I) in der Regel noch weitere Beugungsreflexe,
deren Scheitelpunkte bei den nachfolgenden Beugungswinkeln (2⊝) liegen:
9,0 ± 0,4° (l),
6,7 ± 0,4° (o) und
7,9 ± 0,4° (p).In addition to the diffraction reflections h, i and k, the X-ray diffractogram of multimetal oxide materials (I) to be used according to the invention generally also contains further diffraction reflections, the apex of which lies at the following diffraction angles (2⊝):
9.0 ± 0.4 ° (l),
6.7 ± 0.4 ° (o) and
7.9 ± 0.4 ° (p).
Erfindungsgemäß günstig ist es ferner, wenn das Röntgendiffraktogramm zusätzlich einen Beugungsreflex enthält, dessen Scheitelpunkt beim Beugungswinkel (2⊝) = 45,2 ± 0,4° (q) liegt.According to the invention it is also favorable if that X-ray diffraction additionally contains a diffraction reflex, whose apex is at the diffraction angle (2⊝) = 45.2 ± 0.4 ° (q).
Häufig enthält das Röntgendiffraktogramm von erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (I) auch noch die Reflexe 29,2 ± 0,4° (m) und 35,4 ± 0,4° (n) (Scheitelpunktlagen).Frequently contains the X-ray diffractogram of to be used according to the invention Multimetal oxide masses (I) also the reflections 29.2 ± 0.4 ° (m) and 35.4 ± 0.4 ° (n) (vertex positions).
Ordnet man dem Beugungsreflex h die
Intensität
100 zu, ist es erfindungsgemäß günstig, wenn
die Beugungsreflexe i, l, m, n, o, p, q in der gleichen Intensitätsskala
die nachfolgenden Intensitäten
aufweisen:
i: 5 bis 95, häufig
5 bis 80, teilweise 10 bis 60;
l: 1 bis 30;
m: 1 bis 40;
o:
1 bis 30;
p: 1 bis 30 und
q: 5 bis 60.If the intensity 100 is assigned to the diffraction reflex h, it is advantageous according to the invention if the diffraction reflexes i, l, m, n, o, p, q have the following intensities in the same intensity scale:
i: 5 to 95, often 5 to 80, sometimes 10 to 60;
l: 1 to 30;
m: 1 to 40;
o: 1 to 30;
p: 1 to 30 and
q: 5 to 60.
Enthält das Röntgendiffraktogramm der erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (I) von den vorgenannten zusätzlichen Beugungsreflexen, ist die Halbwertsbreite derselben in der Regel ≤ 1°.Contains the X-ray diffractogram of those to be used according to the invention Multimetal oxide materials (I) from the aforementioned additional Diffraction reflections, the full width at half maximum is usually ≤ 1 °.
Die spezifische Oberfläche von erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (I) beträgt vielfach 1 bis 40 m2/g, oft 11 bzw. 12 bis 40 m2/g und häufig 15 bzw. 20 bis 40 bzw. 30 m2/g (bestimmt nach der BET-Methode, Stickstoff).The specific surface area of multimetal oxide compositions (I) to be used according to the invention is frequently 1 to 40 m 2 / g, often 11 or 12 to 40 m 2 / g and frequently 15 or 20 to 40 or 30 m 2 / g (determined according to the BET method, nitrogen).
Erfindungsgemäß bevorzugt beträgt der stöchiometrische Koeffizient a der erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (2), unabhängig von den Vorzugsbereichen für die ande ren stöchiometrischen Koeffizienten der Multimetalloxidmassen (I), 0,05 bis 0,6, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,6 oder 0,5.According to the invention, the stoichiometric is preferred Coefficient a of those to be used according to the invention Multimetal oxide materials (2), independently from the preferred areas for the other stoichiometric Coefficients of the multimetal oxide masses (I), 0.05 to 0.6, particularly preferably 0.1 to 0.6 or 0.5.
Unabhängig von den Vorzugsbereichen für die anderen stöchiometrischen Koeffizienten der erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (I) beträgt der stöchiometrische Koeffizient b bevorzugt 0,01 bis 1, und besonders bevorzugt 0,01 bzw. 0,1 bis 0,5 oder 0,4.Regardless of the preferred areas for the other stoichiometric Coefficients of those to be used according to the invention Multimetal oxide masses (I) the stoichiometric Coefficient b preferably 0.01 to 1, and particularly preferably 0.01 or 0.1 to 0.5 or 0.4.
Der stöchiometrische Koeffizient c der erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (I) beträgt, unabhängig von den Vorzugsbereichen für die anderen stöchiometrischen Koeffizienten der Multimetalloxidmassen (I) 0,01 bis 1 und besonders bevorzugt 0,01 bzw. 0,1 bis 0,5 oder 0,4. Ein erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugter Bereich für den stöchiometrischen Koeffizienten c, der, unabhängig von den Vorzugsbereichen für die anderen stöchiometrischen Koeffizienten der erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (I), mit allen anderen Vorzugsbereichen in dieser Schrift kombinierbar ist, ist der Bereich 0,05 bis 0,2.The stoichiometric coefficient c those to be used according to the invention Multimetal oxide masses (I), independently from the preferred areas for the other stoichiometric Coefficients of the multimetal oxide masses (I) 0.01 to 1 and especially preferably 0.01 or 0.1 to 0.5 or 0.4. A very special one according to the invention preferred area for the stoichiometric Coefficient c, the, independent from the preferred areas for the other stoichiometric Coefficients of those to be used according to the invention Multimetal oxide materials (I), with all other preferred areas in This font can be combined, the range is 0.05 to 0.2.
Erfindungsgemäß bevorzugt beträgt der stöchiometrische Koeffizient d der erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (I), unabhängig von den Vorzugsbereichen für die anderen stöchiometrischen Koeffizienten der Multimetalloxidmassen (I), 0,00005 bzw. 0,0005 bis 0,5, besonders bevorzugt 0,001 bis 0,5, häufig 0,002 bis 0,3 und oft 0,005 bzw. 0,01 bis 0,1.According to the invention, the stoichiometric is preferred Coefficient d of those to be used according to the invention Multimetal oxide materials (I), independent from the preferred areas for the other stoichiometric Coefficients of the multimetal oxide masses (I), 0.00005 and 0.0005 to 0.5, particularly preferably 0.001 to 0.5, often 0.002 to 0.3 and often 0.005 or 0.01 to 0.1.
Besonders günstig sind erfindungsgemäß zu verwendende
Multimetalloxidmassen (I), deren stöchiometrische Koeffizienten
a, b, c und d gleichzeitig im nachfolgenden Raster liegen:
a
= 0,05 bis 0,6;
b = 0,01 bis 1 (bzw. 0,01 bis 0,5);
c
= 0,01 bis 1 (bzw. 0,01 bis 0,5); und
d = 0,0005 bis 0,5 (bzw.
0,001 bis 0,3).Multimetal oxide materials (I) whose stoichio metric coefficients a, b, c and d are simultaneously in the following grid:
a = 0.05 to 0.6;
b = 0.01 to 1 (or 0.01 to 0.5);
c = 0.01 to 1 (or 0.01 to 0.5); and
d = 0.0005 to 0.5 (or 0.001 to 0.3).
Ganz besonders günstig sind erfindungsgemäß zu verwendende
Multimetalloxidmassen (I), deren stöchiometrische Koeffizienten
a, b, c und d gleichzeitig im nachfolgenden Raster liegen:
a
= 0,1 bis 0,6;
b = 0,1 bis 0,5;
c = 0,1 bis 0,5; und
d
= 0,001 bis 0,5, bzw. 0,002 bis 0,3, bzw. 0,005 bis 0,1.
M1 ist bevorzugt Te.Multimetal oxide materials (I) to be used according to the invention, whose stoichiometric coefficients a, b, c and d are simultaneously in the following grid, are particularly favorable:
a = 0.1 to 0.6;
b = 0.1 to 0.5;
c = 0.1 to 0.5; and
d = 0.001 to 0.5, or 0.002 to 0.3, or 0.005 to 0.1.
M 1 is preferably Te.
Alles Vorgenannte gilt vor allem dann, wenn M2 wenigstens zu 50 mol-% seiner Gesamtmenge Nb und ganz besonders bevorzugt dann, wenn M2 zu wenigstens 75 mol-% seiner Gesamtmenge, bzw. zu 100 mol-% seiner Gesamtmenge Nb ist.All of the above applies above all when M 2 is at least 50 mol% of its total amount of Nb and very particularly preferably when M 2 is at least 75 mol% of its total amount or 100 mol% of its total amount of Nb.
Es gilt vor allem aber auch, unabhängig von der Bedeutung von M2, dann, wenn M3 wenigstens ein Element aus der Gruppe umfassend Ni, Co, Bi, Pd, Ag, Au, Pb und Ga oder wenigstens ein Element aus der Gruppe umfassend Ni, Co, Pd und Bi ist.But above all, regardless of the meaning of M 2 , it also applies if M 3 comprises at least one element from the group comprising Ni, Co, Bi, Pd, Ag, Au, Pb and Ga or at least one element from the group Ni, Co, Pd and Bi is.
Alles Vorgenannte gilt vor allem aber auch dann, wenn M2 wenigstens zu 50 mol-% seiner Gesamtmenge, oder zu wenigstens 75 mol-%, oder zu 100 mol-% Nb und M3 wenigstens ein Element aus der Gruppe umfassend Ni, Co, Bi, Pd, Ag, Au, Pb und Ga ist.However, all of the above applies above all when M 2 contains at least 50 mol% of its total amount, or at least 75 mol%, or 100 mol% Nb and M 3 contains at least one element from the group comprising Ni, Co, Bi, Pd, Ag, Au, Pb and Ga.
Alles Vorgenannte gilt vor allem aber auch dann, wenn M2 wenigstens zu 50 mol-%, oder zu wenigstens 75 mol-%, oder zu 100 mol-% seiner Gesamtmenge Nb und M3 wenigstens ein Element aus der Gruppe umfassend Ni, Co, Pd und Bi ist.However, all of the above applies above all when M 2 contains at least 50 mol%, or at least 75 mol%, or 100 mol% of its total amount of Nb and M 3 has at least one element from the group comprising Ni, Co, Pd and Bi is.
Ganz besonders bevorzugt gelten alle Aussagen hinsichtlich der stöchiometrischen Koeffizienten dann, wenn M1 = Te, M2 = Nb und M3 = wenigstens ein Element aus der Gruppe umfassend Ni, Co und Pd.All statements with regard to the stoichiometric coefficients are particularly preferred if M 1 = Te, M 2 = Nb and M 3 = at least one element from the group comprising Ni, Co and Pd.
Das Prinzip eines gezielten Verfahrens
zur Herstellung von erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen
(I) offenbart z.B. die WO 0206199 und die in dieser Schrift zitierten
Literaturzitate. Danach wird in an sich bekannter Weise zunächst eine
Multimetalloxidmasse erzeugt, die die Stöchiometrie (I) aufweist, aber
ein in der Regel innig verwachsenes Mischkristallsystem aus i-Phase
und anderen Phasen (z.B. k-Phase) ist. Die k-Phase ist gemäß den Schriften
Mischkristallysteme aus i- und k-Phase
werden in der Regel nach den im Stand der Technik beschriebenen
Herstellverfahren erhalten (vgl. z.B.
Erfolgt die thermische Behandlung unter gasförmiger Atmosphäre, kann diese sowohl stehen als auch fließen. Vorzugsweise fließt sie. Insgesamt kann die thermische Behandlung bis zu 24 h oder mehr. in Anspruch nehmen.The thermal treatment takes place under gaseous The atmosphere, it can both stand and flow. It preferably flows. In total, the thermal treatment can last up to 24 h or more. take advantage of.
Bevorzugt erfolgt die thermische Behandlung zunächst unter oxidierender (Sauerstoff enthaltender) Atmosphäre (z.B. unter Luft) bei einer Temperatur von 150 bis 400°C bzw. 250 bis 350°C (= Vorzersetzungsschritt). Im Anschluß daran wird die thermische Behandlung zweckmäßig unter Inertgas bei Temperaturen von 350 bis 700°C bzw. 400 bis 650°C oder 450 bis 600°C fortgesetzt. Selbstredend kann die thermische Behandlung auch so erfolgen, daß die Katalysatorvorläufermasse vor ihrer thermischen Behandlung zunächst (gegebenenfalls nach Pulverisierung) tablettiert (gegebenenfalls unter Zusatz von 0,5 bis 2 Gew.-% an feinteiligem Graphit), dann thermisch behandelt und nachfolgend wieder versplittet wird.The thermal treatment is preferably carried out first under an oxidizing (oxygen-containing) atmosphere (for example under air) at a temperature of 150 to 400 ° C. or 250 to 350 ° C. (= pre-decomposition step). Thereafter, the thermal treatment is expediently continued under inert gas at temperatures of 350 to 700 ° C or 400 to 650 ° C or 450 to 600 ° C. It goes without saying that the thermal treatment can also be carried out in such a way that the catalyst precursor mass is initially (counter to if necessary after pulverization) tabletted (optionally with the addition of 0.5 to 2% by weight of finely divided graphite), then thermally treated and subsequently split again.
Das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen kann in trockener oder in nasser Form erfolgen.The intimate mixing of the starting compounds can be done in dry or wet form.
Erfolgt es in trockener Form, werden die Ausgangsverbindungen zweckmäßigerweise als feinteilige Pulver eingesetzt und nach dem Mischen und gegebenenfalls Verdichten der Calcinierung (thermischen Behandlung) unterworfen.If it is done in a dry form, be the starting compounds expediently used as a fine powder and after mixing and optionally Compacting subjected to calcination (thermal treatment).
Vorzugsweise erfolgt das innige Vermischen
jedoch in nasser Form. Üblicherweise
werden die Ausgangsverbindungen dabei in Form einer wäßrigen Lösung (gegebenenfalls
unter Mitverwendung komplexbildender Mittel; vgl. z.B.
Als Quellen für die elementaren Konstituenten
kommen im Rahmen der Durchführung
der vorstehend beschriebenen Herstellweise von i-/k-Phase-Michkristall-Multimetalloxidmassen
alle diejenigen in Betracht, die beim Erhitzen (gegebenenfalls an
Luft) Oxide und/oder Hydroxide zu bilden vermögen. Selbstredend können als
solche Ausgangsverbindungen auch bereits Oxide und/oder Hydroxide
der elementaren Konstituenten mitverwendet oder ausschließlich verwendet
werden. D.h., insbesondere kommen alle in den Schriften
Geeignete Quellen für das Element
Mo sind z.B. Molybdänoxide
wie Molybdäntrioxid,
Molybdate wie Ammoniumheptamolybdattetrahydrat und Molybdänhalogenide
wie Molybdänchlorid.Suitable sources for the elementary constituents in carrying out the above-described preparation of i- / k-phase crystal multi-metal oxide materials are all those which are capable of forming oxides and / or hydroxides when heated (optionally in air). It goes without saying that oxides and / or hydroxides of the elemental constituents can also be used as such starting compounds or used exclusively. Ie, in particular, all come in the scriptures
Suitable sources for the element Mo are, for example, molybdenum oxides such as molybdenum trioxide, molybdates such as ammonium heptamolybdate tetrahydrate and molybdenum halides such as molybdenum chloride.
Geeignete Ausgangsverbindungen für das Element V sind z.B. Vanadiumoxysulfathydrat, Vanadylacetylacetonat, Vanadate wie Ammoniummetavanadat, Vanadinoxide wie Vanadinpentoxid (V2O5), Vanadinhalogenide wie Vanadintetrachlorid (VCl4) und Vanadinoxyhalogenide wie VOCl3. Dabei können als Vanadinausgangsverbindungen auch solche mitverwendet werden, die das Vanadin in der Oxidationsstufe +4 enthalten.Suitable starting compounds for element V are, for example, vanadium oxysulfate hydrate, vanadylacetylacetonate, vanadates such as ammonium metavanadate, vanadium oxides such as vanadium pentoxide (V 2 O 5 ), vanadium halides such as vanadium tetrachloride (VCl 4 ) and vanadium oxyhalides such as VOCl 3 . It is also possible to use those starting vanadium compounds which contain the vanadium in oxidation state +4.
Als Quellen für das Element Tellur eignen sich Telluroxide wie Tellurdioxid, metallisches Tellur, Tellurhalogenide wie TeCl2, aber auch Tellursäuren wie Orthothellursäure H6TeO6.Suitable sources for the element tellurium are tellurium oxides such as tellurium dioxide, metallic tellurium, tellurium halides such as TeCl 2 , but also telluric acids such as orthothelluric acid H 6 TeO 6 .
Vorteilhafte Antimonausgangsverbindungen sind Antimonhalogenide wie SbCl3, Antimonoxide wie Antimontrioxid (Sb2O3), Antimonsäuren wie HSb(OH)6, aber auch Antimonoxid-Salze wie Antimonoxid-sulfat (SbO)2SO4 sowie Antimonacetat.Advantageous antimony starting compounds are antimony halides such as SbCl 3 , antimony oxides such as antimony trioxide (Sb 2 O 3 ), antimonic acids such as HSb (OH) 6 , but also antimony oxide salts such as antimony oxide sulfate (SbO) 2 SO 4 and antimony acetate.
Geeignete Niobquellen sind z.B. Nioboxide
wie Niobpentoxid (Nb2O5),
Nioboxidhalogenide wie NbOCl3, Niobhalogenide
wie NbCl5, aber auch komplexe Verbindungen
aus Niob und organischen Carbonsäuren
und/oder Dicarbonsäuren
wie z.B. Oxalate und Alkoholate. Selbstredend kommen als Niobquelle
auch die in der
Bezüglich aller anderen möglichen Elemente (insbesondere des Pb, Ni, Cu, Co, Bi und Pd) kommen als geeignete Ausgangsverbindungen vor allem deren Halogenide, Nitrate, Formiate, Oxalate, Acetate, Carbonate und/oder Hydroxide in Betracht. Geeignete Ausgangsverbindungen sind vielfach auch deren Oxoverbindungen wie z. B. Wolframate bzw. die von diesen abgeleiteten Säuren. Häufig werden als Ausgangsverbindungen auch Ammoniumsalze eingesetzt.Regarding all other possible Elements (especially Pb, Ni, Cu, Co, Bi and Pd) come as suitable starting compounds, especially their halides, nitrates, Formates, oxalates, acetates, carbonates and / or hydroxides into consideration. Suitable starting compounds are often also their oxo compounds such as B. tungstates or the acids derived from these. Become frequent ammonium salts are also used as starting compounds.
Ferner kommen als Ausgangsverbindungen auch Polyanionen vom Anderson Typ in Betracht, wie sie z.B. in Polyhedron Vol. 6, No. 2, pp. 213-218, 1987 beschrieben sind. Eine weitere geeignete Literaturquelle für Polyanionen vom Anderson Typ bildet Kinetics and Catalysis, Vol. 40, No. 3, 1999, pp 401 bis 404.Furthermore come as starting compounds also consider Anderson type polyanions, e.g. in polyhedron Vol. 6, No. 2, pp. 213-218, 1987. Another suitable literature source for Anderson type polyanions form Kinetics and Catalysis, Vol. 40, No. 3, 1999, pp 401 to 404.
Andere als Ausgangsverbindungen geeignete Polyanionen sind z.B. solche vom Dawson oder Keggin Typ. Vorzugsweise werden solche Ausgangsverbindungen verwendet, die sich bei erhöhten Temperaturen entweder im Beisein oder bei Ausschluß von Sauerstoff, gegebenenfalls unter Freisetzung gasförmiger Verbindungen, in ihre Oxide umwandeln.Other suitable as starting compounds Polyanions are e.g. those of the Dawson or Keggin type. Preferably such starting compounds are used, which are at elevated temperatures either in the presence or in the absence of oxygen, if necessary releasing gaseous Compounds to convert into their oxides.
Die wie beschrieben erhältlichen
i-/k-Phase-Mischkristall-Multimetalloxidmassen (reine i-Phase Multimetalloxide
werden nach der beschriebenen Verfahrensweise allenfalls zufällig erhalten)
können
dann wie beschrieben durch geeignetes Waschen (bei dem sich die
Stöchiometrie
in der Regel nur unwesentlich ändert) in
erfindungsgemäß zu verwendende
Multimetalloxide (I) überführt werden.
Bevorzugt wird nach der Waschung nochmals calciniert, wie es die
Ein erhöhter Anteil an i-Phase (und
in günstigen
Fällen
im wesentlichen reine i-Phase) stellt sich bei der Herstellung von
Vorläufermultimetalloxiden
(die durch beschriebenes Waschen in erfindungsgemäße Multimetalloxide
(I) überführt werden
können)
dann ein, wenn ihre Herstellung auf hydrothermalem Weg erfolgt, wie
es z.B. die
Die Herstellung von erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (I) kann aber auch dadurch erfolgen, dass man zunächst eine Multimetalloxidmasse I' erzeugt, die sich von einer Multimetalloxidmasse (I) nur dadurch unterscheidet, dass d = 0 ist.The production of to be used according to the invention However, multimetal oxide materials (I) can also be made in that one first generates a multimetal oxide mass I ', which differs from a multimetal oxide mass (I) only in that that d = 0.
Eine solche, bevorzugt feinteilige, Multimetalloxidmasse I' kann dann mit Lösungen (z.B. wässrigen) von Elementen M3 getränkt (z.B. durch Besprühen), nachfolgend getrocknet (bevorzugt bei Temperaturen ≤ 100°C) und anschließend wie für die Vorläufermultimetalloxide bereits beschrieben, calciniert (bevorzugt im Inertgasstrom) werden (bevorzugt wird hier auf eine Vorzersetzung an Luft verzichtet) werden. Die Verwendung von wäßrigen Nitrat- und/oder Halogenidlösungen von Elementen M3 und/oder die Verwendung von wässrigen Lösungen in denen die Elemente M3 mit organischen Verbindungen (z.B. Acetate oder Acetylacetonate) komplexiert vorliegen ist für diese Herstellvariante besonders vorteilhaft.Such a, preferably finely divided, multimetal oxide mass I 'can then be impregnated with solutions (for example aqueous) of elements M 3 (for example by spraying), subsequently dried (preferably at temperatures 100 100 ° C.) and then calcined as described for the precursor multimetal oxides ( preferably in an inert gas stream) (pre-decomposition in air is preferably avoided here). The use of aqueous nitrate and / or halide solutions of elements M 3 and / or the use of aqueous solutions in which the elements M 3 are complexed with organic compounds (for example acetates or acetylacetonates) is particularly advantageous for this production variant.
Die wie beschrieben erhältlichen erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxide (I) können als solche [z.B. als Pulver oder nach Tablettieren des Pulvers (häufig unter Zusatz von 0,5 bis 2 Gew.-% an feinteiligem Graphit) und nachfolgendem Versplitten zu Splitt zerkleinert] oder auch zu Formkörpern geformt für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. Dabei kann das Katalysatorbett ein Festbett, ein Wanderbett oder ein Wirbelbett sein.The available as described to be used according to the invention Multimetal oxides (I) can as such [e.g. as powder or after tabletting the powder (often under Addition of 0.5 to 2% by weight of finely divided graphite) and the following Split into chippings] or formed into shaped bodies for the inventive method be used. The catalyst bed can be a fixed bed, a moving bed or a fluidized bed.
Die Formung zu Formkörpern kann
z.B. durch Aufbringen auf einen Trägerkörper erfolgen, wie es in der
Die für die im erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden Multimetalloxidmassen (I) zu verwendenden Trägerkörper sind vorzugsweise chemisch inert. D.h., sie greifen in den Ablauf der erfin dungsgemäßen partiellen katalytischen Gasphasenoxidation, die durch die erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (I) katalysiert wird, im wesentlichen nicht ein.Those for those in the process according to the invention Multimetal oxide materials (I) to be used are carrier bodies preferably chemically inert. That is, they intervene in the process of partial inventions catalytic gas phase oxidation by those to be used according to the invention Multimetal oxide materials (I) is catalyzed, essentially not on.
Als Material für die Trägerkörper kommen erfindungsgemäß insbesondere Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Silicate wie Ton, Kaolin, Steatit (bevorzugt mit geringem in Wasser löslichem Alkaligehalt sowie bevorzugt von der Fa. Ceramtec in DE), Bims, Aluminiumsilicat und Magnesiumsilicat, Siliciumcarbid, Zirkondioxid und Thoriumdioxid in Betracht.According to the invention, in particular, come as the material for the carrier body Aluminum oxide, silicon dioxide, silicates such as clay, kaolin, steatite (preferably with a low water-soluble alkali content and preferably from Ceramtec in DE), pumice, aluminum silicate and Magnesium silicate, silicon carbide, zirconium dioxide and thorium dioxide into consideration.
Die Oberfläche des Trägerkörpers kann sowohl glatt als auch rauh sein. Mit Vorteil ist die Oberfläche des Trägerkörpers rauh, da eine erhöhte Oberflächenrauhigkeit in der Regel eine erhöhte Haftfestigkeit der aufgebrachten Aktivmassenschale bedingt.The surface of the carrier body can be both smooth and be rough too. The surface of the carrier body is advantageously rough, since there is an increased surface roughness usually an increased Adhesion of the applied active material shell conditionally.
Häufig liegt die Oberflächenrauhigkeit Rz des Trägerkörpers im Bereich von 5 bis 200 μm, oft im Bereich von 20 bis 100 μm (bestimmt gemäß DIN 4768 Blatt 1 mit einem "Rommel Tester für DIN-ISO Oberflächenmeßgrößen" der Fa. Hommelwerke, DE).The surface roughness R z of the support body is often in the range from 5 to 200 μm, often in the range from 20 to 100 μm (determined in accordance with DIN 4768 Sheet 1 using a "Rommel Tester for DIN-ISO surface measurement parameters" from Hommelwerke, DE).
Ferner kann das Trägermaterial porös oder unporös sein. Zweckmäßigerweise ist das Trägermaterial unporös (Gesamtvolumen der Poren auf das Volumen des Trägerkörpers bezogen ≤ 1 Vol.-%).Furthermore, the carrier material porous or nonporous his. Conveniently, the carrier material is non-porous (total volume of the pores related to the volume of the support body? 1% by volume).
Die Dicke der auf den erfindungsgemäßen Schalenkatalysatoren befindlichen aktiven Oxidmassenschale liegt üblicherweise bei 10 bis 1000 μm. Sie kann aber auch 50 bis 700 μm, 100 bis 600 μm oder 150 bis 400 μm betragen. Mögliche Schalendicken sind auch 10 bis 500 μm, 100 bis 500 μm oder 150 bis 300 μm.The thickness of the coated catalysts according to the invention active oxide mass shell is usually 10 to 1000 microns. she can but also 50 to 700 μm, 100 to 600 μm or 150 to 400 μm be. Possible Shell thicknesses are also 10 to 500 μm, 100 to 500 μm or 150 up to 300 μm.
Prinzipiell kommen für das erfindungsgemäße Verfahren beliebige Geometrien der Trägerkörper in Betracht. Ihre Längstausdehnung beträgt in der Regel 1 bis 10 mm. Vorzugsweise werden jedoch Kugeln oder Zylinder, insbesondere Hohlzylinder, als Trägerkörper angewendet. Günstige Durchmesser für Trägerkugeln betragen 1,5 bis 5 mm. Werden Zylinder als Trägerkörper verwendet, so beträgt deren Länge vorzugsweise 2 bis 10 mm und ihr Außendurchmesser bevorzugt 4 bis 10 mm. Im Fall von Ringen liegt die Wanddicke darüber hinaus üblicherweise bei 1 bis 4 mm. Erfindungsgemäß geeignete ringförmige Trägerkörper können auch eine Länge von 3 bis 6 mm, einen Außendurchmesser von 4 bis 8 mm und eine Wanddicke von 1 bis 2 mm aufweisen. Möglich ist aber auch eine Trägerringgeometrie von 7 mm × 3 mm × 4 mm oder von 5 mm × 3 mm × 2 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser).In principle, come for the method according to the invention any geometries of the carrier body in Consideration. Your longest dimension is usually 1 to 10 mm. Preferably, however, balls or cylinders, especially hollow cylinder, used as a carrier body. Favorable diameter for carrier balls 1.5 to 5 mm. If cylinders are used as carrier bodies, their Length preferred 2 to 10 mm and their outer diameter preferably 4 to 10 mm. In the case of rings, the wall thickness is also usually more at 1 to 4 mm. Suitable according to the invention annular Carrier bodies can also a length from 3 to 6 mm, an outer diameter of 4 to 8 mm and a wall thickness of 1 to 2 mm. Is possible but also a carrier ring geometry of 7 mm × 3 mm × 4 mm or 5 mm × 3 mm × 2 mm (Outer diameter × length × inner diameter).
Die Herstellung erfindungsgemäß zu verwendender Schalenkatalysatoren kann in einfachster Weise z.B. so erfolgen, dass man erfindungsgemäß zu verwendende Multimetalloxidmassen der allgemeinen Formel (I) vorbildet, sie in eine feinteilige Form überführt und abschließend mit Hilfe eines flüssigen Bindemittels auf die Oberfläche des Trägerkörpers aufbringt. Dazu wird die Oberfläche des Trägerkörpers in einfachster Weise mit dem flüssigen Bindemittel befeuchtet und durch Inkontaktbringen mit feinteiliger aktiver Oxidmasse der allgemeinen Formel (I) eine Schicht der Aktivmasse auf der befeuchteten Oberfläche angeheftet. Abschließend wird der beschichtete Trägerkörper getrocknet. Selbstredend kann man zur Erzielung einer erhöhten Schichtdicke den Vorgang periodisch wiederholen. In diesem Fall wird der beschichtete Grundkörper zum neuen "Trägerkörper" etc.. Nach erfolgter Beschichtung kann nochmals unter den bereits genannten Bedingungen calciniert werden (bevorzugt wieder unter Inertgas, z.B. gewaschenes Multimetalloxid (I)).The preparation to be used according to the invention Shell catalysts can easily be e.g. done so that one to be used according to the invention Multimetal oxide compositions of the general formula (I) forms them converted into a finely divided form and finally with the help of a liquid Binder on the surface of the carrier body. This is the surface of the carrier body in easiest way with the liquid Binder moistened and brought into contact with fine particles active oxide mass of the general formula (I) a layer of the active mass on the moistened surface attached to. In conclusion the coated carrier body is dried. Of course, the process can be used to achieve an increased layer thickness repeat periodically. In this case the coated body becomes new "carrier body" etc. After the successful Coating can again under the conditions already mentioned be calcined (preferably again under inert gas, e.g. washed Multimetal oxide (I)).
Die Feinheit der auf die Oberfläche des Trägerkörpers aufzubringenden katalytisch aktiven Multimetalloxidmasse der allgemeinen Formel (I) wird selbstredend an die gewünschte Schalendicke angepaßt. Für den Schalendickenbereich von 100 bis 500 μm eignen sich z.B. solche Aktivmassenpulver, von denen wenigstens 50 % der Gesamtzahl der Pulverpartikel ein Sieb der Maschenweite 1 bis 20 μm passieren und deren numerischer Anteil an Partikeln mit einer Längstausdehnung oberhalb von 50 μm weniger als 10 % beträgt. In der Regel entspricht die Verteilung der Längstausdehnungen der Pulverpartikel herstellungsbedingt einer Gaußverteilung. Häufig ist die Korngrößenverteilung wie folgt beschaffen: The fineness of the catalytically active multimetal oxide composition of the general formula (I) to be applied to the surface of the support body is of course adapted to the desired shell thickness. For the shell thickness range from 100 to 500 μm are suitable, for example, such active mass powders, of which at least 50% of the total number of powder particles pass through a sieve with a mesh size of 1 to 20 μm and whose numerical proportion of particles with a longest dimension above 50 μm is less than 10%. As a rule, the distribution of the longest dimensions of the powder particles corresponds to a Gaussian distribution due to the manufacturing process. The grain size distribution is often as follows:
Dabei sind:
D = Durchmesser
des Korns,
x = der prozentuale Anteil der Körner, deren Durchmesser ≥ D ist; und
y
= der prozentuale Anteil der Körner,
deren Durchmesser < D
ist.Here are:
D = diameter of the grain,
x = the percentage of grains whose diameter is ≥ D; and
y = the percentage of grains whose diameter is <D.
Für
eine Durchführung
des beschriebenen Beschichtungsverfahrens im technischen Maßstab empfiehlt
sich z. B. die Anwendung des in der
Bei Bedarf durchläuft der so grundbeschichtete Trägerkörper im Verlauf der darauffolgenden Umdrehung wiederum die Sprühdüsen, wird dabei kontrolliert befeuchtet, um im Verlauf der Weiterbewegung eine weitere Schicht feinteiliger oxidischer Aktivmasse aufnehmen zu können usw. (eine Zwischentrocknung ist in der Regel nicht erforderlich). Feinteilige oxidische Aktivmasse und flüssiges Bindemittel werden dabei in der Regel kontinuierlich und simultan zugeführt.If necessary, it runs through the base coat Carrier body in Course of the subsequent rotation the spray nozzles, in turn while being humidified in order to keep moving take up another layer of finely divided oxidic active material to be able to etc. (intermediate drying is usually not necessary). Finely divided oxidic active material and liquid binder are used usually fed continuously and simultaneously.
Die Entfernung des flüssigen Bindemittels kann nach beendeter Beschichtung z.B. durch Einwirkung von heißen Gasen, wie N2 oder Luft, erfolgen. Bemerkenswerterweise bewirkt das beschriebene Beschichtungsverfahren sowohl eine voll befriedigende Haftung der aufeinanderfolgenden Schichten aneinander, als auch der Grundschicht auf der Oberfläche des Trägerkörpers.The liquid binder can be removed after the coating has ended, for example by the action of hot gases such as N 2 or air. Remarkably, the coating method described brings about both a fully satisfactory adhesion of the successive layers to one another and also the base layer on the surface of the carrier body.
Wesentlich für die vorstehend beschriebene
Beschichtungsweise ist, dass die Befeuchtung der zu beschichtenden
Oberfläche
des Trägerkörpers in
kontrollierter Weise vorgenommen wird. Kurz ausgedrückt heißt dies,
dass man die Trägeroberfläche zweckmäßig so befeuchtet,
dass diese zwar flüssiges
Bindemittel adsorbiert aufweist, aber auf der Trägeroberfläche keine Flüssigphase
als sol che visuell in Erscheinung tritt. Ist die Trägerkörperoberfläche zu feucht,
agglomeriert die feinteilige katalytisch aktive Oxidmasse zu getrennten
Agglomeraten, anstatt auf die Oberfläche aufzuziehen. Detaillierte
Angaben hierzu finden sich in der DE-A 2909671 und in der
Die vorerwähnte abschließende Entfernung des verwendeten flüssigen Bindemittels kann in kontrollierter Weise z.B. durch Verdampfen und/oder Sublimieren vorgenommen werden. Im einfachsten Fall kann dies durch Einwirkung heißer Gase entsprechender Temperatur (häufig 50 bis 300, häufig 150°C) erfolgen. Durch Einwirkung heißer Gase kann aber auch nur eine Vortrocknung bewirkt werden. Die Endtrocknung kann dann beispielsweise in einem Trokkenofen beliebiger Art (z.B. Bandtrockner) oder im Reaktor erfolgen. Die einwirkende Temperatur sollte dabei nicht oberhalb der zur Herstellung der oxidischen Aktivmasse angewendeten Calcinationstemperatur liegen. Selbstverständlich kann die Trocknung auch ausschließlich in einem Trockenofen durchgeführt werden.The aforementioned final removal of the liquid binder used can be carried out in a controlled manner, for example by evaporation and / or sublimation. In the simplest case, this can be done by exposure to hot gases of the appropriate temperature (often 50 to 300, often 150 ° C). Exposure to hot gases can also only result in predrying. The final drying can then take place, for example, in a drying oven of any type (for example a belt dryer) or in the reactor. The temperature acting should not be above the calcination temperature used to produce the oxidic active composition. Of course, drying can only be done in a dryer oven.
Als Bindemittel für den Beschichtungsprozeß können unabhängig von der Art und der Geometrie des Trägerkörpers verwendet werden: Wasser, einwertige Alkohole wie Ethanol, Methanol, Propanol und Butanol, mehrwertige Alkohole wie Ethylenglykol, 1,4-Butandiol, 1,6-Hexandiol oder Glycerin, ein- oder mehrwertige organische Carbonsäuren wie Propionsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Glutarsäure oder Maleinsäure, Aminoalkohole wie Ethanolamin oder Diethanolamin sowie ein- oder mehrwertige organische Amide wie Formamid. Günstige Bindemittel sind auch Lösungen, bestehend aus 20 bis 90 Gew.-% Wasser und 10 bis 80 Gew.-% einer in Wasser gelösten organischen Verbindung, deren Siedepunkt oder Sublimationstemperatur bei Normaldruck (1 atm) > 100°C, vorzugsweise > 150°C, beträgt. Mit Vorteil wird die organische Verbindung aus der vorstehenden Auflistung möglicher organischer Bindemittel ausgewählt. Vorzugsweise beträgt der organische Anteil an vorgenannten wäßrigen Bindemittellösungen 10 bis 50 und besonders bevorzugt 20 bis 30 Gew.-%. Als organische Komponenten kommen dabei auch Monosaccharide und Oligosaccharide wie Glucose, Fructose, Saccharose oder Lactose sowie Polyethylenoxide und Polyacrylate in Betracht.As binders for the coating process, regardless of the type and geometry of the carrier body used water, monohydric alcohols such as ethanol, methanol, propanol and butanol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol or glycerol, mono- or polyvalent organic carboxylic acids such as propionic acid, oxalic acid, malonic, glutaric or maleic acid, Amino alcohols such as ethanolamine or diethanolamine as well as one or polyvalent organic amides such as formamide. Cheap binders are also Solutions, consisting of 20 to 90 wt .-% water and 10 to 80 wt .-% one dissolved in water organic compound, its boiling point or sublimation temperature at normal pressure (1 atm)> 100 ° C, preferably> 150 ° C. With The organic compound from the above listing is advantageous potential organic binder selected. Preferably is the organic portion of the aforementioned aqueous binder solutions 10 up to 50 and particularly preferably 20 to 30% by weight. As organic Components also come in monosaccharides and oligosaccharides such as glucose, fructose, sucrose or lactose as well as polyethylene oxides and polyacrylates.
Von Bedeutung ist, dass die Herstellung erfindungsgemäß geeigneter Schalenkatalysatoren nicht nur durch Aufbringen der fertiggestellten, feingemahlenen aktiven Oxidmassen der allgemeinen Formel (I) auf die befeuchtete Trägerkörperoberfläche erfolgen kann.It is important that the manufacture more suitable according to the invention Shell catalysts not only by applying the finished, finely ground active oxide compositions of the general formula (I) the moistened surface of the carrier body take place can.
Vielmehr kann anstelle der aktiven Oxidmasse auch eine feinteilige Vorläufermasse derselben auf die befeuchtete Trägeroberfläche (unter Anwendung der gleichen Beschichtungsverfahren und Bindemittel) aufgebracht und die Calcination nach Trocknung des beschichteten Trägerkörpers durchgeführt werden (es können auch Trägerkörper mit einer Vorläuferlösung getränkt, nachfolgend getrocknet und anschließend calciniert werden). Abschließend können, falls erforderlich, die von der i-Phase verschiedenen Phasen ausgewaschen werden. Nachfolgend kann nochmals in der beschriebenen Weise calciniert werden.Rather, instead of being active Oxide mass also a finely divided precursor mass of the same on the moistened Carrier surface (under Application of the same coating method and binder) applied and the calcination can be carried out after drying the coated carrier body (it can also carrier body with impregnated with a precursor solution, below dried and then be calcined). Finally can, if necessary, the phases other than the i phase are washed out. Calcination can then be carried out again in the manner described become.
Als eine solche feinteilige Vorläufermasse kommt z.B. diejenige Masse in Betracht, die dadurch erhältlich ist, dass man aus den Quellen der elementaren Konstituenten der gewünschten erfindungsgemäß zu verwendenden aktiven Oxidmasse der allgemeinen Formel (I) zunächst ein möglichst inniges, vorzugsweise feinteiliges, Trockengemisch erzeugt (z.B. durch Sprühtrocknung einer wäßrigen Suspension oder Lösung der Quellen) und dieses feinteilige Trockengemisch (gegebenenfalls nach Tablettierung unter Zusatz von 0,5 bis 2 Gew.-% an feinteiligem Graphit) bei einer Temperatur von 150 bis 350°C, vorzugsweise 250 bis 350°C unter oxidierender (Sauerstoff enthaltender) Atmosphäre (z. B. unter Luft) thermisch behandelt (wenige Stunden) und abschließend bei Bedarf einer Mahlung unterwirft.As such a finely divided precursor mass comes e.g. the mass that can be obtained by that you can get from the sources of the elementary constituents of the desired to be used according to the invention active oxide mass of the general formula (I) first as intimate as possible, preferably finely divided, dry mixture generated (e.g. by spray drying an aqueous suspension or solution the sources) and this finely divided dry mixture (if necessary after tableting with the addition of 0.5 to 2% by weight of fine particles Graphite) at a temperature of 150 to 350 ° C, preferably 250 to 350 ° C under oxidizing (Oxygen-containing) atmosphere (e.g. under air) thermal treated (a few hours) and finally if necessary a grinding subjects.
Nach der Beschichtung der Trägerkörper mit der Vorläufermasse wird dann, bevorzugt unter Inertgasatmosphäre (alle anderen Atmosphären kommen auch in Betracht) bei Temperaturen von 360 bis 700°C bzw. 400 bis 650°C oder 400 bis 600°C calciniert.After coating the carrier body with the precursor mass will then come, preferably under an inert gas atmosphere (all other atmospheres also possible) at temperatures from 360 to 700 ° C or 400 up to 650 ° C or 400 to 600 ° C calcined.
Selbstredend kann die Formgebung erfindungsgemäß verwendbarer Multimetalloxidmassen (I) auch durch Extrusion und/oder Tablettierung sowohl von feinteiliger Multimetalloxidmasse (I), als auch von feinteiliger Vorläufermasse einer Multimetalloxidmasse (I) erfolgen (falls erforderlich kann das Auswaschen der von der i-Phase verschiedenen Phasen abschließend erfolgen, gegebenenfalls einschließlich einer Recalcinierung).Of course, the shape usable according to the invention Multimetal oxide materials (I) also by extrusion and / or tableting both of finely divided multimetal oxide mass (I) and of finely divided precursor material a multimetal oxide mass (I) (if necessary the washing out of the phases other than the i-phase is then carried out, if necessary including a recalcination).
Als Geometrien kommen dabei sowohl Kugeln, Vollzylinder und Hohlzylinder (Ringe) in Betracht. Die Längstausdehnung der vorgenannten Geometrien beträgt dabei in der Regel 1 bis 10 mm. Im Fall von Zylindern beträgt deren Länge vorzugsweise 2 bis 10 mm und ihr Außendurchmesser bevorzugt 4 bis 10 mm. Im Fall von Ringen liegt die Wanddicke darüber hinaus üblicherweise bei 1 bis 4 mm. Erfindungsgemäß geeignete ringförmige Vollkatalysatoren können auch eine Länge von 3 bis 6 mm, einen Außendurchmesser von 4 bis 8 mm und eine Wanddicke von 1 bis 2 mm aufweisen. Möglich ist aber auch eine Vollkatalysatorringgeometrie von 7 mm × 3 mm × 4 mm oder von 5 mm × 3 mm × 2 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser).Both come as geometries Balls, solid cylinders and hollow cylinders (rings) into consideration. The longest dimension of the aforementioned geometries usually 1 to 10 mm. In the case of cylinders, it is Length preferred 2 to 10 mm and their outer diameter preferably 4 to 10 mm. In the case of rings, the wall thickness is also usually more at 1 to 4 mm. Ring-shaped unsupported catalysts suitable according to the invention can also a length from 3 to 6 mm, an outer diameter of 4 to 8 mm and a wall thickness of 1 to 2 mm. Is possible but also a full catalyst ring geometry of 7 mm × 3 mm × 4 mm or of 5 mm × 3 mm × 2 mm (outer diameter × length × inner diameter).
Selbstredend kommen für das erfindungsgemäße Verfahren
für die
Geometrie der zu verwendenden Multimetalloxidaktivmassen (I) auch
all jene der
Erfindungsgemäß wesentlich ist, wie bereits
gesagt, daß die
erfindungsgemäß zu verwendenden
Multimetalloxidmassen (I) ein Röntgendiffraktogramm
aufweisen (in dieser Schrift stets bezogen auf Cu-Kα-Strahlung),
das Beugungsreflexe h, i und k aufweist, deren Scheitelpunkte bei
den Beugungswinkeln (2⊝)
22,2 ± 0,4° (h), 27,3 ± 0,4° (i) und
28,2 ± 0,4° (k) liegen,
wobei
– der
Beugungsreflex h innerhalb des Röntgendiffraktogramms
der intensitätsstärkste ist,
sowie eine Halbwertsbreite von höchstens
0,5° aufweist,
– die Intensität Pi des Beugungsreflexes i und die Intensität Pk des Beugungsreflexes k die Bezeichnung
0,65 ≤ R ≤ 0,85 erfüllen, in
der R das durch die Formel
– die
Halbwertsbreite des Beugungsreflexes i und des Beugungsreflexes
k jeweils ≤ 1° beträgt.It is essential according to the invention, as already said, that the multimetal oxide materials (I) to be used according to the invention have an X-ray diffractogram (in this document always based on Cu-K α radiation) which has diffraction reflections h, i and k, the apex of which is at the diffraction angles ( 2⊝) 22.2 ± 0.4 ° (h), 27.3 ± 0.4 ° (i) and 28.2 ± 0.4 ° (k), where
The diffraction reflex h is the most intense within the X-ray diffractogram and has a half-value width of at most 0.5 °,
- The intensity P i of the diffraction reflex i and the intensity P k of the diffraction reflex k meet the designation 0.65 ≤ R ≤ 0.85, in which R is given by the formula
- The half-width of the diffraction reflex i and the diffraction reflex k is each ≤ 1 °.
Gleichzeitig soll das Röntgendiffraktogramm keinen Beugungsreflex mit der Scheitelpunktlage 2⊝ = 50,0 ± 0,3° aufweisen.At the same time, the X-ray diffractogram have no diffraction reflex with the apex position 2⊝ = 50.0 ± 0.3 °.
Die Definition der Intensität eines
Beugungsreflexes im Röntgendiffraktogramm
bezieht sich in dieser Schrift, wie bereits gesagt, auf die in der
D.h., bezeichnet A1 den Scheitelpunkt eines Reflexes 1 und bezeichnet B1 in der Linie des Röntgendiffraktogramms bei Betrachtung entlang der zur 2⊝-Achse senkrecht stehenden Intensitätsache das nächstliegende ausgeprägte Minimum (Reflexschultern ausweisende Minima bleiben unberücksichtigt) links vom Scheitelpunkt A1 und B2 in entsprechender Weise das nächstliegende ausgeprägte Minimum rechts vom Scheitelpunkt A1 und bezeichnet C1 den Punkt, an dem eine vom Scheitelpunkt A1 senkrecht zur 2⊝-Achse gezogene Gerade eine die Punkte B1 und B2 verbindende Gerade schneidet, dann ist die Intensität des Reflexes 1 die Länge des Geradenabschnitts A1C1, der sich vom Scheitelpunkt A1 zum Punkt C1 erstreckt. Der Ausdruck Minimum bedeutet dabei einen Punkt, an dem der Steigungsgradient einer an die Kurve in einem Basisbereich des Reflexes 1 angelegten Tangente von einem negativen Wert auf einen positiven Wert übergeht, oder einen Punkt, an dem der Steigungsgradient gegen Null geht, wobei für die Festlegung des Steigungsgradienten die Koordinaten der 2⊝ Achse und der Intensitätsachse herangezogen werden.That is, A 1 denotes the vertex of a reflex 1 and B 1 in the line of the X-ray diffractogram, when viewed along the intensity axis perpendicular to the 2⊝ axis, denotes the closest pronounced minimum (minima showing reflex shoulders are not taken into account) to the left of the vertex A 1 and B 2 in a corresponding manner, the closest pronounced minimum to the right of the apex A 1 and C 1 denotes the point at which a straight line drawn from the apex A 1 perpendicular to the 2⊝ axis intersects a straight line connecting the points B 1 and B 2 , then the intensity of the reflex 1, the length of the straight section A 1 C 1 , which extends from the apex A 1 to the point C 1 . The expression minimum means a point at which the gradient gradient of a tangent applied to the curve in a base region of the reflex 1 changes from a negative value to a positive value, or a point at which the gradient gradient goes towards zero, whereby for the definition of the gradient gradient, the coordinates of the 2⊝ axis and the intensity axis are used.
Die Halbwertsbreite ist in dieser Schrift in entsprechender Weise die Länge des Geradenabschnitts, der sich zwischen den beiden Schnittpunkten H1 und H2 ergibt, wenn man in der Mitte des Geradenabschnitts A1C1 eine Parallele zur 2⊝-Achse zieht, wobei H1, H2 den jeweils ersten Schnittpunkt dieser Parallelen mit der wie vorstehend definierten Linie des Röntgendiffraktogramms links und rechts von A1 meinen.In this document, the half-width is in a corresponding manner the length of the straight line section that results between the two intersection points H 1 and H 2 if a parallel to the 2⊝ axis is drawn in the middle of the straight line section A 1 C 1 , where H 1 , H 2 mean the first intersection of these parallels with the line of the X-ray diffractogram as defined above on the left and right of A 1 .
Eine beispielhafte Durchführung der
Bestimmung von Halbwertsbreite und Intensität zeigt auch die
Selbstredend können die erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (I) auch in mit feinteiligen,. z.B. kolloidalen, Materialien, wie Siliciumdioxid, Titandioxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Nioboxid, verdünnter Form als katalytische Aktivmassen eingesetzt werden.It goes without saying that those to be used according to the invention Multimetal oxide materials (I) also with fine-particle. e.g. colloidal Materials such as silicon dioxide, titanium dioxide, aluminum oxide, zirconium oxide, Niobium oxide, more dilute Form can be used as catalytic active materials.
Das Verdünnungsmassenverhältnis kann dabei bis zu 9 (Verdünner): 1 (Aktivmasse) betragen. D.h., mögliche Verdünnungsmassenverhältnis betragen z.B. 6 (Verdünner): 1 (Aktivmasse) und 3 (Verdünner): 1 (Aktivmasse). Die Einarbeitung der Verdünner kann vor und/oder nach der Calcination, in der Regel sogar vor der Trocknung erfolgen. Normalerweise erfolgt sie vor der Formgebung.The dilution mass ratio can up to 9 (thinner): 1 (active mass). That is, possible Dilution mass ratio e.g. 6 (thinner): 1 (active composition) and 3 (thinner): 1 (active mass). The diluents can be incorporated before and / or after the calcination, usually even before drying. It is usually done before shaping.
Erfolgt die Einarbeitung vor der Trocknung bzw. vor der Calcination, muß der Verdünner so gewählt werden, dass er im fluiden Medium bzw. bei der Calcination im wesentlichen erhalten bleibt. Dies ist z.B. im Fall von bei entsprechend hohen Temperaturen gebrannten Oxiden in der Regel gegeben.If the training takes place before the Drying or before calcination, the thinner must be selected so that it is in the fluid Medium or in the calcination is essentially preserved. This is e.g. in the case of burned at correspondingly high temperatures Oxides usually given.
Im übrigen kann man das erfindungsgemäße Verfahren
der heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidation von Acrolein
zu Acrylsäure
so durchführen,
wie es in der
In zweckmäßiger Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren als zweite Oxidationsstufe bei der Herstellung von Acrylsäure durch zweistufige katalytische Gasphasenoxidation ausgehend von Propen angewandt. Dabei wird als Reaktionsgasausgangsgemisch normalerweise das Produktgasgemisch der ersten Oxidationsstufe, gegebenenfalls durch eine Quelle von molekularem Sauerstoff ergänzt, verwendet.The method according to the invention is expedient as a second oxidation stage in the production of acrylic acid two-stage catalytic gas phase oxidation based on propene applied. It is usually used as the reaction gas starting mixture the product gas mixture of the first oxidation stage, if appropriate supplemented by a source of molecular oxygen.
Als Quelle für den im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen molekularen Sauerstoff kommt sowohl Luft, als auch an molekularem Stickstoff entreicherte Luft (z.B. ≥ 90 Vol.-% O2, 10 Vol.-% N2) in Betracht.Both air and air depleted in molecular nitrogen (for example 90 90% by volume of O 2 , 10% by volume of N 2 ) can be considered as the source of the molecular oxygen required in the process according to the invention.
Das molare Verhältnis von 02: Acrolein im Reaktionsgasausgangsgemisch wird beim erfindungsgemäßen Verfahren, wie bereits erwähnt, bevorzugt ≥ 1 betragen. Üblicherweise wird dieses Verhältnis bei werten ≤ 3 liegen. Häufig beträgt das molare Verhältnis von 02: Acrolein im Reaktionsgasausgangsgemisch erfindungsgemäß 1 bis 2 bzw. 1 bis 1,5.The molar ratio of 02: acrolein in the reaction gas starting mixture in the method according to the invention, As already mentioned, preferably ≥ 1 be. Usually will this ratio with values ≤ 3 lie. Frequently is the molar ratio from 02: acrolein in the reaction gas starting mixture according to the invention 1 to 2 or 1 to 1.5.
Der Arbeitsdruck kann beim erfindungsgemäßen Verfahren sowohl unterhalb von Normaldruck (z.B. bis zu 0,5 bar) als auch oberhalb von Normaldruck liegen. Typischerweise wird der Arbeitsdruck bei Werten von 1 bis 5 bar, häufig 1 bis 3 bar liegen. Normalerweise wird der Reaktionsdruck 100 bar nicht überschreiten.The working pressure in the method according to the invention both below normal pressure (e.g. up to 0.5 bar) and are above normal pressure. Typically the working pressure at values from 1 to 5 bar, often 1 to 3 bar. Usually the reaction pressure is 100 bar do not exceed.
Der Acroleinanteil im Reaktionsgasausgangsgemisch kann beim erfindungsgemäßen Verfahren z.B. bei Werten von 3 bis 15 Vol.-%, häufig bei 4 bis 10 Vol.-% bzw. 5 bis 8 Vol.-% liegen (jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen).The acrolein content in the reaction gas starting mixture can in the inventive method e.g. at values of 3 to 15 vol.%, often at 4 to 10 vol.% or 5 to 8 vol .-% (each based on the total volume).
Häufig wird man das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Acrolein : Sauerstoff : Wasserdampf : Inertgas-Volumenverhältnis (N1) von 1 : (1 bis 3) : (0 bis 20) : (3 bis 30), vorzugsweise von 1 : (1 bis 3) : (0,5 bis 10). (7 bis 8) ausführen.The process according to the invention is often used with an acrolein: oxygen: water vapor: inert gas volume ratio (N1) of 1: (1 to 3): (0 to 20): (3 to 30), preferably 1: (1 to 3) : (0.5 until 10). Execute (7 to 8).
Die Reaktionstemperatur wird für das erfindungsgemäße Verfahren in typischer Weise 220 bis 300°C, häufig 230 bis 280°C betragen.The reaction temperature is for the process according to the invention typically 220 to 300 ° C, often 230 up to 280 ° C be.
Die Belastung eines Katalysatorfestbetts kann beim erfindungsgemäßen Verfahren ≥ 100 Nl Acrolein/l Kat.·h, meist jedoch 300 Nl Acrolein/l Kat.·h betragen.The load on a fixed catalyst bed can in the method according to the invention ≥ 100 Nl acrolein / l cat. · h, mostly however 300 Nl acrolein / l cat. · h be.
Als inerte Verdünnungsgase wird man beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt solche verwenden, die sich beim einmaligen Durchgang zu weniger als 5 mol-%, bevorzugt zu weniger als 2 mol-% umsetzen.Inert diluent gases are used in the process according to the invention prefer to use those that become closed during a single pass implement less than 5 mol%, preferably less than 2 mol%.
Erfindungsgemäß geeignete inerte Verdünnungsgase sind insbesondere CO2, CO, N2, Edelgase und Wasserdampf.Inert diluent gases which are suitable according to the invention are in particular CO 2 , CO, N 2 , noble gases and water vapor.
Günstig ist es, das erfindungsgemäße Verfahren im Beisein von Propan und/oder Propen durchzuführen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die erfindungsgemäßen Katalysatoren auch deren Partialoxidation zu Acrylsäure zu katalysieren vermag.Cheap is the method according to the invention in the presence of propane and / or propene. This is due to the fact that the catalysts of the invention can also catalyze their partial oxidation to acrylic acid.
Selbstredend kann das erfindungsgemäße Verfahren
auch als ein Hochlastverfahren in mehr als einer Reaktionszone durchgeführt werden,
wie es z.B. die
Das erfindungsgemäße Verfahren wird u.a. dann
im Beisein von Propan und/oder Propen durchgeführt werden, wenn es die dritte
Reaktionsstufe einer dreistufigen Herstellung von Acrylsäure aus
Propan ist, wie es z.B. die
Außerdem ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren
günstig,
die Zusammensetzung des Reaktionsgasausgangsgemisches in Analogie
zur Lehre der
Selbstredend wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Produktgasgemisch erhalten, das nicht ausschließlich aus Acrylsäure besteht. Vielmehr enthält das Produktgasgemisch neben nicht umgesetztem Acrolein Nebenkomponenten wie Propen, Propan, CO2, CO, H2O, Essigsäure, Propionsäure etc., von denen die Acrylsäure abgetrennt werden muß.Of course, in the process according to the invention, a product gas mixture is obtained which does not consist exclusively of acrylic acid. Rather, in addition to unreacted acrolein, the product gas mixture contains secondary components such as propene, propane, CO 2 , CO, H 2 O, acetic acid, propionic acid, etc., from which the acrylic acid must be separated.
Dies kann wie in der
Beim erfindungsgemäßen Verfahren deaktivierte Multimetalloxidationsmassen (I) können durch Überleiten von molekularen Sauerstoff und/oder Wasserdampf enthaltenden Gasen unter den Temperatur- und Druckbedingungen der die Deaktivierung verursachenden Reaktion reaktiviert werden. Ein solches Gas kann z.B. Luft, ein Gemisch aus Luft und Wasserdampf, aber auch Magerluft (an molekularem Sauerstoff entreicherte Luft) oder ein Gemisch aus Wasserdampf und Magerluft sein. Auch kann ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserdampf verwendet werden. Der Sauerstoffgehalt des Regeneriergases kann demnach ≥ 0 bis 20 mol-% betragen. Häufig wird er 2 bis 10 mol-%, manchmal 2 bis 15 mol-% betragen.In the method according to the invention Deactivated multimetal oxidation masses (I) can by passing molecular oxygen and / or gases containing water vapor under the temperature and pressure conditions the reaction causing the deactivation are reactivated. Such a gas can e.g. Air, a mixture of air and water vapor, but also lean air (air depleted in molecular oxygen) or a mixture of water vapor and lean air. Also one can Mixture of nitrogen and water vapor can be used. The oxygen content of the regeneration gas can therefore be ≥ 0 amount to 20 mol%. Frequently it will be 2 to 10 mol%, sometimes 2 to 15 mol%.
Im übrigen können für das erfindungsgemäße Verfahren
auch die Bedingungen der
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen
(I) können
aber auch in andere Multimetalloxidmassen integriert für das erfindungsgemäße Verfahren
verwendet werden (z.B. jene, die in der
Die dabei resultierenden Multimetalloxidmassen (nachfolgend Gesamtmassen genannt) enthalten bevorzugt > 50 Gew.-%, besonders bevorzugt ≥ 75 Gew.-%, und ganz besonders bevorzugt ≥ 90 Gew.-% bzw. ≥ 95 Gew.-% der erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (I).The resulting multimetal oxide masses (hereinafter referred to as total masses) preferably contain> 50% by weight, particularly preferably ≥ 75 % By weight, and very particularly preferably ≥ 90% by weight or ≥ 95% by weight those to be used according to the invention Multimetal oxide materials (I).
Bevorzugt enthalten auch die Gesamtmassen bei 2⊝ = 50,0 ± 0,3° keine Beugungsreflex-Scheitelpunktlage. Enthält die Gesamtmenge bei 2⊝ = 50,0 ± 0,3° eine Beugungsreflex-Scheitelpunktlage, ist es günstig, wenn der Gewichtsanteil der erfindungsgemäßen Multimetalloxidmassen (I) ≥ 80 Gew.-%, oder ≥ 90 Gew.-%, oder 95 Gew.-% beträgt. Solche Gesamtmassen können auch Multimetalloxide der Stöchiometrie (I) in k-Phasen-Struktur enthalten und sind z.B. dadurch erhältlich, daß bei der Herstellung von erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (I) nicht quantitativ ausgewaschen wird. Bevorzugt beträgt R für die Gesamtmassen ≥ 0,65 und ≤ 0,90.The total masses at 2⊝ = 50.0 ± 0.3 ° preferably also contain no diffraction reflex peak position. If the total amount at 2⊝ = 50.0 ± 0.3 ° contains a diffraction reflex peak position, it is advantageous if the proportion by weight of the multimetal oxide compositions (I) according to the invention is ≥ 80% by weight, or ≥ 90% by weight, or 95 % By weight. Such total masses can also contain multimetal oxides of stoichiometry (I) in k-phase structure and are obtainable, for example, by the fact that in the preparation of the invention multimetal oxide materials (I) to be used are not washed out quantitatively. R for the total masses is preferably 0,6 0.65 and 0 0.90.
Die geometrische Formgebung erfolgt bei den Gesamtmassen in zweckmäßiger Weise wie für die Multimetalloxidmassen (I) beschrieben.The geometrical shape takes place for the total masses in an appropriate manner as for the multimetal oxide materials (I) described.
Die Vorteilhaftigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Multimetalloxidmassen (I) basiert auf ihrer hervorragenden Zielproduktselekivität. Es überrascht, dass die Promotoren M3 in reiner i-Phase für das erfindungsgemäße Verfahren wirksam sind.The advantage of the multimetal oxide compositions (I) to be used according to the invention is based on their excellent target product selectivity. It is surprising that the M 3 promoters are effective in the pure i-phase for the process according to the invention.
Erfindungsgemäß bevorzugt wird das Verfahren
der heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidation von Acrolein
zu Acrylsäure
in einem Rohrbündelreaktor
mit Vorteil so durchgeführt,
daß die
volumenspezifische Aktivität
der Katalysatorbeschickung in Richtung der Strömung des Reaktionsgasgemisches
kontinuierlich und/oder sprunghaft zunimmt, wie es beispielsweise
in der
Abschließend sei festgehalten, daß das erfindungsgemäße Verfahren auch so durchgeführt werden kann, daß man ein an molekularem Sauerstoff im wesentlichen freies Reaktionsgasausgangsgemisch bei erhöhter Temperatur über die Multimetalloxidmasse leitet, danach die verbrachte Multimetalloxidmasse mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas (z.B. Luft) reoxidiert, dann wieder an molekularem Sauerstoff im wesentlichen freies Reaktionsgasausgangsgemisch überleitet etc.. Vorzugsweise wird vorgenannte Verfahrensweise im Wirbelbett durchgeführt. In der Regel bedingt sie eine weitere Selektivitätsverbesserung.In conclusion, it should be noted that the method according to the invention also done so can be that one a reaction gas starting mixture essentially free of molecular oxygen with increased Temperature above the multimetal oxide mass conducts, then the spent multimetal oxide mass reoxidized with a gas containing molecular oxygen (e.g. air), then again transferred to molecular oxygen essentially free reaction gas starting mixture etc. The above-mentioned procedure in a fluidized bed is preferred carried out. As a rule, it requires a further improvement in selectivity.
BeispieleExamples
A) Herstellung von Multimetalloxidmassen-SchalenkatalysatorenA) Manufacture of multimetal oxide shell catalysts
Vergleichsbeispiel 1 (Herstellung eines Multimetalloxidkatalysators mit der Aktivmasse Mo1, 0V0, 33Te0, 19Nb0,11Ni0,01OX, enthaltend i- und k-Phase) 87,61 g Ammoniummetavanadat (78,55 Gew.-% V2O5, Fa. G.f.E. Nürnbern, DE) wurden bei 80°C in 3040 ml Wasser (Dreihalskolben mit Rühren, Thermometer, Rückflußkühler und Heizung) unter Rühren gelöst. Es entstand eine klare, gelbliche Lösung. Diese Lösung wurde auf 60°C abgekühlt und dann unter Aufrechterhaltung der 60°C in der genannten Reihenfolge nacheinander 117,03 g Tellursäure (99 Gew.-% H6TeO6, Fa. Aldrich) und 400,00 g Ammoniumheptamolybdat (82,52 Gew.-% MoO3, Fa. Starck/Goslar) in die Lösung eingerührt. Die resultierende tiefrote Lösung wurde auf 30°C abgekühlt und dann unter Aufrechterhaltung der 30°C mit 25,60 g einer wäßrigen Lösung von 6,80 g Nickel-(II)-nitrat Hexahydrat (98 Gew.-%, Fa. Fluka) in 20 g Wasser (Lösung erfolgte bei 25°C) versetzt. Es wurde so eine Lösung A erhalten, die 30°C aufwies.Comparative Example 1 (preparation of a multimetal oxide catalyst with the active composition Mo 1 V 0 0 0 33 Te 19 Nb 0.11 Ni 0.01 O X containing i and k phase) 87.61 g of ammonium metavanadate (78.55 wt .-% V 2 O 5 , GfE Nürnbern, DE) were dissolved at 80 ° C in 3040 ml of water (three-necked flask with stirring, thermometer, reflux condenser and heating) with stirring. A clear, yellowish solution resulted. This solution was cooled to 60 ° C. and then, while maintaining the 60 ° C. in the order mentioned, 117.03 g of telluric acid (99% by weight H 6 TeO 6 , from Aldrich) and 400.00 g of ammonium heptamolybdate (82, 52% by weight of MoO 3 from Starck / Goslar) were stirred into the solution. The resulting deep red solution was cooled to 30 ° C. and then, while maintaining the 30 ° C., with 25.60 g of an aqueous solution of 6.80 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (98% by weight, from Fluka) in 20 g of water (solution was carried out at 25 ° C). A solution A was thus obtained which had 30 ° C.
In einem Becherglas wurden davon getrennt bei 60°C 112,67 g Ammoniumnioboxolat (20,8 Gew.-% Nb, Fa. Starck/Goslar) in 500 ml Wasser unter Erhalt einer Lösung B gelöst. Lösung B wurde auf 30°C abgekühlt und bei dieser Temperatur mit der dieselbe Temperatur aufweisenden Lösung A vereinigt, wobei die Lösung B zur Lösung A gegeben wurde. Die Zugabe erfolgte stetig über einen Zeitraum von 5 min.. Es entstand eine orangefarbene Suspension.They were in a beaker separately at 60 ° C 112.67 g of ammonium nioboxolate (20.8% by weight of Nb, from Starck / Goslar) dissolved in 500 ml of water to obtain a solution B. Solution B was cooled to 30 ° C and at this temperature combined with solution A having the same temperature, being the solution B to the solution A was given. The addition took place continuously over a period of 5 minutes. An orange suspension was formed.
Diese Suspension wurde anschließend in einem Sprühtrockner der Fa. Niro (Sprühstrockner Niro A/S Atomizer, Transportable Minor Anlage, Zentrifugalzerstäuber der Fa. Niro, DK) sprühgetrocknet. Die Vorlagetemperatur betrug 30°C. Die Gaseintrittstemperatur Tein betrug 320°C, die Gasaustrittstemperatur Taus betrug 110°C. Das resultierende Sprühpulver war ebenfalls orangefarben.This suspension was then spray-dried in a spray dryer from Niro (spray dryer Niro A / S Atomizer, portable minor system, centrifugal atomizer from Niro, DK). The initial temperature was 30 ° C. The gas inlet temperature T was 320 ° C, the gas exit temperature from T was 110 ° C. The resulting spray powder was also orange.
100 g des Sprühpulvers wurden in einem Drehkugelofen
gemäß
Es wurde ein schwarzes Pulver der
Zusammensetzung Mo1,0V0,
33Te0,19Nb0,11Ni0,01Ox (Einwaagestöchiometrie: Mo1,0V0,
33Te0,22Nb0,11Ni0,01Ox erhalten. Das zugehörige Röntgendiffraktogramm zeigt die
Das Aktivmassenpulver wurde anschließend in einer Retsch-Mühle (Zentrifugalmühle, Typ ZM 100, Fa. Retsch, DE) gemahlen (Korngröße ≤ 0,12 mm).The active material powder was then in a Retsch mill (Centrifugal, Type ZM 100, Retsch, DE) ground (grain size ≤ 0.12 mm).
38 g des nach Mahlung vorliegenden Pulvers wurde auf 150 g kugelförmige Trägerkörper mit einem Durchmesser von 2,2 bis 3,2 mm (R2 = 45 μm, Trägermaterial = Steatit der Fa. Ceramtec, DE, Porengesamtvolumen des Trägers ≤ 1 Vol.-% bezogen auf das Trägergesamtvolumen) aufgebracht. Dazu wurde der Träger in eine Dragiertrommel mit 2 1 Innenvolumen (Neigungswinkel der Trommelmittelachse gegen die Horizontale = 30°) vorgelegt. Die Trommel wurde mit 25 Umdrehungen je Minute in Rotation versetzt. Über eine mit 300 Nl/h Druckluft betriebene Zerstäuberdüse wurden über 60 min. hinweg ca. 25 ml eines Gemisches aus Glycerin und Wasser (Gewichtsverhältnis Glycerin: Wasser = 1:3) auf den Träger gesprüht. Die Düse war dabei derart installiert, daß der Sprühkegel die in der Trommel durch Mitnahmebleche an den obersten Punkt der geneigten Trommel beförderten Trägerkörper in der oberen Hälfte der Abrollstrecke benetzte. Das feinteilige Aktivmassenpulver wurde über eine Pulverschnecke in die Trommel eingetragen, wobei der Punkt der Pulverzugabe innerhalb der Abrollstrecke oder unterhalb des Sprühkegels lag. Durch die periodische Wiederholung von Benetzung und Pulveraufdosierung wurde der grundbeschichtete Trägerkörper in der darauffolgenden Periode selbst zum Trägerkörper.38 g of the powder present after grinding was placed on 150 g of spherical carrier bodies with a diameter of 2.2 to 3.2 mm (R 2 = 45 μm, carrier material = steatite from Ceramtec, DE, total pore volume of the carrier ≤ 1 vol. % based on the total carrier volume). For this purpose, the carrier was placed in a coating drum with 2 1 internal volume (angle of inclination of the drum center axis against the horizontal = 30 °). The drum was rotated at 25 revolutions per minute. About one with 300 Nl / h compressed air operated atomizer nozzle were over 60 min. about 25 ml of a mixture of glycerol and water (weight ratio glycerol: water = 1: 3) was sprayed onto the carrier. The nozzle was installed in such a way that the spray cone wetted the carrier bodies in the drum, which were transported by driving plates to the uppermost point of the inclined drum, in the upper half of the rolling path. The finely divided active material powder was introduced into the drum via a powder screw, the point at which the powder was added being within the rolling zone or below the spray cone. Due to the periodic repetition of wetting and powder metering, the base-coated carrier body itself became the carrier body in the subsequent period.
Nach Abschluß der Beschichtung wurde der beschichtete Trägerkörper unter Luft während 16 h bei 150°C im Muffelofen getrocknet. Es resultierte ein Schalenkatalysator VB1 mit 20 Gew.-% Aktivmassenanteil.After finishing the coating, the coated carrier body under Air while 16 h at 150 ° C dried in a muffle furnace. The result was a coated catalyst VB1 with 20% by weight of active mass.
Beispiel 1example 1
Wie das Vergleichsbeispiel 1. Das nach der Mahlung in der Retsch-Mühle resultierende Pulver wurde jedoch in 1000 ml einer 10 gew.-%igen wässrigen HNO3-Lösung für 7 h bei 70°C unter Rückfluß gerührt. Dar dabei verbliebene Feststoff wurde aus der resultierenden Aufschlämmung abfiltriert und mit Wasser nitratfrei gewaschen. Anschließend wurde der Filterkuchen über Nacht unter Luft bei 110°C in einem Muffelofen getrocknet.Like Comparative Example 1. The powder resulting after grinding in the Retsch mill was, however, stirred in 1000 ml of a 10% strength by weight aqueous HNO 3 solution for 7 hours at 70 ° C. under reflux. The remaining solid was filtered off from the resulting slurry and washed free of nitrate with water. The filter cake was then dried in air at 110 ° C. in a muffle furnace overnight.
Die resultierende Aktivmasse hatte
die Zusammensetzung Mo1,0V0,
29Te0,14Nb0,13Ni0,007Ox. Das zugehörige Röntgendiffraktogramm zeigt
Sie wurde in gleicher Weise auf denselben Träger wie in Vergleichsbeispiel 1 aufgebracht, so dass ein Schalenkatalysator B1 mit 20 Gew.-% Aktivmassenanteil resultierte.It became in the same way on the same carrier applied as in Comparative Example 1, so that a coated catalyst B1 with 20% by weight of active mass resulted.
Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2
Wie Vergleichsbeispiel 1, anstelle von 6,80 g Nickel-(II)-nitrat Hexahydrat wurden jedoch 6,17 g Palladium-(II)-nitrat Dihydrat (98 %, Fa. Fluka) verwendet.Like comparative example 1, instead 6.80 g of nickel (II) nitrate hexahydrate, however, became 6.17 g of palladium (II) nitrate Dihydrate (98%, Fluka) used.
Die resultierende Aktivmasse wies
die Zusammensetzung Mo1,0V0,
33Te0,19Nb0,11Pd0,01Ox auf. Das zugehörige Röntgendiffraktogramm zeigt
Beispiel 2Example 2
Wie Beispiel 1, es wurde jedoch die Aktivmasse aus Vergleichsbeispiel 2 mit wäßriger Salpetersäure gewaschen. Die resultierende Aktivmasse hatte die Zusammensetzung Mo1,0V0, 33Te0,19Nb0,11Pd0,01Ox.As in Example 1, but the active composition from Comparative Example 2 was washed with aqueous nitric acid. The resulting active material had a composition Mo 1.0 V 0, 33 Te 0.19 Nb 0.11 Pd 0.01 O x.
Das zugehörige Röntgendiffraktogramm zeigt
Vergleichsbeispiel 3Comparative Example 3
Wie Vergleichsbeispiel 1, der Ansatz wurde jedoch in seiner Menge halbiert ausgeführt und anstelle von dann 3,40 g Nickel-(II)-nitrat Hexahydrat wurden 12,34 g Palladium-(II)-nitrat Dihydrat (98 %, Fa. Fluka) verwendet.Like comparative example 1, the approach was however halved in quantity and instead of then 3.40 g Nickel (II) nitrate hexahydrate became 12.34 g palladium (II) nitrate Dihydrate (98%, Fluka) used.
Die resultierende Aktivmasse wies
die Zusammensetzung Mo1,0V0,
33Te0,22Nb0,11Pd0,04Ox auf. Das zugehörige Röntgendiffraktogramm zeigt
Beispiel 3Example 3
Wie Beispiel 1, es wurde jedoch die
Aktivmasse aus Vergleichsbeispiel 3 mit wäßriger Salpetersäure gewaschen.
Die resultierende Aktivmasse hatte die Zusammensetzung Mo1,0V0,
29Te0,13Nb0,13Pd0,001Ox. Das zugehörige Röntgendiffraktogramm
zeigt
Vergleichsbeispiel 4Comparative Example 4
Wie Vergleichsbeispiel 1, anstelle von 6,80 g Nickel-(II)-nitrat Hexahydrat wurden jedoch 3,41 g Cobalt-(II)-nitrat Hexahydrat (98 %, Fa. Riedel-de-Haen) verwendet.Like comparative example 1, instead of 6.80 g of nickel (II) nitrate hexahydrate, however, 3.41 g of cobalt (II) nitrate Hexahydrate (98%, Riedel-de-Haen) used.
Die resultierende Aktivmasse wies
die Zusammensetzung Mo1,0V0,
33Te0,19Nb0,11Pd0,005Ox auf. Das zugehörige Röntgendiffraktogramm zeigt
Beispiel 4Example 4
Wie Beispiel 1, es wurde jedoch die Aktivmasse aus Vergleichsbeispiel 4 mit wäßriger Salpetersäure gewaschen.Like example 1, but it was Active composition from comparative example 4 washed with aqueous nitric acid.
Die resultierende Aktivmasse hatte
die Zusammensetzung Mo1,0V0,
29Te0,13Nb0,11Co0,004Ox. Das zugehörige Röntgendiffraktogramm zeigt
Vergleichsbeispiel 5Comparative Example 5
Wie Vergleichsbeispiel 1, anstelle
von 6,80 g Nickel-(II)-nitrat Hexahydrat wurden jedoch 5,65 g Kupfer-(II)-nitrat
Trihydrat (
Die resultierende Aktivmasse wies
die Zusammensetzung Mo1,0V0,
33Te0,19Nb0,11Cu0,01Ox auf. Das zugehörige Röntgendiffraktogramm zeigt
Beispiel 5Example 5
Wie Beispiel 1, es wurde jedoch die Aktivmasse aus Vergleichsbeispiel 5 mit wäßriger Salpetersäure gewaschen.Like example 1, but it was Active composition from comparative example 5 washed with aqueous nitric acid.
Die resultierende Aktivmasse hatte
die Zusammensetzung Mo1,0V0,
28Te0,13Nb0,13Cu0,003Ox. Das zugehörige Röntgendiffraktogramm zeigt
Vergleichsbeispiel 6Comparative Example 6
Wie Vergleichsbeispiel 1, anstelle von 6,80 g Nickel-(II)-nitrat Hexahydrat wurden jedoch 5,68 g Wismut-(III)-nitrat Pentahydrat (98,5 %, Fa. Merck) verwendet.Like comparative example 1, instead of 6.80 g of nickel (II) nitrate hexahydrate, however, 5.68 g of bismuth (III) nitrate became Pentahydrate (98.5%, from Merck) was used.
Die resultierende Aktivmasse wies
die Zusammensetzung Mo1,0V0,
33Te0,19Nb0,11Bi0,004Ox auf. Das zugehörige Röntgendif fraktogramm zeigt
Beispiel 6Example 6
Wie Beispiel 1, es wurde jedoch die
Aktivmasse aus Vergleichsbeispiel 6 mit wäßriger Salpetersäure gewaschen.
Die resultierende Aktivmasse hatte die Zusammensetzung Mo1,0V0,
15Te0,15Nb0,14Bi0,005Ox. Das zugehörige Röntgendiffraktogramm
zeigt
Vergleichsbeispiel 7Comparative Example 7
Wie Vergleichsbeispiel 1, anstelle von 6,80 g Nickel-(II)-nitrat Hexahydrat wurden jedoch 3,84 g Blei-(II)-nitrat (Riedel-de-Haen, 99 %) verwendet.Like comparative example 1, instead of 6.80 g of nickel (II) nitrate hexahydrate, however, became 3.84 g of lead (II) nitrate (Riedel-de-Haen, 99%) used.
Die resultierende Aktivmasse wies
die Zusammensetzung Mo1,0V0,
34Te0,18Nb0,11Pb0,004 auf.
Das zugehörige
Röntgendiffraktogramm
zeigt
Beispiel 7Example 7
Wie Beispiel 1, es wurde jedoch die Aktivmasse aus Vergleichsbeispiel 7 mit wäßriger Salpetersäure gewaschen: Die resultierende Aktivmasse hatte die Zusammensetzung Mo1,0V0, 28Te0,13Nb0,13Pb0,001Ox.As Example 1, but it has been washed, the active composition of Comparative Example 7 with aqueous nitric acid: The resulting active material had a composition Mo 1.0 V 0, 28 Te 0.13 Nb 0.13 O x Pb 0.001.
Das zugehörige Röntgendiffraktogramm zeigt
Vergleichsbeispiel 8Comparative Example 8
Wie Vergleichsbeispiel 1, jedoch
mit dem Unterschied, dass der Zusatz der 5,60 g Nickel-(II)-nitrat
Hexahydrat nicht vorgenommen wurde. Die resultierende Aktivmasse
wies die Zusammensetzung Mo1,0V0,
33Te0,16Nb0,13Pb0,001Ox auf. Das zugehörige Röntgendiffraktogramm zeigt
Vergleichsbeispiel 9Comparative Example 9
Wie Beispiel 1, es wurde jedoch die Aktivmasse aus Vergleichsbeispiel 7 mit wäßriger Salpetersäure gewaschen. Die resultierende Aktivmasse hatte die Zusammensetzung Mo1,0V0, 33Te0,16Nb0,13Ox. As in Example 1, but the active composition from Comparative Example 7 was washed with aqueous nitric acid. The resulting active material had a composition Mo 1.0 V 0, 33 Te 0.16 Nb 0.13 O x.
Das zugehörige Röntgendiffraktogramm zeigt
B) Testung der in A) hergestellten Multimetalloxidmassen-SchalenkatalysatorenB) testing of those produced in A) Multimetal shell catalysts
Mit jeweils 35,0 g des jeweiligen Schalenkatalysators aus A) wurde ein aus Stahl gefertigter Rohrreaktor (Innendurchmesser: 8,5 mm, Länge: 140 cm, Wanddicke: 2,5 cm) beschickt (Katalysatorschüttlänge in allen Fällen ca. 53 cm). Vor der Katalysatorschüttung wurde eine Vorschüttung von 30 cm Steatitkugeln (Durchmesser: 2,2 bis 3,2 mm, Hersteller: Fa. Ceramtec) und nach der Katalysatorschüttung auf der Restlänge des Rohrreaktors eine Nachschüttung derselben Steatitkugeln angebracht.With 35.0 g each Shell catalyst from A) became a tubular reactor made of steel (Inner diameter: 8.5 mm, length: 140 cm, wall thickness: 2.5 cm) (catalyst bed length in all make approx. 53 cm). Before the catalyst bed, a pre-bed of 30 cm steatite balls (diameter: 2.2 to 3.2 mm, manufacturer: Fa. Ceramtec) and after the catalyst bed on the remaining length of the Pipe reactor a refill same steatite balls attached.
Mittels elektrisch beheizter Heizmatten wurde von außen die Außentemperatur des beschickten Reaktionsrohres auf der gesamten Länge auf 350°C eingestellt.Using electrically heated heating mats was from the outside the outside temperature of the charged reaction tube over the entire length 350 ° C set.
Dann wurde das Reaktionsrohr mit
einem Reaktionsgasausgangsgemisch der molaren Zusammensetzung
5,5
Vol.-% Acrolein,
0,3 Vol.-% Propen,
6,0 Vol.-% molekularer
Sauerstoff,
0,4 Vol.-% CO,
0,8 Vol.-% CO2,
9,0
Vol.-% Wasser und
78,0 Vol.-% molekularer Stickstoff
beschickt
(die Eintrittsseite war auf der Seite der Nachschüttung).
Die Verweilzeit (bezogen auf das Katalysatorschüttungsvolumen) wurde auf 2,4
sec. eingestellt. Der Eingangsdruck betrug 2 bar absolut.Then the reaction tube with a reaction gas starting mixture of the molar composition
5.5% by volume of acrolein,
0.3% by volume of propene,
6.0 vol% molecular oxygen,
0.4 vol.% CO,
0.8 vol% CO 2 ,
9.0 vol .-% water and
78.0 vol% molecular nitrogen
loaded (the entry side was on the side of the refill). The residence time (based on the catalyst bed volume) was set to 2.4 seconds. The inlet pressure was 2 bar absolute.
Die Reaktionsrohrbeschickung wurde zunächst jeweils bei der vorgenannten Außentemperatur des beschickten Reaktionsrohres über einen Zeitraum von 24 h eingefahren, bevor diese Außentemperatur so erhöht wurde, daß, bezogen auf einmaligen Reaktionsrohrdurchgang, in allen Fällen ein Umsatz des Acroleins (UACR) von etwa 98 mol-% resultierte.The reaction tube feed was first run in at the aforementioned outside temperature of the charged reaction tube over a period of 24 h before this outside temperature was increased so that, based on a single passage through the reaction tube, conversion of acrolein (U ACR ) of about 98 mol% in all cases % resulted.
Die nachfolgende Tabelle zeigt in Abhängigkeit vom verwendeten Schalenkatalysator die für diesen Umsatz benötigte Außentemperatur T (°C), sowie die dabei resultierende Selektivität der Acryl säurebildung (SACS (mol-%)). Zusätzlich zeigt die Tabelle das Intensitätsverhältnis R der auf dem Schalenkatalysator befindlichen Aktivmasse und die Zusammensetzung dieser Aktivmasse.The table below shows the outside temperature T (° C) required for this conversion, as well as the resulting selectivity of acrylic acid formation (S ACS (mol%)) depending on the shell catalyst used. In addition, the table shows the intensity ratio R of the active composition located on the coated catalyst and the composition of this active composition.
Claims (27)
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2002
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