DE1468385C3 - Process for the production of methacrylonitrile from isobutylene - Google Patents

Process for the production of methacrylonitrile from isobutylene

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DE1468385C3
DE1468385C3 DE1468385A DE1468385A DE1468385C3 DE 1468385 C3 DE1468385 C3 DE 1468385C3 DE 1468385 A DE1468385 A DE 1468385A DE 1468385 A DE1468385 A DE 1468385A DE 1468385 C3 DE1468385 C3 DE 1468385C3
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Description

Es ist bekannt, daß man ungesättigte Nitrile herstellen kann, indem man ein Olefin, Sauerstoff und Ammoniak in der Gasphase über einen festen Katalysator leitet, der auf einer geeigneten Temperatur gehalten wird. Neuerdings ist ein Verfahren zur Durchführung "dieser Umsetzung bekanntgeworden, bei dem man einen Katalysator benutzt, der Wismutsalze, Zinnsalze oder Antimonsalze der Molybdänsäure, Phosphormolybdänsäure oder Phosphorwolframsäure enthält. Dieses Verfahren ist von Bedeutung, weil Acrylnitril in verhältnismäßig hohen Ausbeuten insbesondere dann erhalten werden kann, wenn Wismutphosphormolybdat als Katalysator benutzt wird (vgl. belgische Patentschrift 5"7I 200, USA.-Patentschrift 2904 580, britische Patentschrift 867 438 und japanische Patentveröffentlichung 5 870/1961). Dabei ist aber festzuhalten, daß hohe Umwandlungen und gute Ausbeuten nur erzielt werden können, wenn Acrylnitril aus Propylen synthetisiert wird. Wenn nach dem obigen Verfahren (nämlich unter Verwendung von Wismutphosphormolybdat als Katalysator) Methacrylnitril aus Isobutylen hergestellt werden soll, können ausreichend zufriedenstellende Ergebnisse nicht erhalten werden. Während z. B. die obengenannte belgische Patentschrift 19 Beispiele bringt, in denen unter Verwendung von Wismutphosphormolybdat Acrylnitril aus Propylen mit einer Umwandlung (in einem Durchgang) von maximal 52,8% erzeugt wird (vgl. Beispiele und 10), bringt sie nur ein Beispiel, in welchem unter Verwendung des gleichen Katalysators Methacrylnitril aus Isobutylen mit einer Umwandlung von nur 10% hergestellt wird. In diesem Fall beträgt weiterhin die Ausbeute an brauchbaren Produkten, zu denen Acetonitril u.dgl. gehört, nur 30%. (Mit anderen Worten, die Ausbeute an Methacrylnitril allein kann unter diesem Wert liegen.) Die USA.-Patentschrift 2 904 580 und die japanische Patentveröffentlichung 5 870/1961, die der belgischen Patentschrift entsprechen, enthalten keine Hinweise auf die Umsetzung von Isobutylen; ihre Ansprüche sind auf die Herstellung von Acrylnitril aus Propylen beschränkt. Daraus geht hervor, daß die Herstellung eines ungesättigten Nitrils aus einem Olefin yon dem jeweiligen Olefin abhängt und daß die Aktivität eines Katalysators in bezug auf die Umwandlung des Olefins in das ungesättigte Nitril in Abhängigkeit von der Struktur der Olefine variiert. Die gleiche Situation liegt bei der australischen Patentschrift 56 564 und der entsprechenden belgischen Patentschrift 587493 vor, die ein Verfahren zur Herstellung von Acrylnitril (oder Methacrylnitril) aus Proyplen (oder Isobutylen), molekularem Sauerstoff und Ammoniak in Gegenwart eines Kobaltmolybdatkatalysators beschreiben. Beim Vergleich der Beispiele 4 und 5 dieser australischen Patentschrift treten die bei der Herstellung von Methacrylnitril aus Isobutylen auftretenden Schwierigkeiten gut hervor. In dem Beispiel 4, das die Herstellung von Acrylnitril , aus Propylen betrifft, beträgt die Umwandlung in ' Acrylnitril 54,8% (entsprechend einer Ausbeute von 58,6%), auf eingesetztes Propylen bezogen. Im Beispiel 5, in dem die gleichen Bedingungen wie im Beispiel 4, aber auf Isobutylen statt auf Propylen angewandt werden, beträgt die Umswandlung in Methacrylnitril, bezogen auf eingesetztes Isobutylen, nur 6,2% und die Ausbeute 13%, bezogen auf umgesetztes Isobutylen.It is known that unsaturated nitriles can be prepared by passing an olefin, oxygen and ammonia in the gas phase over a solid catalyst which is kept at a suitable temperature. Recently, a process for carrying out this reaction has become known in which a catalyst is used which contains bismuth salts, tin salts or antimony salts of molybdic acid, phosphomolybdic acid or phosphotungstic acid. This process is important because acrylonitrile can be obtained in relatively high yields, in particular Wismutphosphormolybdat when used as a catalyst (see FIG. Belgian Patent Document 5 "7 I 200, USA. Patent 2 904 580, British Patent 867,438 and Japanese Patent publication 870/1961 5). It should be noted, however, that high conversions and good yields can only be achieved if acrylonitrile is synthesized from propylene. When methacrylonitrile is to be produced from isobutylene by the above method (namely, using bismuth phosphomolybdate as a catalyst), sufficiently satisfactory results cannot be obtained. While z. B. the above Belgian patent 19 gives examples in which using bismuth phosphorus molybdate acrylonitrile is produced from propylene with a conversion (in one pass) of a maximum of 52.8% (see. Examples and 10), it brings only one example in which methacrylonitrile is produced from isobutylene with a conversion of only 10% using the same catalyst. In this case, moreover, the yield of useful products including acetonitrile and the like is only 30%. (In other words, the yield of methacrylonitrile alone can be less than this value.) U.S. Patent 2,904,580 and Japanese Patent Publication 5,870/1961, which correspond to the Belgian patent, make no reference to the conversion of isobutylene; their claims are limited to the production of acrylonitrile from propylene. It follows that the production of an unsaturated nitrile from an olefin depends on the particular olefin and that the activity of a catalyst with respect to the conversion of the olefin into the unsaturated nitrile varies depending on the structure of the olefins. The same situation exists with Australian patent 56 564 and the corresponding Belgian patent 587493, which describe a process for the preparation of acrylonitrile (or methacrylonitrile) from propylene (or isobutylene), molecular oxygen and ammonia in the presence of a cobalt molybdate catalyst. A comparison of Examples 4 and 5 of this Australian patent clearly shows the difficulties encountered in the preparation of methacrylonitrile from isobutylene. In Example 4, which relates to the production of acrylonitrile from propylene, the conversion into acrylonitrile is 54.8% (corresponding to a yield of 58.6%), based on the propylene used. In Example 5, in which the same conditions as in Example 4, but are applied to isobutylene instead of propylene, the conversion to methacrylonitrile, based on isobutylene used, is only 6.2% and the yield is 13% based on converted isobutylene.

Aus der französischen Patentschrift 1 219 512 und der entsprechenden deutschen Auslegeschrift 1 162 830 ist die Herstellung von Acrylnitril durch Ammonoxydation von Propylen unter Verwendung von Mo-Na-Katalysatoren oder Mo-K-Katalysatoren beschrieben. Methacrylnitril wird dort nur dem Namen nach erwähnt. Eine Herstellung dieser Verbindung wird dort nicht weiter erläutert. 'From French patent specification 1 219 512 and the corresponding German patent specification 1 162 830 is the production of acrylonitrile by ammoxidation of propylene using Mo-Na catalysts or Mo-K catalysts. Methacrylonitrile is only mentioned there by name. Establishing this connection is not explained further there. '

Die deutsche Patentschrift 941 428 beschreibt in dem Beispiel 4 die Herstellung von Methacrylnitril aus Isobutylen nach einem Zweistufenverfahren, bei dem unter Anwendung eines Katalysators aus CuO-Se aus Isobutylen zunächst Methacrolein und dann aus \ dem bei dieser Umsetzung erhaltenen gasförmigenThe German patent specification 941 428 describes in Example 4 the production of methacrylonitrile from isobutylene, by a two step method in which using a catalyst consisting of CuO-Se from isobutylene first methacrolein and then out \ the obtained in this reaction gaseous

' Produkt Methacrylnitril unter Anwendung eines Katalysators aus MoO3 gebildet wird, und zwar mit einer Ausbeute an Methacrylnitril, bezogen auf das einge-· setzte Isobutylen, von nur 20%.'Product methacrylonitrile is formed from MoO 3 using a catalyst, with a methacrylonitrile yield, based on the isobutylene used, of only 20%.

In der französischen Patentschrift 1 268 324 ist die Oxydation bzw. Ammonoxydation von Propylen unter Anwendung von Katalysatoren aus Oxiden des Mo-As-Bi-Systems beschrieben. Ein Ausführungsbeispiel für die Herstellung von Methacrylnitril ist in dieser Patentschrift nicht enthalten.In the French patent 1 268 324 the oxidation or ammoxidation of propylene is using catalysts made from oxides of the Mo-As-Bi system. An embodiment for the production of methacrylonitrile is not included in this patent.

Auch in der belgischen Patentschrift 598 511 und der entsprechenden französischen Patentschrift 1 278 289 wird nur die Herstellung von Acrylnitril durch Ammonoxydation von Propylen unter Verwendung eines Katalysators mit der Zusammensetzung Me0BinP0O,, (Me bedeutet Fe, Co, Ni, V, Mn oder Cr) beschrieben, jedoch nicht die Herstellung von Methacrylnitril an Hand eines Beispiels erläutert.
Nach der französischen Patentschrift 1255 121 werden zur Ammonoxydation von Olefinen Katalysatoren angewendet, die aus Oxiden von mindestens zwei Elementen bzw. Elementkombinationen der aus Cu, V, Mo, Te, Bi und P-Mo bestehenden Gruppe be-
Belgian patent 598 511 and the corresponding French patent 1 278 289 also only describe the production of acrylonitrile by ammonoxidation of propylene using a catalyst with the composition Me 0 Bi n P 0 O ,, (Me means Fe, Co, Ni, V, Mn or Cr) are described, but the production of methacrylonitrile is not explained using an example.
According to the French patent specification 1255 121, catalysts are used for the ammonoxidation of olefins, which are composed of oxides of at least two elements or element combinations of the group consisting of Cu, V, Mo, Te, Bi and P-Mo

stehen. Auch dort wird die Herstellung von Methacrylnitril nicht in einem Ausführungsbeispiel erläutert.stand. There, too, the production of methacrylonitrile is not explained in an exemplary embodiment.

Diese genannten Patentschriften vermitteln demnach kein Beispiel für die Herstellung von Methacrylnitril durch Ammonoxydation von Isobutylen nach einem Einstufenverfahren. Der deutschen Patentschrift 941 428 sowie der weiter oben genannten belgischen Patentschrift 587 493 bzw. der entsprechenden australischen Patentschrift 56 564 mußte ferner auf Grund der großen Unterschiede zwischen den dort anhaltenden Ausbeuten an Acrylnitril und an Methacrylnitril entnommen werden, daß zwischen der Herstellung von Acrylnitril und der Herstellung von Methacrylnitril keine Analogie besteht. Auch die belgische Patentschrift 596 854 (die der französischen Patentschrift 1268 383 entspricht) muß zu diesem Schluß führen. Diese Patentschrift betrifft ein Verfahren, bei dem Propylen und Isobutylen unter den gleichen Bedingungen und unter Anwendung von Telluroxidkatalysatoren umgesetzt werden. Nach dem dortigen Beispiel 4 beträgt die Umwandlung in Acryl- -v nitril, bezogen auf eingesetztes Propylen, 26,0%, die Ί Umwandlung in Methacrylnitril, bezogen auf eingesetztes Isobutylen, jedoch nur 15,8%.Accordingly, these patent specifications do not provide an example of the production of methacrylonitrile by ammonoxidation of isobutylene using a one-step process. The German patent 941 428 and the above-mentioned Belgian patent 587 493 or the corresponding Australian patent 56 564 also had to be inferred due to the large differences between the yields of acrylonitrile and methacrylonitrile that persisted there that between the production of acrylonitrile and the There is no analogy to the production of methacrylonitrile. Belgian patent 596 854 (which corresponds to French patent 1268 383) must also lead to this conclusion. This patent relates to a process in which propylene and isobutylene are reacted under the same conditions and using tellurium oxide catalysts. According to Example 4 there, the conversion into acrylonitrile, based on the propylene used, is 26.0%, but the Ί conversion into methacrylonitrile, based on the isobutylene used, is only 15.8%.

Die französische Patentschrift 1098 400 betrifft ähnlich wie die deutsche Patentschrift 941 428 ebenfalls ein zweistufiges Verfahren unter Anwendung eines Cu2O-Katalysators in der ersten Stufe und eines MoO3-Katalysators in der zweiten Stufe. Nach dem dortigen Beispiel 2 beträgt die Ausbeute an Methacrylnitril, bezogen auf umgesetztes Isobutylen, zwar 64,2%, doch finden sich in dieser Patentschrift keine Angaben über die erzielte Umwandlung der Ausgangsverbindung. The French patent specification 1098 400, similar to the German patent specification 941 428, also relates to a two-stage process using a Cu 2 O catalyst in the first stage and a MoO 3 catalyst in the second stage. According to Example 2 there, the yield of methacrylonitrile, based on converted isobutylene, is 64.2%, but this patent specification does not contain any information on the conversion of the starting compound achieved.

Die französische Patentschrift 1 261 568 beschreibt die Herstellung von Acrylnitril und Methacrylnitril durch Ammonoxydation von Propylen bzw. Isobutylen, wobei als Katalysatoren Oxide des Sb-Sn-Systems verwendet werden. Nach dem dortigen Beispiel 6 beträgt die Umwandlung von Isobutylen in Methacrylnitril 41%.French patent 1,261,568 describes the production of acrylonitrile and methacrylonitrile by ammonoxidation of propylene or isobutylene, with oxides of the Sb-Sn system as catalysts be used. According to Example 6 there, the conversion of isobutylene into Methacrylonitrile 41%.

Aus der französischen Patentschrift 1 269 382 ist ein Verfahren zur Ammonoxydation von Olefinen 7) unter Anwendung eines Katalysators bekannt, der eine große Menge Phosphorsäure und eine kleine Menge eines Aktivators enthält. Nach den Beispielen 7, 8 und 9 dieser Patentschrift macht das bei dem Verfahren umgesetzte Isobutylen 56%, 54% und 53%, die Ausbeute an Methacrylnitril (bezogen auf umgesetztes Isobutylen) 67%, 67% und 73% und die Umwandlung von eingesetztem Isobutylen in Methacrylnitril 38%, 36% und 39% aus. Bei diesem bekannten Verfahren werden große Mengen Wasser benutzt. So sind bei den Beispielen 7,8 und 9 Molverhältnisse von Wasser zu Isobutylen von 7,0 gegeben. Die Verwendung von großen Mengen Wasser ist nachteilig. Wenn aber bei dem bekannten Verfahren kleinere Mengen Wasser verwendet werden, so erhält man wie in dem nachfolgenden Vergleichsversuch 8 erläutert wird, mit den aus dieser Patentschrift bekannten Katalysatoren schlechtere Ergebnisse.From French patent specification 1,269,382 a process for the ammonoxidation of olefins is disclosed 7) known using a catalyst containing a large amount of phosphoric acid and a small amount Contains amount of an activator. According to Examples 7, 8 and 9 of this patent specification does this in the process converted isobutylene 56%, 54% and 53%, the yield of methacrylonitrile (based on converted Isobutylene) 67%, 67% and 73% and the conversion of isobutylene used into methacrylonitrile 38%, 36% and 39% off. In this known method, large amounts of water are used. So are given in Examples 7.8 and 9 molar ratios of water to isobutylene of 7.0. The usage from large amounts of water is disadvantageous. But if with the known method smaller amounts If water are used, it is obtained as explained in Comparative Experiment 8 below the catalysts known from this patent have poorer results.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Methacrylnitril durch Umsetzung eines Gemisches aus Isobutylen, molekularem Sauerstoff oder Luft und Ammoniak in der Gasphase bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Wasserdampf und einem kieselsäurehaltigen, Phosphor und Molybdän enthaltenden Fest- oder Fließbettkatalysator zur Verfügung zu stellen, mit dem gleichzeitig eine hohe Umwandlung in und hohe Ausbeuten an Methacrylnitril ohne Verwendung größerer Mengen Wasser und in einer Stufe erzielt werden. The invention is based on the object of a process for the production of methacrylonitrile by Implementation of a mixture of isobutylene, molecular oxygen or air and ammonia in the Gas phase at elevated temperature in the presence of water vapor and a silica containing, To provide fixed or fluidized bed catalyst containing phosphorus and molybdenum, with at the same time a high conversion and high yields of methacrylonitrile without the use of larger ones Amounts of water and can be achieved in one step.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man die Umsetzung bei 400 bis 5000C vornimmt, .im Ausgangsgemisch die Molverhältnisse Sauerstoff zu Isobutylen mindestens 1,6:1, Ammo-This object is achieved according to the invention in that the reaction is carried at 400 to 500 0 C, .in the starting mixture, the molar ratios of oxygen to isobutylene at least 1.6: 1, ammonium

ίο niak zu Isobutylen 0,8:1 bis 1,5:1 und Wasser zu Isobutylen 0,5 :1 bis 3 :1 betragen und ein Katalysator verwendet wird, der neben Kieselsäure aus Oxiden der Elemente Phosphor, Antimon, Molybdän und Wismut besteht, wobei die Zusammensetzung hinsichtlich der Elemente Phosphor, Antimon, Molybdän und Wismut der Formel PnSb0Mo6Bi1. entspricht, in der η = 0,5 bis 2, a = 0,5 bis 20, b = 1 bis 18, c = 0,5 bis 11, a + b + c = 22 und c ^ 4,4 + b ist.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß Methacrylnitril aus Isobutylen mit einer verbesserten Umsetzung sowie in Ausbeuten von über 40% erhalten wird, ohne daß die Notwendigkeit besteht, große Mengen Wasser zu verwenden.
ίο niac to isobutylene 0.8: 1 to 1.5: 1 and water to isobutylene 0.5: 1 to 3: 1 and a catalyst is used which, in addition to silica, consists of oxides of the elements phosphorus, antimony, molybdenum and bismuth , the composition with regard to the elements phosphorus, antimony, molybdenum and bismuth of the formula P n Sb 0 Mo 6 Bi 1 . where η = 0.5 to 2, a = 0.5 to 20, b = 1 to 18, c = 0.5 to 11, a + b + c = 22 and c ^ 4.4 + b .
The invention achieves that methacrylonitrile is obtained from isobutylene with an improved conversion and in yields of over 40%, without the need to use large amounts of water.

Mit dem Verfahren der Erfindung kann eine Um-Wandlung von Isobutylen in Methacrylnitril bis zu 65% und sogar darüber erzielt werden. Nach dem Stand der Technik war es nicht möglich, bei Anwendung eines Molverhältnisses von Wasser zu Isobutylen von nur 0,5 :1 bis 3 :1 Methacrylnitril aus Isobutylen mit einer derart hohen Umwandlung in Ausbeuten über 40% zu erhalten.The process of the invention can convert isobutylene to methacrylonitrile up to 65% and even more can be achieved. According to the prior art, it was not possible when using a molar ratio of water to isobutylene of only 0.5: 1 to 3: 1 methacrylonitrile from isobutylene with such a high conversion in yields in excess of 40%.

Wie oben angegeben, kann ein Katalysator aus Oxiden des ternären Systems P-Mo-Bi bei der Herstellung von Acrylnitril aus Propylen zu zufriedenstellenden Ergebnissen führen, während er bei der Herstellung von Methacrylnitril aus Isobutylen.nur sehr schlechte Ausbeuten ergibt. Ein Katalysator aus Oxiden des ternären Systems P-Mo-Sb hat gegenüber einem Katalysator aus Oxiden des P-Mo-Bi-Systems sowohl bei der Herstellung von Acrylnitril als auch bei der Herstellung von Methacrylnitril eine geringere katalytische Aktivität. Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen ist es überraschend, daß ein Katalysator aus Oxiden des Systems P-Sb-Mo-Bi mit speziellem Atomverhältnis eine besonders ausgezeichnete: katalytische Aktivität bei der Umwandlung von Isobutylen in Methacrylnitril zeigt. Dieser Effekt ist jedoch nur gegeben, wenn der Katalysator das angegebene Atomverhältnis hat. Ein Katalysator aus Oxiden des P-Sb-Mo-Bi-Systems mit ungeeignetem Atomverhältnis kann schlechter als ein Katalysator aus Oxiden des P-Mo-Bi-Systems und selbst schlechter als ein solcher aus Oxiden des P-Mo-Sb-Systems sein. So zeigt z. B. ein Katalysator aus Oxiden des P-Sb-Mo-Bi-Systems mit der empirischen Formel PSb3Mo5Bi14. fast keine katalytische Aktivität bei der Umwandlung von Isobutylen in Methacrylnitril.As indicated above, a catalyst composed of oxides of the ternary system P-Mo-Bi can give satisfactory results in the production of acrylonitrile from propylene, while it gives only very poor yields in the production of methacrylonitrile from isobutylene. A catalyst composed of oxides of the ternary system P-Mo-Sb has a lower catalytic activity than a catalyst composed of oxides of the P-Mo-Bi system both in the production of acrylonitrile and in the production of methacrylonitrile. Taking these facts into account, it is surprising that a catalyst composed of oxides of the P-Sb-Mo-Bi system with a special atomic ratio shows a particularly excellent: catalytic activity in the conversion of isobutylene into methacrylonitrile. However, this effect is only given if the catalyst has the specified atomic ratio. A catalyst made of oxides of the P-Sb-Mo-Bi system having an unsuitable atomic ratio may be inferior to a catalyst made of oxides of the P-Mo-Bi system and even inferior to that made of oxides of the P-Mo-Sb system. So shows z. B. a catalyst made of oxides of the P-Sb-Mo-Bi system with the empirical formula PSb 3 Mo 5 Bi 14 . almost no catalytic activity in the conversion of isobutylene to methacrylonitrile.

Selbstverständlich soll die obige FormelOf course, the above formula should

^ P„SbaMobBic ^ P "Sb a Mo b Bi c

nur das Atomverhältnis von vier Komponenten, nämlich P, Sb, Mo und Bi, bestimmen; sie bezieht sich auf keine Verbindung, die dieser Formel entspricht. 1
6S Den F i g. 1 und 2 liegt das Dreieckskoordinatensystem eines ternären Systems Sb-Mo-Bi zugrunde in dem die Summe a + b + c = 22 ist. F i g. 1 zeigt die Versuche, die mit P = 1 durchgeführt wurden,
determine only the atomic ratio of four components, namely P, Sb, Mo and Bi; it does not refer to any compound that conforms to this formula. 1
6 S The F i g. 1 and 2 are based on the triangular coordinate system of a ternary system Sb-Mo-Bi in which the sum a + b + c = 22. F i g. 1 shows the experiments that were carried out with P = 1,

wobei das beireffende Beispiel der Erfindung (O) und der Vergleichsversuch (Δ) auf das Dreieckskoordinatensystem aufgetragen wurden, entsprechend der Elementarzusammensetzung der in jedem dieser Versuche benutzten Katalysatorkomponenten. F i g 2 gibt die Umwandlung in Methacrylnitril an, wie sie in diesen Versuchen erhalten wurde, und läßt gleichzeitig (in der durch die Linie H-I-J-K definierten inneren Zone) den optimalen Bereich erkennen.the accompanying example of the invention (O) and the comparative experiment (Δ) being plotted on the triangular coordinate system, corresponding to the elemental composition of the catalyst components used in each of these experiments. FIG. 2 shows the conversion into methacrylonitrile as it was obtained in these experiments and at the same time reveals the optimum range (in the inner zone defined by the line HIJK).

F i g. 1 betrifft den Fall, in dem (a + b + c) = 22 ist.F i g. 1 concerns the case where (a + b + c) = 22.

AG steht für α ^_20, CD für a = 0,5, BC für b = 18. GF für b = 1, AB für c = 0,5 und DE für c = 11. EF steht für c — 4,4 + b. Die Elementarzusammensetzung von PnSbnMo6BIc bedeckt demzufolge die gesamte Zone innerhalb des Siebenecks ABCDEFG. In diesem Fall ist diese Zone unabhängig von dem Wert für P; aber die Zahlen bzw. Zeichen in den F i g. 1 und 2 beziehen sich auf jene Versuche, die mit P = 1 ausgeführt wurden. AG stands for α ^ _20, CD for a = 0.5, BC for b = 18. GF for b = 1, AB for c = 0.5 and DE for c = 11. EF stands for c - 4.4 + b. The elemental composition of P n Sb n Mo 6 BIc consequently covers the entire zone within the heptagon ABCDEFG. In this case this zone is independent of the value for P; but the numbers or characters in FIGS. 1 and 2 relate to those experiments that were carried out with P = 1.

Ein geeigneter Katalysator kann nach jedem bekannten Verfahren hergestellt werden. Besonders vorteilhaft stellt man den Katalysator her, indem man Phosphorsäure (P), Antimontrioxid (Sb), Molybdänoxid oder Ammoniummolybdat (Mo) und Wismutnitrat (Bi) mit einem Träger und Wasser mischt und das erhaltene Gemisch dann bei 400 bis 5500C trocknet und calciniert. Ein geeigneter Träger ist ein kieselsäurehaltiges Material, wie Diatomeenerde, Kieselsäure usw. Da einige der obengenannten Katalysatorkomponenten sich mit einem Kieselsäureträger chemisch zu kombinieren vermögen, kann genau gesagt solche Kieselsäure nicht eigentlich als Träger bezeichnet werden. Da aber diese Tatsache für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich ist, soll hier doch Kieselsäure als Träger bezeichnet werden.A suitable catalyst can be prepared by any known method. The catalyst is particularly advantageously produced by mixing phosphoric acid (P), antimony trioxide (Sb), molybdenum oxide or ammonium molybdate (Mo) and bismuth nitrate (Bi) with a carrier and water and then drying the mixture obtained at 400 to 550 ° C. calcined. A suitable support is a siliceous material such as diatomaceous earth, silica, etc. Since some of the above catalyst components are capable of chemically combining with a silica support, precisely such silica cannot actually be referred to as a support. However, since this fact is not essential for the present invention, silica is to be referred to here as the carrier.

Zur Ammonoxydation kann jede geeignete Sauerstoffquelle benutzt werden. Vom wirtschaftlichen Standpunkt her ist Luft besonders geeignet. Isobutylen als Ausgangsmaterial braucht nicht unbedingt hochrein zu sein; es kann gesättigte Kohlenwasserstoffe, z. B. Propan, Butan u. dgl., enthalten, die in der Umsetzungszone praktisch inaktiv sind. Ammoniak kann in der Reinheit angewandt werden, in der es zur Herstellung von Düngemitteln geeignet ist.Any suitable source of oxygen can be used for ammonia oxidation. From the economic From this point of view, air is particularly suitable. Isobutylene as a starting material does not necessarily need high purity to be; it can be saturated hydrocarbons, e.g. B. propane, butane and the like., Contain in the reaction zone are practically inactive. Ammonia can be used in the purity in which it is used for production of fertilizers.

Eine besonders geeignete Umsetzungstemperatur liegt in dem Bereich von 430 bis 4700C. Die bevorzugte Kontaktzeit beträgt 2 bis 12, insbesondere 4 bis 10 Sekunden. Diese Kontaktzeit bezieht sich auf die oben angegebene Reaktionstemperatur. So entspricht z. B. eine Kontaktzeit von 7 Sekunden bei einer Reaktionstemperatur von 4500C einer Durchsatzgeschwindigkeit von etwa 190 h"1.A particularly suitable reaction temperature is in the range from 430 to 470 ° C. The preferred contact time is 2 to 12, in particular 4 to 10 seconds. This contact time relates to the reaction temperature given above. So z. B. a contact time of 7 seconds at a reaction temperature of 450 0 C a throughput rate of about 190 h " 1 .

Um einen möglichst großen Umwandlungsgrad bei einem einzigen Durchgang zu haben, wird bevorzugt eine Kontaktzeit von mehr als 4 Sekunden benutzt.To have the greatest possible degree of conversion in a single pass is preferred used a contact time of more than 4 seconds.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, beim Arbeiten mit einem fest angeordneten Katalysator etwa in der Mitte der Umsetzungszone Sekundärluft zuzuführen.According to one embodiment of the invention, it has proven to be advantageous when working with a fixed arranged catalyst to supply secondary air approximately in the middle of the conversion zone.

Das bevorzugte Molverhältnis Sauerstoff zu Isobutylen im Ausgangsgasgemisch liegt zwischen 1,6 und 2,1. Wenn die Umsetzung mit einem Fließbett durchgeführt wird, kann an Stelle von Sekundärluft ein erhöhtes Molverhältnis zwischen Sauerstoff zu Isobutylen im Ausgangsgasgemisch angewandt werden. Um eine Kohlenstoffabscheidung und die Zersetzung bzw. Verbrennung von Ammoniak zu vermeiden, wird dafür gesorgt, daß in dem Ausgangsgas eine kleine Menge Wasser vorhanden ist. Das Molverhältnis von Wasser zu Isobutylen beträgt wie angegeben 0,5 : 1 bis 3,0 :1, kann jedoch bei einem Katalysator mit einer besonders vorteilhaften Zusammensetzung zwischen 0,5 :1 bis 1 : 1 liegen.The preferred molar ratio of oxygen to isobutylene in the starting gas mixture is between 1.6 and 2.1. If the reaction is carried out with a fluidized bed, secondary air can be used instead an increased molar ratio between oxygen and isobutylene can be used in the starting gas mixture. To avoid carbon deposition and the decomposition or combustion of ammonia, it is ensured that a small amount of water is present in the source gas. The molar ratio from water to isobutylene is as indicated 0.5: 1 to 3.0: 1, but can be in the case of a catalyst with a particularly advantageous composition between 0.5: 1 to 1: 1.

Das Verfahren der Erfindung kann in jeder beliebigen Weise in Fix- oder Fließbetten durchgeführt werden. Da die Umsetzung in erheblichem Maße exotherm ist, muß dafür gesorgt werden, daß die Reaktionswärme abgeleitet wird, wenn die Umsetzung in einem Fixbett durchgeführt werden soll. Zu diesem Zweck ist es sehr vorteilhaft, Rohre mit möglichst kleinem Durchmesser zu benutzen oder zu dem Katalysator ein geeignetes Verdünnungsmittel (z. B. Porzellan- oder Raschigringe) zu geben.The process of the invention can be carried out in any suitable manner in fixed or fluidized beds will. Since the reaction is exothermic to a considerable extent, it must be ensured that the Heat of reaction is derived if the reaction is to be carried out in a fixed bed. To this Purpose it is very advantageous to use pipes with the smallest possible diameter or to the catalyst to give a suitable diluent (e.g. porcelain or Raschig rings).

Zum besseren Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Beispiele und die Vergleichsversuche hingewiesen. Auch die F i g. 1 und 2 sind dazu notwendig. In der F i g. 1 ist die Zahl der betreffenden Versuche auf einem trigonalen Koordinatensystem des ternären Systems Sb-Mo-Bi in Abhängigkeit von der Elementarzusammensetzung der in den Versuchen benutzten Katalysatoren eingetragen. So bezeichnet z. B. © die Elementarzusammensetzung des in Bei-For a better understanding of the method according to the invention, reference is made to the examples and the comparative experiments. The F i g. 1 and 2 are in addition necessary. In FIG. 1 is the number of attempts in question on a trigonal coordinate system of the ternary system Sb-Mo-Bi depending on the elemental composition of the tests used catalysts entered. So called z. B. © is the elementary composition of the

spiel 2 benutzten Katalysators und Δ\ die eines in dem Vergleichsversuch Nr. 1 benutzten Katalysators. Die F i g. 2 dient dem besseren Verständnis der Beziehung zwischen der Umwandlung in Methacrylnitril und dem Atomverhältnis von Sb-Mo-Bi. In F i g. 2 ist die Umwandlung in Methacrylnitril durch bestimmte Zeichen an der Stelle ausgedrückt, die der Elementarzusammensetzung des jeweils benutzten Katalysators entspricht; demzufolge gibt die F i g. 2 den optimalen Bereich der Elementarzusammensetzung eines brauchbaren Katalysators an, wobei dieser Bereich durch die innere Zone HIJK gekennzeichnet ist. Die hier benutzten Zeichen bedeuten dabei folgendes: die Umwandlung in Methacrylnitril beträgt bei © 70 bis 65%, bei Δ 65 bis 60%, bei Θ 60 bis 55%, bei O 55 bis 50%, bei Δ 50 bis 45%, bei χ 45 bis 40%, bei χ χ 40 bis 30%, bei χ χ χ 30 bis 20%, bei χ χ χ χ 20 bis 10% und bei χ χ χ χ χ unter 10%.Game 2 used catalyst and Δ \ that of a catalyst used in Comparative Experiment No. 1. The F i g. 2 is used to better understand the relationship between the conversion to methacrylonitrile and the atomic ratio of Sb-Mo-Bi. In Fig. 2 the conversion into methacrylonitrile is expressed by certain symbols at the point corresponding to the elemental composition of the particular catalyst used; consequently, FIG. 2 indicates the optimum range of the elemental composition of a usable catalyst, this range being characterized by the inner zone HIJK. The symbols used here mean the following: the conversion to methacrylonitrile is 70 to 65% for, 65 to 60% for, 60 to 55% for, 55 to 50% for, 50 to 45% for, χ 45 to 40%, for χ χ 40 to 30%, for χ χ χ 30 to 20%, for χ χ χ χ 20 to 10% and for χ χ χ χ χ below 10%.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, beträgt die Umwandlung in Methacrylnitril 65% oder mehr, wenn ein Katalysator mit der durch HIJK definierten besonders geeigneten Zusammensetzung hinsichtlich des Atomverhältnisses benutzt wird. Dieser entscheidende Bereich kann ausgedrückt werden durch α = 2,3 bis 8,9, b = 6,2 bis 12,7 und c = 6,9 bis 7,9 (Summe = 22).As shown in FIG. 2, the conversion to methacrylonitrile is 65% or more when a catalyst having the particularly suitable composition in terms of atomic ratio as defined by HIJK is used. This crucial range can be expressed by α = 2.3 to 8.9, b = 6.2 to 12.7 and c = 6.9 to 7.9 (sum = 22).

Je nach der Abweichung von α, b und c von diesem Bereich fällt die Umwandlung in Methacrylnitril ab. Dabei wird besonders auf das Gefälle von JK zu DE hingewiesen. Wie durch DE gezeigt wird, darf die Anzahl der Bi-Atome nicht mehr als die Gesamtzahl der Mo- und Sb-Atome betragen, und wie durch EF erkenntlich, darf die Anzahl der Bi-Atome auch nicht mehr als die Summe der Anzahl an Mo-Atomen plus 1I5 der Gesamtzahl der Sb-, Mo- und Bi-Atome betragen.Depending on the deviation of α, b and c from this range, the conversion to methacrylic tril decreases. Particular attention is drawn to the gradient from JK to DE . As shown by DE , the number of Bi atoms must not be more than the total number of Mo and Sb atoms, and as can be seen from EF , the number of Bi atoms must not be more than the sum of the number of Mo Atoms plus 1 I 5 of the total number of Sb, Mo and Bi atoms.

6p Der auf die Grundlinie Mo-Bi des Dreieckskoordinatensystems aufgetragene Punkt entspricht einem Katalysator, der zur Synthese von Acrylnitril aus Propylen höchst geeignet erscheint, nämlich einem Wismutphosphormolybdat (Oxide von PMo12Bi9). Wenn jedoch dieser Katalysator zur Synthese von Methacrylnitril aus Isobutylen benutzt _wird, entspricht er nach den vorliegenden Versuchen dem Punkt χ χ χ ; in diesem Fall beträgt aber die Umwandlung in6p The point plotted on the base line Mo-Bi of the triangular coordinate system corresponds to a catalyst that appears to be most suitable for the synthesis of acrylonitrile from propylene, namely a bismuth phosphorus molybdate (oxides of PMo 12 Bi 9 ). If, however, this catalyst is used for the synthesis of methacrylonitrile from isobutylene, it corresponds to the point χ χ χ according to the tests available; in this case, however, the conversion to

I 4öb3böI 4öb3bö

Methacrylnitril nur 22% (Ausbeute 29%) (s. Vergleichsversuch Nr. 6). Das auf die Linie Sb-Mo aufgetragene Zeichen χ χ χ χ entspricht der Umwandlung in Methacrylnitril, wenn einer der Antimonphosphormolybdatkatalysatoren(Oxide von PSb13i5Mo85) benutzt wird; ihr Wert beträgt nur 16% (Ausbeute22%) (s. Vergleichsversuch Nr. 5). Das Zeichen χ χ χ χ χ auf der Linie Bi-Sb entspricht der Umwandlung in Methacrylnitril, wenn Oxide von PSb16Bi6 benutzt werden; ihr Wert ist gleich Null (s. Vergleichsversuch Nr. 4). In dem besonderen Bereich innerhalb der Dreieckskoordinaten liegen Katalysatoren mit ausgezeichneter Aktivität zur Ammonoxydation von Isobutylen.Methacrylonitrile only 22% (yield 29%) (see comparative experiment no. 6). The symbol χ χ χ χ applied to the line Sb-Mo corresponds to the conversion to methacrylonitrile when one of the antimony-phosphomolybdate catalysts (oxides of PSb 13i5 Mo 85 ) is used; its value is only 16% (yield 22%) (see comparative experiment no. 5). The symbol χ χ χ χ χ on the line Bi-Sb corresponds to the conversion to methacrylonitrile when oxides of PSb 16 Bi 6 are used; their value is equal to zero (see comparative experiment no. 4). In the particular area within the triangular coordinates, there are catalysts with excellent activity for the ammonoxidation of isobutylene.

Die obigen Erklärungen wurden mit Bezug auf die Veränderung in einem temären System Sb-Mo-Bi gegeben, wenn für P der Wert 1 angenommen wurde. Wenn η außerhalb des Bereichs von 0,5 bis 2 liegt, sinken Umwandlung in und Ausbeute an Methacrylnitril bis zu einem gewissen Grade in Abhängigkeit von dem Atomverhältnis Sb-Mo-Bi ab.The above explanations have been given with respect to the change in a ternary system Sb-Mo-Bi when P is taken to be 1. When η is out of the range of 0.5 to 2, the conversion into and yield of methacrylonitrile decrease to some extent depending on the Sb-Mo-Bi atomic ratio.

Die folgenden Beispiele und Vergleichsversuche sollen die Erfindung erläutern. Einige Versuche, in denen η einen anderen Wert als 1 hat, werden in den Beispielen 28 bis 39 gebracht. Die Umwandlung in Methacrylnitril aus Isobutylen und die auf Isobutylen bezogene Ausbeute sind wie folgt definiert:The following examples and comparative experiments are intended to illustrate the invention. Some experiments in which η has a value other than 1 are given in Examples 28 to 39. The conversion to methacrylonitrile from isobutylene and the yield based on isobutylene are defined as follows:

Umwandlung in Methacrylnitril (%)Conversion to methacrylonitrile (%)

Mol erhaltenes MethacrylnitrilMoles of methacrylonitrile obtained

= · IUU,= · IUU,

Mol eingesetztes IsobutylenMoles of isobutylene used

Ausbeute (%) =Yield (%) =

Mol erhaltenes Methacrylnitril
Mol umgewandeltes Isobutylen
Moles of methacrylonitrile obtained
Moles of isobutylene converted

Isobutylen
Ammoniak
Luft
Wasserdampf
Isobutylene
ammonia
air
Steam

MolprozentMole percent

7
9
7th
9

70
14
70
14th

Dieses Gasgemisch wird durch das Reaktionsgefäß mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 301/Std. geleitet. Wenn dieses Gas durch 2J1 der Katalysatorschicht hindurchgegangen ist, wird weitere Sekundärluft in einer Menge von 7 1/Std. zugeführt.This gas mixture is through the reaction vessel at a flow rate of 301 / hour. directed. When this gas has passed through 2 J 1 of the catalyst layer, additional secondary air in an amount of 7 1 / h. fed.

Katalysatorcatalyst

564 Teile 10%igen Kieselsäuresole, 2,2 Teile 85%iger Phosphorsäure, 4,2 Teile Antimontrioxid, 46,5 Teile Ammoniummolybdat und 59,6 Teile Wismutnitrat werden gründlich miteinander vermischt. Das erhaltene Gemisch wird durch Erhitzen getrocknet, calciniert und dann zu Plätzchen von 4x4 mm verformt. Dieser Katalysator enthält die Oxide von fünf Bestandteilen, nämlich P, Sb, Mo, Bi, Si, und hat die ungefähre Elementarzusammensetzung564 parts of 10% silica sols, 2.2 parts of 85% phosphoric acid, 4.2 parts of antimony trioxide, 46.5 parts Ammonium molybdate and 59.6 parts of bismuth nitrate are mixed together thoroughly. The received The mixture is dried by heating, calcined and then shaped into 4 × 4 mm cookies. This catalyst contains the oxides of five components namely P, Sb, Mo, Bi, Si, and has the approximate elemental composition

PSb115Mo14Bi615Si50.PSb 115 Mo 14 Bi 615 Si 50 .

Dieser Katalysator wird in dem Beispiel 1 benutzt.This catalyst is used in Example 1.

Andere Katalysatoren, bei denen das Atomverhältnis von Sb-Mo-Bi verändert wird, werden in ähnlicher Weise in den Beispielen 2 bis 21 benutzt.Other catalysts in which the atomic ratio of Sb-Mo-Bi is changed are used in similarly used in Examples 2-21.

Ergebnisseresults

Die Ergebnisse der Beispiele 1 bis 21 sind in der Tabelle 1 zusammengestellt; schematisch sind sie in den F i g. 1 und 2 eingezeichnet.The results of Examples 1 to 21 are shown in Table 1; schematically they are in the F i g. 1 and 2 are shown.

100.100.

Beispiele 22 bis 27Examples 22-27

B e i s ρ i e 1 e 1 bis 21B e i s ρ i e 1 e 1 to 21

In diesen Beispielen ist Pn festgesetzt als P1, wobei die Anzahl der Atome der drei Komponenten Sb, Mo und Bi verändert wird, um auf diese Weise die Beziehung zwischen den verschiedenen Katalysatoren und deren katalytischer Aktivität zu prüfen. Die Versuchsbedingungen sind in allen diesen Beispielen die gleichen.In these examples, P n is set as P 1 , and the number of atoms of the three components Sb, Mo and Bi is changed so as to examine the relationship between the various catalysts and their catalytic activity. The experimental conditions are the same in all of these examples.

VersuchsbedingungenTest conditions

130 cm3 eines wie unten beschriebenen Katalysators und 70 cm3 eines Verdünnungsmittels (Eisenringe) werden in ein Reaktionsgefäß gefüllt, dessen Erhitzungsteil etwa 500 mm lang ist und aus einem gezogenen Stahlrohr mit einem ungefähren Innendurchmesser von 27,6 mm und einem ungefähren Außendurchmesser von 34,0 mm besteht. Dieses Reaktionsgefäß wird auf die gewünschte Temperatur (etwa 45O0C) erhitzt, und zwar mit Hilfe eines Bades aus einem zu gleichen Teilen bestehenden Gemisch von Kaliumnitrat und Natriumnitrit. Das als Ausgangsgemisch für die Umsetzung benutzte Gas hat die folgende Zusammensetzung:130 cm 3 of a catalyst as described below and 70 cm 3 of a diluent (iron rings) are placed in a reaction vessel, the heating part of which is about 500 mm long and made of a drawn steel tube with an approximate inner diameter of 27.6 mm and an approximate outer diameter of 34 , 0 mm. This reaction vessel is heated to the desired temperature (about 45O 0 C), with the aid of a bath of an existing mixture of equal parts of potassium nitrate and sodium nitrite. The gas used as the starting mixture for the reaction has the following composition:

In diesen Beispielen werden die gleichen Versuchsbedingungen und die gleichen Verfahren zur Herstellung der Katalysatoren wie in den Beispielen 1 bis 21 angewandt, auch wird das Atomverhältnis von Sb-Mo-Bi verändert. Die Werte für Si und P sind die gleichen wie in den Beispielen 1 bis 21.In these examples the same experimental conditions and the same procedures are used Preparation of the catalysts as used in Examples 1 to 21, also the atomic ratio of Sb-Mo-Bi changed. The values for Si and P are the same as in Examples 1 to 21.

Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengestellt und schematisch in die Fig. 1 und 2 eingetragen. The results are compiled in Table 2 and entered schematically in FIGS. 1 and 2.

Vergleichsversuche Nr. 1 bis 7Comparative experiments No. 1 to 7

Diese Vergleichsversuche liegen außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. Die Versuchsbedingungen und die Verfahren zur Herstellung der benutzten Katalysatoren sind die gleichen wie in den vorhergehenden Beispielen, nur das Atomverhältnis von Sb — Mo — Bi wird verändert. Die Werte für Si und P sind die gleichen wie in den vorhergehenden Beispielen.These comparative tests are outside the scope of the present invention. The experimental conditions and the processes for preparing the catalysts used are the same as in FIG previous examples, only the atomic ratio of Sb - Mo - Bi is changed. The values for Si and P are the same as in the previous examples.

Die in diesen Vergleichsversuchen erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengestellt und ebenfalls schemachtisch in die F i g. 1 und 2 eingetragen. In allen diesen Vergleichsversuchen übersteigt die Umwandlung in Methacrylnitril nicht 35% und die Ausbeute an Methacrylnitril nicht 40%. Wie ersichtlich, ist die erwünschte katalytische Aktivität erheblich geringer, wenn eine Komponente von denThe results obtained in these comparative experiments are summarized in Table 3 and also schematically in FIG. 1 and 2 entered. Exceeds in all of these comparative tests the conversion to methacrylonitrile is not 35% and the yield of methacrylonitrile is not 40%. As can be seen the desired catalytic activity is considerably lower if one component of the

drei Komponenten, nämlich Sb, Mo, Bi, ausfallt; ein Katalysator des Sb-Mo-Bi-Systems, der den Forderungen der vorliegenden Erfindung nicht entspricht, zeigt nur eine sehr geringe katalytische Aktivität.three components, namely Sb, Mo, Bi, precipitate; a catalyst of the Sb-Mo-Bi system that meets the requirements does not correspond to the present invention, shows only a very low catalytic activity.

309 531/501309 531/501

Tabelle 1Table 1

1010

Beispielexample SbSb AtomverhältnisAtomic ratio BiBi MethacrylnitrilMethacrylonitrile Umwandlung inConversion to BlausäureHydrocyanic acid 11 11 Ausbeute anYield to ' Nr. ' No. 1,51.5 MoMon 6,56.5 53 .53. MethacroleinMethacrolein 22 22 MethacrylnitrilMethacrylonitrile 11 3,03.0 14,014.0 5,05.0 5353 44th 11 0,40.4 6363 22 4,04.0 14,014.0 6,56.5 5858 44th 11 0,50.5 5555 33 5,05.0 11,511.5 6,56.5 6363 66th 11 11 6464 44th 4,04.0 10,510.5 7,57.5 6666 66th 22 55 6565 55 5,55.5 10,510.5 5,05.0 5656 44th 11 22 6868 66th 3,53.5 11,511.5 10,010.0 5252 1010 33 33 5858 77th 0,50.5 8,58.5 11,011.0 4040 33 11 22 5656 88th 8,08.0 10,510.5 7,07.0 6565 22 33 5050 99 15,015.0 7,07.0 3,53.5 5555 55 22 7070 1010 5,05.0 3,53.5 8,58.5 6464 1111th 44th 6060 1111th 10,010.0 8,58.5 3,53.5 4949 22 6767 1212th 11,011.0 8,58.5 6,06.0 5454 1818th 5656 1313th 6,06.0 5,05.0 7,57.5 6565 1212th 6464 1414th 2,52.5 8,58.5 2,52.5 4242 66th 6868 1515th 19,019.0 17,017.0 1,51.5 4545 66th 4949 1616 15,015.0 1,51.5 5,05.0 4444 88th 5959 1717th 10,010.0 2,02.0 8,08.0 4141 44th 5858 1818th 9,09.0 4,04.0 1,01.0 4242 33 5252 1919th 6,06.0 12,012.0 1,01.0 4141 88th 5555 2020th 4,04.0 15,015.0 1,01.0 4343 66th 5454 2121 17,017.0 77th 5757

SbSb AtomverhältnisAtomic ratio Tabelle 2Table 2 BiBi MethacrylnitrilMethacrylonitrile Umwandlung inConversion to BlausäureHydrocyanic acid Ausbeute anYield to BeisDielBeisDiel 1,01.0 MoMon 9,09.0 4141 MethacroleinMethacrolein 11 MethacrylnitrilMethacrylonitrile WA hj ^S IV 4
Nr.
^ ß WA hj ^ S IV 4
No.
2,02.0 12,012.0 8,58.5 5959 55 . 3. 3 5757
2222nd 1,01.0 11,511.5 8,08.0 4242 33 11 6565 2323 2,0 ·2.0 · 13,013.0 9,59.5 5757 66th 33 5454 2424 2,02.0 10,510.5 7,07.0 5959 44th 22 6565 2525th 3,03.0 13,013.0 7,57.5 6767 33 22 .63.63 2626th 11,511.5 44th 6868 2727

SbSb AtomverhältnisAtomic ratio
MoMon
Tabelle 3Table 3 BiBi Methacrylnitril
(%) '
Methacrylonitrile
(%) '
Umwandlung in
Methacrolein
(%)
Conversion to
Methacrolein
(%)
Blausäure
(%)
Hydrocyanic acid
(%)
Ausbeute an
Methacrylnitril
(%)
Yield to
Methacrylonitrile
(%)
VergleichsversuchComparative experiment
Nr.No.
3,03.0 5,05.0 14,014.0 00 11 11 00
11 8,08.0 4,54.5 9,59.5 2121 44th 22 2828 .2.2 2,02.0 8,08.0 12,012.0 3232 44th 22 3737 33 16,016.0 - 6,06.0 00 0,20.2 2.2. 00 44th 13,513.5 8,58.5 —---- 1616 2525th 22 2222nd 55 - 12,512.5 9,59.5 2222nd 22 22 29 .29 66th s i,os i, o 18,518.5 2,52.5 3131 1515th 22 3737 77th

B e i s ρ i e 1 e 28 bis 32B e i s ρ i e 1 e 28 to 32

Die hier benutzten Katalysatoren werden in der 65 gleichen Weise hergestellt wie in dem Beispiel 1, nur wird die Phosphorsäuremenge verändert. Es werden die gleichen Versuchsbedingungen bei der UmsetzungThe catalysts used here are prepared in the same manner as in Example 1, only the amount of phosphoric acid is changed. The same test conditions are used for the implementation

wie in dem Beispiel 1 benutzt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 zusammengestellt.as used in example 1. The results are shown in Table 4.

Beispiele '33 bis 36Examples '33 to 36

Die benutzten Katalysatoren werden in der gleichen Weise wie im Beispiel 9 hergestellt, nur wird die Phos-The catalysts used are prepared in the same way as in Example 9, only the Phos-

phorsäuremenge verändert. Zur Umsetzung werden die gleichen Versuchsbedingungen wie im Beispiel 9 angewandt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4. zusammengestellt. Amount of phosphoric acid changed. The same test conditions as in Example 9 are used for implementation applied. The results are shown in Table 4.

Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, werden optimale Ergebnisse erhalten, wenn Pn den Wert P1 hat. Wenn man von diesem Wert abweicht, erhöht sich die Neben-As can be seen from Table 4, optimal results are obtained when P n has the value P 1 . If you deviate from this value, the secondary

produktion von Methacrolein erheblich. Diese Neigung geht besonders aus den Beispielen 33 bis 36 hervor, in denen Katalysatoren mit hohem Sb-Gehalt benutzt werden. Wo P = Null oder P = 4 bis 7 ist, kann noch eine über 40% liegende Ausbeute an Methacrylnitril erhalten werden, jedoch sinkt die Umwandlung in Methacrylnitril ab.production of methacrolein significantly. This tendency is particularly evident from Examples 33 to 36, in which catalysts with a high Sb content are used. Where P = zero or P = 4 to 7, a yield of methacrylonitrile in excess of 40% can still be obtained, but the conversion to methacrylonitrile drops.

PP. AtomverhältnisAtomic ratio MoMon Tabelletable 44th Umwandlung inConversion to Blausäure
(%)
Hydrocyanic acid
(%)
Ausbeute anYield to
00 SbSb 14,014.0 Methacrolein
(%)
Methacrolein
(%)
2.2. Methacrylnitril
(%)
Methacrylonitrile
(%)
Beispiel
Nr.
example
No.
0,50.5 1,51.5 14,014.0 BiBi Methacrylnitril
(%)
Methacrylonitrile
(%)
88th 22 5757
2828 11 1,51.5 14,014.0 6,56.5 4242 55 22 5959 2929 22 1,51.5 14,014.0 6,56.5 4949 44th 11 6363 11 44th 1,51.5 14,014.0 6,56.5 5353 55 22 6565 3030th 77th 1,51.5 14,014.0 6,56.5 5252 55 44th 5858 3131 00 1,51.5 7,07.0 6,56.5 4343 44th 22 5555 3232 0,50.5 8,08.0 7,07.0 6,56.5 4646 88th 11 . 42. 42 3333 11 8,08.0 7,07.0 7,07.0 2525th 66th 11 6363 3434 22 8,08.0 7,07.0 7,07.0 5656 55 11 7070 99 44th 8,08.0 7,07.0 7,07.0 6565 1212th 11 6565 3535 8,08.0 7,07.0 5050 1414th 4747 3636 7,07.0 3838

PP. AtomverhältnisAtomic ratio MoMon Tabelletable 55 Umwandlung inConversion to Blausäure
(%)
Hydrocyanic acid
(%)
Ausbeute anYield to
00 SbSb 11,511.5 Methacrolein
(%)
Methacrolein
(%)
11 Methacrylnitril
(%)
Methacrylonitrile
(%)
Beispiel
Nr.
example
No.
0,50.5 2,02.0 11,511.5 BiBi Methacrylnitril
(%)
Methacrylonitrile
(%)
33 22 4141
37 .37. 11 2,02.0 11,511.5 8,58.5 3434 33 33 5353 3838 22 2,02.0 11,511.5 8,58.5 5050 33 22 6565 2323 2,02.0 8,58.5 5959 22 5858 3939 8,58.5 55 .55.

J J Beispiele 37 bis 39.Examples 37 to 39.

Die hier benutzten Katalysatoren werden in der gleichen Weise hergestellt wie im Beispiel 23, nur daß die Phosphorsäuremenge verändert wird. Zur Umsetzung werden die gleichen Bedingungen wie in dem Beispiel 23 angewandt. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 zusammengestellt.The catalysts used here are in the Prepared in the same manner as in Example 23, except that the amount of phosphoric acid is changed. To implement the same conditions as in that Example 23 applied. The results are shown in Table 5.

Beispiele 40 bis'42Examples 40 to '42

Katalysatoren PSb6Mo8 5Bi7i5 werden in der gleichen Weise wie in dem Beispiel 14 hergestellt, nur wird die Kieselsäurekonzentration des Katalysators verändert. Es werden zur Umsetzung die gleichen Versuchsbedingungen wie im Beispiel 14 benutzt. Die Umwandlung in Methacrylnitril zeigte folgende Werte: Catalysts PSb 6 Mo 8 5 Bi 7i5 are produced in the same way as in Example 14, only the silica concentration of the catalyst is changed. The same test conditions as in Example 14 are used for implementation. The conversion to methacrylonitrile showed the following values :

Beispielexample Atomverhältnis Si/PSi / P atomic ratio Umwandlung
. in Methacrylnitril
conversion
. in methacrylonitrile
4040
1414th
4141
4242
29
50
65
80
29
50
65
80
63%63%
65%65%
62%62%
55%55%

B e i s ρ i e 1 43B e i s ρ i e 1 43

Unter Verwendung des Katalysators des Beispiels 14 wird das Verfahren des Beispiels 14 wiederholt, nur werden die folgenden Umsetzungsbedingungen ange-' wandt:Using the catalyst of Example 14, the procedure of Example 14 is repeated, only the following implementation conditions are applied:

1. Das Ausgangsgasgemisch enthält 6,5% Isobutylen und 9,5% Ammoniak. . ,1. The starting gas mixture contains 6.5% isobutylene and 9.5% ammonia. . ,

2. Zugefügte Sekundärluft: 141/Std.2. Added secondary air: 141 / hour.

3. Zusätzlich zugesetzter Katalysator: 70 ecm.3. Additionally added catalyst: 70 ecm.

Die Umwandlung in Methacrylnitril beträgt 68%, die in Methacrolein 1 bis 2%.The conversion into methacrylonitrile is 68%, that in methacrolein 1 to 2%.

Beispiel 44Example 44

Der Versuch von Beispiel 43 wird wiederholt, nur wird die Umsetzungstemperatur nicht bei 45O0C, sondern bei 4300C gehalten. Für die Umwandlung in Methacrylnitril ergibt sich keine wesentliche Änderung (68 bis 69%).The experiment of Example 43 was repeated, but the reaction temperature is not maintained at 45O 0 C, but at 430 0 C. There is no significant change (68 to 69%) for the conversion to methacrylonitrile.

Beispiele 45und46Examples 45 and 46

Das Molverhältnis von Wasser zu Isobutylen in dem Beispiel 43 ist etwa 2,1. Dieses MolverhältnisThe mole ratio of water to isobutylene in Example 43 is about 2.1. This molar ratio

wird hier geändert, im übrigen aber wie in dem Beispiel 43 verfahren. Die folgenden Ergebnisse werden erhalten:is changed here, but otherwise proceed as in example 43. The following results will be receive:

Beispielexample Molverhältnis
Wasser zu Isobutylen
Molar ratio
Water to isobutylene
Umwandlung
in Methacrylnitril
conversion
in methacrylonitrile
45
46
45
46
1,0
0,5
1.0
0.5
66%
62%
66%
62%

Beispiele 47und48Examples 47 and 48

Die Versuche der Beispiele 45und46 werden wiederholt, nur wird eine Reaktionstemperatur von 4300C an Stelle von 4500C benutzt. Es werden praktisch die gleichen Ergebnisse erhalten.The experiments of Examples 45und46 are repeated, only a reaction temperature of 430 0 C instead of 450 0 C is used. Practically the same results are obtained.

Beispielexample Molverhältnis
Wasser zu Isobutylen
Molar ratio
Water to isobutylene
Umwandlung
in Methacrylnitril
conversion
in methacrylonitrile
47
48
47
48
1,0
0,5
1.0
0.5
65%
61%
65%
61%

Beispiele 49 bis 53Examples 49 to 53

Die in diesen Beispielen beschriebenen Versuche werden in einem Fließbettreaktor durchgeführt.The experiments described in these examples are carried out in a fluidized bed reactor.

Zu Kieselsäuresol mit einem Siliciumdioxidgehalt von 20 Gewichtsprozent wird 85%ige Phosphorsäure, Antimontrichlorid, Ammoniummolybdat, Wismutnitrat und verdünnte Salpetersäure gegeben und das Ganze gut gemischt. Die erhaltene Dispersion wirdTo silica sol with a silicon dioxide content of 20 percent by weight is 85% phosphoric acid, Antimony trichloride, ammonium molybdate, bismuth nitrate and dilute nitric acid and that Well mixed. The dispersion obtained is

in einem Sprühtrockner mit rotierender Zerstäuberscheibe mit Heißluft von 200°C (Austrittstemperatur) getrocknet. Die auf diese Weise erhaltenen kugeligen Partikeln werden in einem elektrischen Ofen 3 Stunden bei 450° C calciniert. Es wird ein für die Verwendung in einem Fließbettreaktor geeigneter Katalysator mit einem Teilchendurchmesser zwischen 30 und 100 μ erhalten.in a spray dryer with rotating atomizer disc with hot air at 200 ° C (outlet temperature) dried. The spherical particles thus obtained are placed in an electric furnace for 3 hours calcined at 450 ° C. It becomes a suitable catalyst for use in a fluidized bed reactor obtained with a particle diameter between 30 and 100 μ.

Die folgenden verschieden zusammengesetzten Katalysatoren werden so hergestellt:The following catalysts with different compositions are produced in this way:

Katalysator A: P Sb3Mo7Bi8O40(SiO2)S0
Katalysator B: P Sb5Mo7Bi6O40(SiO2)S0
Katalysator C: P Sb3 5Mo12Bi7 5O55(SiO2)S0
Katalysator D: P Sb3Mo7Bi8O40(SiO2)S0*)
Catalyst A: P Sb 3 Mo 7 Bi 8 O 40 (SiO 2 ) S 0
Catalyst B: P Sb 5 Mo 7 Bi 6 O 40 (SiO 2 ) S 0
Catalyst C: P Sb 3 5Mo 12 Bi 7 5O 55 (SiO 2 ) S 0
Catalyst D: P Sb 3 Mo 7 Bi 8 O 40 (SiO 2 ) S 0 *)

*) 3 Stunden bei 55O0C kalziniert.* Calcined) for 3 hours at 55O 0 C.

Beispiele 49 bis 52Examples 49 to 52

Es wird ein Reaktor für Fließbettreaktionen mit dem in der Tabelle 6 angegebenen Innendurchmesser benutzt. Die Ausgangsmaterialien, Isobutylen, Ammoniak, Luft und Wasserdampf, werden jeweils unter den in der Tabelle 6 angegebenen Bedingungen umgesetzt. Die Versuchsergebnisse sind in der Tabelle 7 zusammengestellt.A reactor for fluidized bed reactions with the internal diameter given in Table 6 is used. The starting materials, isobutylene, ammonia, air and water vapor, are each below the conditions specified in Table 6 implemented. The test results are in Table 7 compiled.

Beispiel 53Example 53

Der im Beispiel 49 verwendete Reaktor wird mitThe reactor used in Example 49 is with

1,2 kg Katalysator C beschickt. Die Umsetzung wird unter den Bedingungen des Beispiels 50 durchgeführt. Die Umwandlung in Methacrylnitril beträgt 55 bis 57% und die Ausbeute an Methacrylnitril 60 bis 62%.1.2 kg of catalyst C charged. The reaction is carried out under the conditions of Example 50. The conversion to methacrylonitrile is 55 to 57% and the yield of methacrylonitrile is 60 to 62%.

Katalysatorcatalyst Menge
(kg)
crowd
(kg)
Temperatur
ro
temperature
ro
Tabelletable 66th AusgangsmaterialienRaw materials Molverhältnis
O2 zu Isobutylen
Molar ratio
O 2 to isobutylene
Molverhältnis
H2Ozu
Isobutylen
Molar ratio
H 2 O to
Isobutylene
Innendurch
messer des
Inside
knife of the
ArtArt 1,21.2 454454 ReaktionsbedingungenReaction conditions Molverhältnis
NH3ZU
Isobutylen
Molar ratio
NH 3 TO
Isobutylene
2,962.96 2,502.50 Reaktors
(mm)
Reactor
(mm)
ReisnielReisniel AA. 1,21.2 449449 1,451.45 2,852.85 2,912.91 5353 UvJjpivlUvJjpivl BB. 3131 442442 Einsatz
(1/Std.)
mission
(1 H.)
1,411.41 2,742.74 2,452.45 5353
4949 AA. 33 450450 424424 1,291.29 2,602.60 1,131.13 155155 5050 DD. 672672 1,191.19 8181 5151 85108510 5252 14001400

Tabelle?Table?

Umwandlung iiConversion ii Methacryl
nitril
Methacrylic
nitrile
MethacroleinMethacrolein 11 BlausäureHydrocyanic acid Ausbeute an
Methacryl
nitril (%)
Yield to
Methacrylic
nitrile (%)
Beispielexample 58,558.5 4,14.1 5,45.4 69,469.4 4949 61,661.6 4,44.4 1,21.2 64,864.8 5050 58,958.9 4,94.9 2,02.0 69,669.6 5151 67,667.6 2,32.3 4,64.6 70,970.9 5252

und 30 Teile Cu(NO3)2 · 3H2O werden in 400 Teilen einer wäßrigen Ammoniaklösung heiß gelöst; die erhaltene Lösung wird dann auf 1000 Teile Borphosphat gegeben. Das so imprägnierte Borphosphat wird bei 15O0C 4 Stunden getrocknet und dann zu Pellets mit einem Durchmesser von 4 mm und einer Länge von 4 mm geformt. Die Pellets werden bei 500° C 4 Stunden angelassen.and 30 parts of Cu (NO 3 ) 2 · 3H 2 O are dissolved in 400 parts of an aqueous ammonia solution while hot; the resulting solution is then added to 1000 parts of boron phosphate. The thus impregnated boron phosphate is carried out at 15O 0 C for 4 hours and then pellets having a diameter of 4 mm and a length of 4 mm formed. The pellets are tempered at 500 ° C. for 4 hours.

Vergleichsversuch Nr. 8Comparative experiment No. 8

Das Beispiel 1 wird wiederholt, wobei jedoch an Stelle des dortigen Katalysators der in dem Beispiel 9 der französischen Patentschrift 1 269 382 beschriebene Katalysator verwendet wird. Dieser Katalysator wird folgendermaßen hergestellt: 31 Teile WolframsäureExample 1 is repeated, but instead of the catalyst there, that in Example 9 the catalyst described in French patent 1,269,382 is used. This catalyst will prepared as follows: 31 parts of tungstic acid

Beispielexample VersuchsergebnisseTest results Handlung in
Methacrolein
(%)
Action in
Methacrolein
(%)
Blau
säure
(%)
blue
acid
(%)
Ausbeute an
Methacryl
nitril (%)
Yield to
Methacrylic
nitrile (%)
6060 450450 Urm
Methacryl
nitril
(%)
Urm
Methacrylic
nitrile
(%)
11 44th ' 27'27
475475 2121 22 44th 3030th 6565 500500 2828 33 55 2727 2727

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1 Verfahren zur Herstellung von Methacrylnitril durch Umsetzung eines Gemisches aus Isobutylen, molekularem Sauerstoff oder Luft und Ammoniak in der Gasphase bei erhöhter Temperatur in Gegenwart von Wasserdampf und einem kieselsäurehaltigen, Phosphor und Molybdän enthaltenden Fest- oder Fließbettkatalysator, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei 400 bis 5000C vornimmt, im Ausgangsgemisch die Molverhältnisse Sauerstoff zu Isobutylen mindestens 1,6:1, Ammoniak zu Isobutylen 0,8 :1 bis 1,5 :1 und Wasser zu Isobutylen 0,5 :1 bis 3 :1 betragen und ein Katalysator verwendet wird, der neben Kieselsäure aus Oxiden der Elemente Phosphor, Antimon, Molybdän und Wismut besteht, wobei die Zusammensetzung hinsichtlich der Elemente Phosphor, Antimon, Molybdän und Wismut der Formel PnSb0Mo6Bi0 entspricht, in der η = 0,5 bis 2, a = 0,5 bis 20, b = 1 bis 18, c = 0,5 bis 11, a + b + c = 22 und c ^ 4,4 + b ist.1 Process for the preparation of methacrylonitrile by reacting a mixture of isobutylene, molecular oxygen or air and ammonia in the gas phase at elevated temperature in the presence of steam and a silica-containing, phosphorus and molybdenum-containing fixed or fluidized bed catalyst, characterized in that the reaction is carried out at 400 to 500 0 C, the molar ratios of oxygen to isobutylene in the starting mixture are at least 1.6: 1, ammonia to isobutylene 0.8: 1 to 1.5: 1 and water to isobutylene 0.5: 1 to 3: 1 and a catalyst is used which, in addition to silica, consists of oxides of the elements phosphorus, antimony, molybdenum and bismuth, the composition of the elements phosphorus, antimony, molybdenum and bismuth corresponding to the formula P n Sb 0 Mo 6 Bi 0 , in which η = 0.5 to 2, a = 0.5 to 20, b = 1 to 18, c = 0.5 to 11, a + b + c = 22, and c ^ 4.4 + b . 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Arbeiten mit einem fest angeordneten Katalysator etwa in der Mitte der Umsetzungszone Sekundärluft zugeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that when working with a fixed Secondary air is supplied to the catalyst approximately in the middle of the reaction zone.
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