DE1769998B2 - Verfahren zur herstellung von phthalsaeureanhydrid - Google Patents
Verfahren zur herstellung von phthalsaeureanhydridInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft den in den Ansprüchen definierten Gegenstand.
Bekanntlich wird Phthalsäureanhydrid (im folgenden: PSA) nach einem großtechnischen Verfahren durch
katalytisch!: Luftoxidation von o-Xylol oder Naphthalin in einem Festbettröhrenreaktor hergestellt. Als Katalysatoren
sind für dieses Verfahren insbesondere Trägerkatalysatoren geeignet, die aus einem kugelförmigen
inerten Träger und der darauf in dünner Schicht aufgebrachten katalytisch wirksamen Masse aus Vanadinpentoxid
und Titandioxid bestehen. Solche Katalysatoren und deren Verwendung bei der Herstellung von
PSA werden z. B. in der FR-PS 14 80 078 beschrieben.
Bei diesen bekannten Verfahren verfährt man im allgemeinen so, daß man ein Gemisch aus einem
Sauei stoff enthaltenden Trägergas, wie Luft, und dem zu oxidierenden Kohlenwasserstoff durch eine Vielzahl
der in dem Reaktor angeordneten Rohre leitet, in welchen sich der Katalysator befindet. Zur Temperaturregelung sind die Rohre mit einem Wärmeaustauschmedium
umgeben, in dem man eine Temperatur von 350 bis 4200C einhält. Bei dieser Arbeitsweise erhält man PSA
in guter Ausbeute. Dieses vorteilhafte Ergebnis läßt sich jedoch im Dauerbetrieb infolge allmählich nachlassender
Wirksamkeit der Katalysatoren nicht aufrechterhalten.
Es sind auch schon phosphorhaltige Trägerkatalysatoren
bekannt, die man für die Herstellung von Maleinsäuieanhydrid durch Oxidation von Olefinen mit
4 Kohlenstoffatomen herangezogen hat. Diese in der DT-PS 1180 737 beschriebenen Trägerkatalysatoren
haben einen Vanadinpentoxidgehalt von 6 bis 30 Gewichtsprozent.
Der vorliegenden Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung von PSA durch
Luftoxidation von o-Xylol oder Naphthalin unter Verwendung von Trägerkatalysatoren die Dauerbelastbarkeit
der Katalysatoren sowie die Ausbeute am gewünschten Verfahrensprodukt zu verbessern.
Es wurde gefunden, daß man bei der Herstellung von PSA durch Umsetzung von o-Xyloi oder Naphthalin mit
Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gasen durch Überleiten des gasförmigen Gemisches der Ausgangsprodukte
über einen Trägerkatalysator, der aus einem inerten, nicht porösen Trägermaterial und einer darauf
in dünner Schicht aufgebrachten aktiven, Vanadinpentoxid und Titandioxid enthaltenden Masse besteht,
besonders vorteilhafte Ergebnisse erzielt, wem man die Umsetzung in Gegenwart eines Trägerkatalysators
durchführt, dessen aktive Masse aus einem Gemisch aus
is 1 bis 40 Gewichtsteilen Vanadinpentoxid und 60 bis
99 Gewichtsteilen Titandioxid sowie aus 0,01 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmenge des
Vanadinpentoxids und des Titandioxids (= 100%), eines
Phosphates (berechnet als PO4 ) besteht, wobei der
Vanadinpentoxidgehalt in dem aus Trägermaterial und aktiver Masse bestehenden Trägerkatalysator 0.05 bis
3 Gewichtsprozent beträgt.
Vorteilhaft liegen in der aktiven Masse des Trägerkatalysators 1 bis 15 Gewichtsteile Vanadinpentoxid und
85 bis 99 Gewichtsteile Titandioxid vor.
Das Überleiten des gasförmigen Gemisches aus dem zu oxidierenden Kohlenwasserstoff und Sauerstoff
enthaltenden Gasen, wie Luft, über den Trägerkatalysator, nimmt man vorteilhaft im Röhrenofen, bei
normalem oder erhöhtem Druck und bei Temperaturen des Wärmeaustauschmediums zwischen 350 und 450cC
vor.
Nach dem neuen Verfahren erhält man dank der gesteigerten Lebensdauer des Katalysators auch im
Dauerbetrieb PSA in hohen Ausbeuten. Dieses vorteilhafte Ergebnis ist überraschend, da z. B. nach den
Angaben der DT-PS 11 80 737 brauchbare Ergebnisse bei der Male'.nsäureherstellung nur mit phosphorhaltigen
Trägerkatalysatoren erhalten werden, in denen die Mengenverhältnisse der aktiven Bestandteile von denen
der erfindungsgemäß einzusetzenden Katalysatoren stark abweichen.
Der erfindungsgemäß zu verwendende Trägerkatalysator läßt sich folgendermaßen herstellen:
Zur Bereitung der aktiven Masse setzt man dieser feste oder flüssige Phosphorverbindungen zu. Zweckmäßigerweise
verwendet man Alkali- oder Ammoniumphosphate, Erdalkaliphosphate, Aluminiumphosphat
oder auch die entsprechenden Meta- oder Pyrophosphate oder Ortho-, Meta- oder Pyrophosphorsäure oder
Ester der Phosphorsäure wie Triisobutylphosphat. Besonders vorteilhaft ist es, die Phosphorverbindung als
Phosphorsäure oder in Form von Phosphorverbindungen mit flüchtigen Kationen zu verwenden, um die im
Vanadinpentoxid-Titandioxid-Gemisch enthaltenen Sulfate. Chloride odei ähnliche Verbindungen ebenfalls
in Phosphate zu überführen, da besonders die Sulfate die Oxidationsreaktion nachteilig beeinflussen. Im allgemeinen
benötigt man etwa 0,01 bis 5,00, insbesondere 0,02 bis 2,5 Gewichtsprozent, be/ogcn auf die Mengi· der
aktiven Masse (=100%), m Phosphcrverbindingen
(berechnet als PO4 ).
Die bevorzugte Modifikation des Titandioxid ist
Anatas.
Als Trägermaterialien eig'ien sich nichtporöse inerte
Stoffe, wie Quarz, Porzellan Magnesiumoxid, Siliciumcarbid, Rutil, Silikate wie Aluminium-, Magnesium-,
Zirkon- und Cersilikat oder Tonerde, und zwar jeweils
in kristallinem, amorphem oder gesintertem Zustand. Die Porosität der Trägermaterialien soll vorzugsweise
einer inneren Oberfläche entsprechen, die nicht größer ist als 3 m2/g, insbesondere nicht größer als 0,5 m2/g.
Besonders zweckmäßig ist es, das Trägermaterial in Form von Körnern, Kegeln, Pillen oder Ringen, vor
allem aber in Form von Kugeln, zu verwenden, wobei die Kugeln einen Durchmesser von 4 bis 12 mm haben.
Die Schichtstärke der aktiven Masse auf dem Trägermaterial soll bevorzugt 0,01 bis 3,00 mm,
insbesondere 0,02 bis 1 mm, betragen.
Zum Aufbringen der aktiven Masse auf den Katalysatorträger kann man sich verschiedener, an sich
bekannter Verfahren bedienen, etwa indem man eine wäßrige, gegebenenfalls mit Verdickungsmitteln, wie
Alginaten ode.r Polyacrylaten, versehene Suspension der Komponenten für die aktive Masse auf das
Trägermaterial aufbringt, z. B. durch inniges Vermischen in einer Dragiertrommel bei 150 bis 5000C,
vorzugsweise 250 bis 5000C. Hierbei läßt sich die Benetzbarkeit des Trägermaterials häufig erhöhen,
wenn die Suspension noch organische wasserlösliche Flüssigkeiten, wie Alkohole oder Dimethylformamid,
enthält. Ferner kann die Haftfestigkeit zwischen aktiver Katalysatormasse und Trägermaterial verbessert werden,
wenn man letzteres anätzt, ζ B. mit Flußsäure oder
Fluorwasserstoff abgebenden Verbindungen wie Ammoniumfluorid. Auch Zusätze von Harnstoff, Thioharnstoff
oder Ammonrhodanid zur aufzubringenden aktiven Masse üben einen günstigen Effekt auf die
Haftfestigkeit der aktiven Masse auf dem Trägermaterial aus.
Zur Darstellung der aktiven Masse ist es nicht erforderlich, von Vanadinpentoxid oder Titandioxid
auszugehen. Vielmehr kann man hierzu die entsprechende Menge eines Salzes, z. B. des Oxalates,
verwenden und das Vanadinpentoxid bzw. Titandioxid alsdann im beschichteten Trägermaterial durch Luftoxidation
bei Temperaturen von 350 bis 600° C, insbesondere bei 550° C, hieraus entwickeln.
Eine andere Möglichkeit, das Trägermaterial mit der aktiven Masse zu versehen, besteht darin, deren
Bestandteile bei 150 bis 5000C aus der Schmelze einer organischen Substanz, z. B. Ammonrhodanid, in einer
Dragiertrommel auf das Trägermaterial aufzubringen und den Katalysator sodann im Luftstrom zu erhitzen,
wobei die organische Substanz sich verflüchtigt oder verbrennt und wobei gegebenenfalls das Vanadinpentoxid
und das Titandioxid entwickelt wird, sofern man von anderen Verbindungen des Vanadins oder Titans als
den Oxiden ausgegangen ist
Man besprüht 2500 g Magnesiumsilikatki'geln von
6 mm Durchmesser in einer auf 3000C erhitzten Dragiertrommel mit 400 g einer wäßrigen Suspension,
die aus Wasser, 42,5 g Formamid, 18,7 g Oxalsäure, 8,5 g Vanadinpentoxid, 133 g Anatas und 1 g Ammoniumdihydrogenphosphat
(entspricht 0,82 g PO4 ) hergestellt wurde. Der Anteil der aktiven Masse im
Trägerkatalysator beträgt 4,0 Gewichtsprozent und der Anteil des Vanadinpentoxids in der aktiven Masse etwa
6 Gewichtsprozent. Der Phosphatgehalt beträgt rund 0,56 Gewichtsprozent des Gehaltes an Vanadinpentoxid
und Titandioxid, und die mittlere Schichtdicke der Katalysatormasse auf den Kugeln beträgt ungefähr
0,05 mm.
Nach dem Dragieren wurde dieser Trägerkatalysator 1 Stunde lang im Luftstrom auf 4500C erhitzt, wonach er
gebrauchsfertig war.
Der folgende Versuch veranschaulicht die Aktivität dieses Trägerkatalysators:
Durch ."!in mit dem Trägerkatalysator dicht beschicktes
Rohr von 25 mm Durchmesser und 3 m Länge leitet man stündlich bei einer Salzbadtemperatur von 385° C
ein Gemisch aus 51001 Luft und 204 g dampfförmigem o-Xylol von 95prozentiger Reinheit
Hieraus erhält man PSA und Maleinsäureanhydrid im Gewichtsverhältnis 1 :0,035, und zwar in einer Gewichtsausbeute,
auf die Menge von reinem o-Xylol (=100%) berechnet, von 112,0%. Das Produkt enthält
nur 0,01% Phthalid und zeigt eine besonders gute Farb-Hitzestabilität.
Ein auch nur geringfügiges oder vorübergehendes Nachlassen der Wirksamkeit des Katalysators wurde
während der Versuchsdauer von 6 Monaten nicht beobachtet. Ohne den erfindungsgemäßen Phosphatzusatz
im Katalysator benötigt man eine Salzbadtemperatur von 4050C, um gleiche Ausbeute und Reinheit zu
erhalten.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid
durch Umsetzung von o-Xylol oder Naphthalin mit Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden
Gasen durch Überleiten des gasförmigen Gemisches der Ausigangsprodukte über einen Trägerkatalysator,
der aus einem inerten, nicht porösen Trägermaterial und einer darauf in dünner Schicht aufgebrachten
aktiven, Vanadinpentoxid und Titanüioxn'
enthaltenden Masse besteht, dadurch gekenu zeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart
eines Trägerkataiysators durchführt, dessen aktive Masse aus einem Gemisch aus 1 bis 40 Gewichtsteilen
Vanadinpentoxid und 60 bis 99 Gewichtsteilen Titandioxid sowie aus 0.01 bis 10 Gewichtsprozent,
bezogen auf die Gesamtmenge des Vanadinpent- ox'ias und des Titandioxids (= 100°/o), eines Phosphates
(berechnet als PO4 ) besteht, wobei der
Vanadinpentoxidgehalt in dem aus Trägermaterial
Lnd aktiver Masse besiehenden Trägerkatalysator
0,05 bis 3 Gewichtsproz.-nt beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Umsetzung in Gegenwart eines Trägerkatalysators durchführt, dessen aktive
Masse Titandioxid in der Anatasmodifikation enthält.
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