DE1792681A1 - Verfahren zur Herstellung eines Katalysators fuer die Oxidation von Olefinen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Katalysators fuer die Oxidation von Olefinen

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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J27/14Phosphorus; Compounds thereof
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Description

  • Vorfahren zur Herstelluing eines Katalysators fllr die Oxidation von Olefinen Dio Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einen für die Oxidation von Propylen und Isobutylen verwendbaren Katalysators, der aus einem Gomisch von Silioiumdioxid mit Oxiden aus der Gruppe Molybdän, Wismut und gegebenonfalls Phosphor besteht.
  • Es ist bekannt, für die Oxidation ton Olefinen, wie Propylen oder Isobutylen, mit Luft zwecks Herstellung ungesättigter Aldehydo bei der Umsetzung in gasförmigem Zustand auf Tror autgbrachte Katalysatoren, die Wismut, Molybdän, Sauerstoff und gegabenenfalls auch Phosphor enthalten, zu verwenden, wobei das Verhältnis der Eleuente in bestimmten Grenzen festgelegt ist. Solch. Katalysatoren wurden bis Jetzt aus Lösungen von die genannten Metalle enthaltenden Salzen hersestellt. Dabei kann auch so gearbeitet verden, dass die Verbindungen der katalytisch wirkenden Oxide einer wässrigen Lösung von kolloidalen Kieselsol zugesetzt werden, wobei ein Gemisch entsteht, das das als Träger dienende Sil;iciumdioxid bereits enthält. Nichtsdestoweniger ist es nach diesem bekannten Verfahren nicht immer einfach, die Primärteilchangrösse der katalytisch wirkenden Substanz reproduzierbar einzustellen und ein inniges Gemisch der Komponenten zu erreichen, Es wurde nun gefunden, dass man Katalysatoren für die Oxidation von niederen Olefinen, die aus einem Gemisch von Siliciundioxid als Träger mit Oxidem des Molybdäns, Wiszuts und gegebenenfalls Phosphors bestohen, in einfacher Weise und in hochwirksamer Zusammensetzung und Mischung dadurch herstellen kann, dass man eine Silicium-Sauerstofverbindung in die Gasphase überführt-und in diese Verbindung b ei Temperaturen, die oberhalb 1 000°, vorzugsweise oberhalb 1 400° liegen, oxidbildende Verbindungen des Molybdäne, Wismuts und gegebenonfalls Phosphors in feinor Verteilung einführt. Man kann dabei so verfahren, dass man die genannten oxidbildenden VErbindungen fein zerstäubt mit dem die oxydische Siliciumvorbindung enthaltenden Gasstrahl zusanmenbringt.
  • Besonders vorteilhaft gestaltet sich das Verfahren gemäse der Erfindung, wenn die Verbindungen des Molybdäms, Wismats oder Phosphoors in Form von zorstäubton oder Verfüsten wässrigen Lözungen in dem genannten Temperaturbereich mit dor oxydischen Siliciumv erbindung in gasförmigen Zustand zusammengebracht werden. Man kann dabei wablweise die Lösungen der oxidbildenden Verbindungen einzeln anwenden oder aber auch die Gomische entsprechender Verbindungen in Wasser lösen und diese wässrige Lösung, die die Verbindungen des Molybdäns und Wismuts oder auch des Phosphors enthält, unmittelbar in die gasförmige oxydische Siliciumverbindung einführen. Dabei ist als besonderer Vorteil anzusehen, das die Zusammensetzung der Mischkomponenten Molybdän, Wismut und Phosphor auch im Verhältnis zu der oxydischen Siliciumverbindung beliebig gewählt werden kann und leicht einstellbar ist.
  • Als oxydische Siliciumverbindung werden Siliciumdioxid oder Siliciummonoxid oder auch ein Gomisch beider Oxide verwendet, Siliciummonoxid kann mit Vorteil durch eine Umsetzung von Silicimdioxid, z.B. Sand, mit Kohlenstoff im elektrischen Lichtbogen erzeugt werden. Ebenso wie Silioiummonoxid kann auch das Disproportionierungsprodukt des Siliciummonoxids, dem die Zusammensetzung (SiO2)z. Biy zugeschriben werden kann, für die Zwecke der Erfindung Anwendung finden, da bei der Verweundung von Silichiumtonoxid am Ort der Roaktion bereits ein mohr oder weniger grosser Teil infolgo Kondensation in Form dieses hochdisperson Diopropertionierungsproduktes vorliegen kann. Die Oxidation dieses Siliciummonoxides zum Siliteimdioxid kann durch das Wasser der oingebrachten wüesrigen Lösungen oder durch Luftsauerstoff oder auch durch dio fUr dio Zerstäubung dor Lösung verwondoter Luft und schliesslich durch gesondert zugef2hrte Oxidationsluft bewirkt werden. In diesen Fällen bloibt das katalytisch wirksame Oxidgemisch in Restgasstrom suspendiert und kann von diesem mit der Abkühlung in an sich bekannter Weise durch Zyklone, Filter o.dgl. abgetrennt wordon, Soforn der orfindungsgemäss hergestollts Katalysator nach einer tho@mischen Nachbohandlung unterworfen wird, kann dan Oxidgemisch ganz oder zum Teil auch in oin Gemisch ontsprschonder Silikate übergof2hrt werdon, Gegernüber der Herstellung von Katalysatoren auf nassem Wego durch Fällung oder Tränkung bietet das Verfahron gomäss Erfindung den Vorteil, dass die foine Vortoilung der vorschiodenen Komponenten und die homogone Vormischung in praktisch einem Arbeitsgang besonders leicht zu erreichen ist, während bei den auf nassem Wege gezommenen Katalysatoren, bei donen die aktivcn oxidbildondon Verbindungen meist nachträglich durch thermische Behandlung in die Oxide übergoführt werden müssen, die Homogenität infolge unterschiedlicher FtLllung und Zersetzungsgeschwindigkeit der einzelnen Komponenten oft zu wünschen übrig lässt.
  • Dns Verfahren gemäss der Erfindung wird anhand anchstehender Beispiele näher crläutert: Biespiel 1): In einem durch Umsetzung von Quarz mit Koks im elektrischen Lichtbogenofen orzougten Gasstrahl von stündlich 4,0 kg Siliciummonoxid und 2,5 kg Kohlenmonoxid wurden pro Stunde 15 1 einer Lösung von 69,0 g Ammoniumhepta-= molybdat, 117,5 g Wismutcitrat, 60,0 g Ammoniumhydroixd und 4,4 g Diammoniumhydrogenphosphat pro Liter eingespeinst.
  • Aus dem Zyklonseparator wurden stündlich 6,9 kg einer hellgrau gefärbten, hochdisporsen Mischung abgezogen, welche eine spezifische Oberfläche von 106 m2/g aufwies.
  • Das Röntgendiagramm des Produktes wies eine grosse Anzahl von Intorferenzon auf, von denen Molybdändioxid und Wismut (geringe Nengen) identifiziext werden konnten.
  • Die chemische Analyse ergab eine formale Zusammonsetzung von 74,3% SiO2, 11,4% MoO3, 13,8% Bi2O3 und 0,5% P2O5.
  • 100 g erhaltenen Pulvers wurden mit 67 g Wasser zu einer dicken Paste angerührt und zu zylindrischon Xörperm mit 3 mm Länge und 2 mm Durchmesser verformt, bei 120° C getrocknet und boi 5400 C 16 Stunden an Luft geemperat. Die so erhaltenen Tablotten wiesen dio für Katalysateren sehr gute Festigkeit von 17 kg/cm2 parallel zur Zylinderachse und 8 kg/cm2 senkrecht zur Zylinderachse auf.
  • 60 g der so hergostellten Formkörper wurden in einen Reatktor aus Quarzrohr mit einem inneren Durchmesser von 27 cm eingefüllt und bei einer T"o:nperatur von 530 C mit einem gasförmigen Gemisch, bestehend aus 7,5 Vol,-% Propylon, 48,9 Vol.-% Luft und 43,6 Vol.-% Wasser bei einer Durcheatzgeschwindigkeit von 133 nl/h in Kontakt gobracht. Hierbei wurden stündlich 13,3 g Acroloin gewennen, was einer Propylonausbeute von 53%, bezogen auf eingesetztos Propylen, ontspricht.
  • In der Beschreibung eines bekannten Verfahrens, in dem ein auf dem Fällungswege hergestollter Siliciumdioxid-Trägerkatalysator mit Wismut-, Molybdän- und Phosphoroxiden zur Oxidation von Propylen mit Luft in GEgenwart von Wasserdampf boi Temperaturen zwischen 260 und 5380 c benutzt wird, wird die Propylenausbeute (bezogen auf eingesetztes Propylen) mit maximal 41% angegeben, obwohl der Anteil an Wismut, Molybdän- und Phosphoroxiden mit etwa 50 Gow. -% doppelt so gross ist wie bei dem erfindungsgemäss hergestellten Katalysator.
  • Beispiel 2): In einen ca. 2 0000 C heissen Gasatrahl von stündlich 4,0 kg Siliciummonoxid und 2,5 Kolhlemmonoxid wurden pro Stundo 12 - 13 1 einer wässrigen Lösung von Ammoniumheptamolybdat, Wismutcitrat, Ammeniumhydroxid und Diammoniumhydrogenphosphat eingespeist. Die Lösung hatte folgende Stoffkonzentrationen pro Liter: 62,7 g Molkybdän, 102,0 e Wismut, 1,68 g Phosphor, ca. 92 g Zitronensäure und oa, 60 g Ammonium (gerechnet als NH4 +).
  • Aus dom Zyklonsoparatur wurden sttlndlich zwischen 8 und 8,5 kg eines grauen, hochdispersen Pulvers abgezogen, welches eine spezifische Oberfläche von 50 m2/g zeigte, 500 g dieses Pulvers wurden mit 205 g Wasser zu einer dikken Paste angerührt, bei 1200 C getrocknet und anschliessend 16 Stunden bei 5400 C an dor Luft Getemport, wobei ein stückiges, holl grünlichgelb gefärbtes, schr hartes Produkt ontstand. Letztored wurde durch Brochen und Siobon auf oino Korngrösse zwisohon 0,5 und 2 mm gebracht.
  • Die spezifische Oberfläche des auf diese Korngrösse gebrachten Materials betrug 41 m2/g, der mittelere Mikroporendurchmosser 100 i. Aus der chemischen Analyse ergab sich eine formale Zusammensetzung von 66,0% SiO2, 15,0% MoO3, 18,4% Bi2O3 und 0,6% P2O5.
  • 70 g des in der angegebenen Weise hergestellten Katalysators wurden in einen aus einem Chromnickelstahlrohr mit einem inneren Durchmesser von 27 mm gefertigten Reaktor eingefüllt. Die Schichthöhe der Füllung, in der sich ein in der Höhe verschiebbares Mikrothermolelement befand, betrug 150 mm, Bei einer im Inneren der Katalysatorschicht gemessonen Maximaltemperatur von 540° C und einer Minimaltemperatur von 505° C surden mit einem Durchsatz von 120 nl/h eines Gasgemisches aus 6,9 Vol.-% Propylen, 44,9 Vol.-% Luft und 48,2 Vo.-% Wasser stündlich 11,8 g Acrolein gewonnen. Dies entspricht einer Ausbeute von 57%, bezogen auf eingesetztes Propylen, Der Propylenumsats betrug 84%.

Claims (5)

  1. P A T E M T A N S P R t C H E : 1. vorrahron aur Herstellung eines Katalysators für dio Oxidation von Olefinen mit 3 bis 4 Kohlenstoffatomen, bestehond aus einem Gomsich von Siliciumdioxid mit Oxiden aus der Gruppe Molybdänoxid, Wismutoxid, Phosphoroxid, dadurch gekennzeichnet, dass eine Silicium-Sauerstoff-Verbindung in die Gasphase überführt und in diese bei Temperaturen oberhalb 1 000° C, vorzugekeise oberhalb 1 400°C, oxidbildende Verbindungen des Molybdäne, Wismuts und gegebenengfalle Phosphors in feiner Verteilung eingeführt verden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, daduch gekennzeichnet, dass wässrige Lönungen von Verbindungen des Molybdäns, Wismuts oder Phosphors oder eine Mischungen dieser Verbindungen enthaltende Lösung zeratäubt und in einen Strom der gasförmigen Silicium-Sauerstoff-Verbindung eingef2hrt wrden und das entstandene Oxidghemisch mit der Abkülhung vom Res@ges abgetrennt wird.
  3. 3. Verfahren nach AnsprUthon 1 und 2, dadurch gokennzeichnet, dass mit den Verbindungen des Molybdäns, Wismuts und Phosphors Sauerstoff oder Luft zugeführt wird.
  4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als flüchtige Silicium-Sauerstoff-Verbindung Siliciummonoxid oder das dem Siliciummonoxid in der Zusammensetzung formal entsprochendo Disproportlonierungsgemisch aus Silicium und Silioiumdioxid verwondet wird.
  5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die flüchtigo Siliclum-Sauerstoff-Verbindung durch Umsotzung von Soliciumdioxid mit Kohlenotoiff im olektriochen Lichtbogen erzeugt, die Vorbindungen von Molybdän, Wismut und Phospher in den im wesentlichen aus Siliciummonoxid und Kohlenmonoxid bestehenden Gasstrom eingeleitet und das gobildote Oxidgemisch mit der Abkühlung vom Restgas abetronnt wird.
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