DE2001345A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING CONJUGATED DIOLEFINS - Google Patents
PROCESS FOR MANUFACTURING CONJUGATED DIOLEFINSInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oxydation von Monoolefinen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung konjugierter Diolefine durch Dampfoxydationsreaktion eines Geraischs mit eihem Gehalt an Monoolefin und molekularem Sauerstoff bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines Katalysators aus U) Molybdän» U) Wiemut , (3) Lithium oderNatrium und (4) Sauerstoff.The invention relates to a process for the oxidation of monoolefins. In particular, the Invention to a process for the preparation of conjugated diolefins by steam oxidation reaction of a Geraisch with a content of monoolefin and molecular oxygen elevated temperature in the presence of a catalyst made of U) molybdenum »U) Wiemut, (3) lithium or sodium and (4) oxygen.
Es sind bisher »ahlreiche Patente für Katalysatoren, zur Verwendung bei der Oxydation von Monoolefinen erteilt worden, jedoch betreffen die »eisten dieser Patente Verfahren sur Herstellung von Butadien aus geradkettigen Monoolefinen mit 4 Kohlenstoffatomen, i.B. Buten-1 und Buten-2;So far there are »numerous patents for catalysts, for use in the oxidation of monoolefins, but most of these patents relate to processes for the production of butadiene from straight-chain monoolefins having 4 carbon atoms, i.B. Butene-1 and butene-2;
öQitaoymi . röQitaoymi. r
, ,·-·.■.; : v"-··:■■■-■: y ■ ' -.:\ ■-. ·Υ:λ ORIGINAL INSPECTS),, · - ·. ■ .; : v "- ··: ■■■ - ■: y ■ '-.: \ ■ -. · Υ : λ ORIGINAL INSPECTS)
bei solchen Patentschriften, deren Ansprüche die Oxydation von Isomonoolefinen mit 5 Kohlenstoffatomen, z.B. Isoaraylen, einzuschließen scheinen, geben nur sehr wenige ausdrücklich eine derartige Oxydation als Beispiel in ihrer Beschreibung an. Ferner ist aufgrund dieser wenigen Beispiele ersichtlich, daß möglicherweise technisch keines von Bedeutung sein kann, wenn die Ausbeute und die Selektivität des angestrebten Produkts (Isopren) sehr niedrig sind. Wenn z.B. eine Anzahl von Katalysatoren für die Herstellung von Isopren aus 2-Methylbuten-2 in den japanischen Auslegeschriften 25 027/1964, in the case of patents whose claims seem to include the oxidation of isomonoolefins having 5 carbon atoms, for example isoaraylene, only very few expressly give such an oxidation as an example in their description. Furthermore, it can be seen from these few examples that none of them can possibly be of technical importance if the yield and the selectivity of the desired product (isoprene) are very low. For example, if a number of catalysts for the production of isoprene from 2-methylbutene-2 are disclosed in Japanese laid-open documents 25 027/1964,
6850/1965 und 27049/1965 beschrieben oder verwendet werden, sind in allen Fällen sowohl die Ausbeute als auch die Selektivität von Isopren niedrig; sie besitzen keine technische Bedeutung. Z.B. beträgt gemäß Beispiel 1 der vorstehend Ψ angeführten japanischen Auslegeschrift6850/1965 and 27049/1965 are described or used, both the yield and the selectivity of isoprene are low in all cases; they have no technical significance. For example, according to Example 1 of the Japanese patent application cited above Ψ
25 027/1964 die Umsetzung von 2-Methylbuten-2 36,1%,25 027/1964 the conversion of 2-methylbutene-2 36.1%,
,· die Selektivität von Isopren (Ausbeute von Isopren auf Ba- , The selectivity of isoprene (yield of isoprene on
' sis des verbrauchten 2-Methylbuten-2) 69,3% und die Ausbeute - ^ nur 25,0%, Der wichtigste Grund, warum dies· bekannten Ver- f c fahren wie vorstehend-angeführt technisch unbrauchbar lind, '·· 'Sis of the consumed 2-methyl-2) 69.3% and the yield - ^ only 25.0%, the most important reason why this known · comparison f c drive above-mentioned technically unusable mild,' ··
; ist folgender. Bei der Oxydationsreaktion von Monoolefinen ' mit 5 oder mehr Kohlenstoffatomen wird «in« Verbrennung in der .' Katalysatorschicht und ein· Bildung von ungesättigten Alder .V ; is the following. In the oxidation reaction of monoolefins with 5 or more carbon atoms "in" combustion in the . Catalyst layer and a · formation of unsaturated Alder .V
• hyden bewirkt, da der Katalysator ungeeignet ist, «ras lur • Since the catalyst is unsuitable , hyden causes «ras lur
·' 009830/1911· '009830/1911
Folge hat, daß es schwierig ist, den unerwünschten Verbrauch von eingesetztem Ausgangsmaterial zu regulieren; infolgedessen kann die Ausbeute und Selektivität der betreffenden konjugierten Diolefine nicht vergrößert werden. Ferner führt das Auftreten derartiger unerwünschter Nebenreaktionen, insbesondere der Verbrennungsreaktion, zu einer großen Wärmeerzeugung der Katalysatorschicht mit der Folge, daß eine anormale Temperaturerhöhung in der Katalysatorschicht lokal auftritt, insbesondere dann, wenn ein FestbettreaktiönsgefäßThe consequence is that it is difficult to reduce the undesired consumption to regulate the raw material used; As a result, the yield and selectivity of the concerned conjugated diolefins cannot be enlarged. Furthermore, the occurrence of such undesirable side reactions leads, in particular the combustion reaction, to a large heat generation of the catalyst layer with the result that a abnormal temperature increase occurs locally in the catalyst layer, especially when a fixed bed reaction vessel
verwendet wird, was sowohl die Regulierung der Reaktionstemperatur erschwert als auch eine schnelle.lokale Zersetzung des Katalysatorbereichs bewirkt,in dem die Wärme erzeugt wird. Einen Weg zur Vermeidung eines derartigen Nachteils bietet ein Verfahren, bei dem die Ausgangsolefinkonzentration im .Reaktionsgas auf einen extrem niedrigen Wert ■ herabgesetzt wird, jedoch 1st dies nicht erwünscht, da es zu einer Herabsetzung der Produktivität des Verfahrens führt.is used, which both complicates the regulation of the reaction temperature and causes a Schnell.local decomposition of the catalyst area in which the heat is generated. One way of avoiding such a disadvantage is a process in which the starting olefin concentration in the reaction gas is reduced to an extremely low value, but this is not desirable because it leads to a reduction in the productivity of the process.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die beschriebenen Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und ein technisch durchführbares Verfahren zur Herstellung konjugierter Diolefine durch Verwendung eines Katalysators vorzusehen,. das die Regulierung der Reaktion sehr leicht macht und das ferner die Ausbeute des angestrebten Produkts und seine Selektivität selbst bei niedrigen Temperaturen außerordentlich vergrößert. 009830/1969 It is therefore the object of the invention to avoid the disadvantages of the known processes described and to provide a technically feasible process for producing conjugated diolefins by using a catalyst. which makes it very easy to regulate the reaction and which also greatly increases the yield of the desired product and its selectivity even at low temperatures. 009830/1969
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Ferner ist die Herstellung ungesättigter Aldehyde, wie Acrolein und Methacrolein durch katalytleche Oxydation von Propylen oder Isobuten bekannt geworden. Andererseits ist es - wie vorstehend angegeben - auch bekannt, daß konjugierte Diolefine aus Monoolefinen erhalten werden, deren Moleküle eine lineare Kette mit nicht weniger als 4 Kohlenstoffatomen aufweisen. Wenn es nun möglich wäre, in geschickter Weise diese beiden Verfahrenstypen zu kombinieren, würde es möglich sein, gleichzeitig und mit geringen Kosten konjugierte Diolefine und ungesättigte Aldehyde herzustellen, die als chemisch-technische Materialien äußerst wertvoll sind. Jedoch liegen in der Vergangenheit sehr wenige Fälle vor, in denen dieses Verfahren gleichzeitiger Herstellung spezifisch beschrieben wird; ferner liegt aus folgenden Gründen kein Fall vor, in dem es überhaupt technisch durchgeführt wurde. Neben dem Problem, die Ausgangsmaterialien zu erhal- ■ ten, in denen verschiedene Materialien enthalten sein müssen, war der andere Grund der, daß ein geeigneter Katalysator, der es ermöglichen würde, die verschiedenen Typen mehrerer Reaktionen technisch und wirtschaftlich praktikabel durchzuführen, bis jetzt nicht aufgefunden wurde.Furthermore, the production of unsaturated aldehydes, like acrolein and methacrolein by catalytic oxidation of propylene or isobutene became known. On the other hand, as stated above, it is also known that conjugated diolefins are obtained from monoolefins, their Molecules have a linear chain with no fewer than 4 carbon atoms. If it were now possible to cleverly combine these two types of procedures, it would be possible to produce conjugated diolefins and unsaturated aldehydes simultaneously and at low cost, which are extremely valuable as chemical-technical materials. However, there have been very few cases in the past which specifically describe this process of simultaneous manufacture; further is for the following reasons no case before in which it was technically carried out at all. In addition to the problem of obtaining the raw materials that must contain various materials, the other reason was that a suitable catalyst, which would enable the various types of multiple reactions to be carried out in a technically and economically feasible manner, has not yet been found.
Demgemäß ist es ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzusehen, durch das ungesättigte Aldehyde und konjugierte Diolefine gleichzeitig aus den AuegangeolefinenAccordingly, it is a further object of the invention to provide a process by which unsaturated aldehydes and conjugated diolefins simultaneously from the Auegange olefins
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ohne derartige technische Probleme hergestellt werden können.can be manufactured without such technical problems.
Die Erfindung und deren Vorteile werden in der fol- -genden Beschreibung erläutert.The invention and its advantages are explained in the following description.
Die vorstehend angeführte Aufgabe der Erfindung kann durch Dampfphasenoxydation der Ausgangsolefine bei erhöhter Temperatur unter Verwendung eines Katalysators aus (1) Molybdän, (2) Wismut , (3) Lithium oder Natrium und (4) Sauerstoff, d.h.eines .Katalysators der folgenden FormelThe above-mentioned object of the invention can be achieved by vapor phase oxidation of the starting olefins at increased Temperature using a catalyst composed of (1) molybdenum, (2) bismuth, (3) lithium or sodium, and (4) oxygen, i.e., a catalyst represented by the following formula
Mo3Bi. (Li oder Na) ο, ac caMon 3 bi. (Li or Na) ο, ac approx
gelöst werden, in der a, b, c und d jeweils die bevorzugte Anzahl von Atomen jedes Elements darstellen, wobei das Verhältnis von a:b:c die Bedeutung von l:(0,5 bis 3):(0,01 bis 1) besitzt und d die Anzahl von Sauerstoffatomen ist, die zur Absättigung der Valenzen von Mo, Bi und Li oder Na ausreicht. Das Verfahren gemäß der Erfindung, das nachstehend vollständig besonders beschrieben wird, wird allgemein in zwei Arbeitsweisen eingeteilt. Wenn das verwendete Ausgangsolefin ein Monoolefin ist, dessen Molekül eine lineare Kette mit nicht weniger als 4 Kohlenstoffatomen besitzt (nachstehend auch nur als Monoolefin bezeichnet) (in diesem Fall wird das Verfahren als Verfahren I bezeichnet), kann das entsprechendein which a, b, c and d each represent the preferred number of atoms of each element, the ratio of a: b: c meaning l: (0.5 to 3) :( 0.01 to 1 ) and d is the number of oxygen atoms necessary for Saturation of the valences of Mo, Bi and Li or Na is sufficient. The method according to the invention, which is fully specifically described below, is generally classified into two modes of operation. If the starting olefin used is a monoolefin whose molecule has a linear chain with not less than 4 carbon atoms (hereinafter also referred to only as monoolefin) (in this case the process is referred to as process I), the corresponding
konjugiert» Diolefin in guter Auebeut· erhalten werden. Wennconjugated »diolefin in good yield · can be obtained. if
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andererseits das Ausgangsolefin ein Gemisch aus (a) Propylen und/oder Isobuten und (b) ein Monoolefin ist, dessen Molekül eine lineare Kette mit nicht weniger als 4 Kohlenstoffatomen enthält ■ (nachstehend auch als Olefingemisch bezeichnet) (in diesem Fall wird das Verfahren als Verfahren II bezeichnet),können Acrolein und/oder Methacrolein gleichzeitig zusammen mit dem entsprechenden konjugierten Diolefin erhalten werden.on the other hand the starting olefin is a mixture of (a) propylene and / or isobutene and (b) is a monoolefin whose molecule contains a linear chain with not less than 4 carbon atoms (hereinafter also referred to as olefin mixture) (in this case the process is referred to as Process II acrolein and / or methacrolein can be obtained simultaneously with the corresponding conjugated diolefin.
Zu den unentbehrlichen Bestandteilen des Katalysa-· tors; der im Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird, gehören die Metallelemente Molybdän, Wismut und Lithium oder Natrium neben Sauerstoff; wenn nicht alle vorhanden sind, können die Wirkungen gemäß der Erfindung nicht erzielt werden. Der Katalysator kann eine kleine Menge Phosphor, Bor oder Silicium u.dgl. als Mischkatalysator enthalten.The indispensable components of the catalytic converter ; which is used in the method according to the invention, the metal elements include molybdenum, bismuth and lithium or sodium besides oxygen; if not all of them are present, the effects according to the invention cannot be obtained. The catalyst may contain a small amount of phosphorus, boron or silicon and the like as a mixed catalyst.
Das Verfahren zur Herstellung des Katalysators ist kein so , wichtiger Faktor, daß die Wirkungen gemäß der Erfindung begrenzt werden, und der Katalysator kann leicht durch bekannte Techniken, z.B.dte Oxydmischmethode, Verdampfungs- / und Trocknungsmethode und die Mischfällungsmethode, hergestellt werden. Die Ausgangsmaterialien jedes der Elemente, die den Katalysator bilden, müssen nicht unbedingt die Form von Oxyden aufweisen, können jedoch in Form der Metalle selbst oder in Form von Metallsalzen oder -säuren oder -basenThe method for preparing the catalyst is not so important a factor as to limit the effects according to the invention, and the catalyst can be easily prepared by known techniques such as the oxide mixing method, the evaporation / drying method and the co-precipitation method. The starting materials of each of the elements constituting the catalyst need not necessarily be in the form of oxides, but may be in the form of the metals themselves or in the form of metal salts or acids or bases vorliegen, sofern sie schließlich in ihre entsprechendenare available, provided they are finally in their respective
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Metalloxyde durch Calcinierung übergeführt werden können. Ferner können bei der Herstellung des Katalysators die einzelnen Elemente als solche vermischt werden oder es können Verbindungen, die mindestens zwei der Bestandteile enthalten, als Auegangsmaterialien verwendet werden. Der Katalysator, der auf diese Weise erhalten wurde, wird vorzugsweise in Luft bei einer Temperatur von 350 bis 75O°C, vorzugsweise 450° bis 65O°C> einige Stunden bis zu einem Mehrfachen von 10 Stunden vor seiner Verwendung calciniert. Den auf diese Weise erhaltenenKatalysator gemäß der Erfindung bilden komplexekatalytische Oxyde, jedoch steht deren genaue Struktur bis jetzt nicht fest; im vorliegenden Zusammenhang wurde insofern nicht festgestellt, ob es sich um eine einfache Mischung mehrerer Oxyde handelt, oder in welcher Weise die angeführten Elemente direkt oder indirekt durch Sauerstoff gebunden sind.Metal oxides can be converted by calcination. Furthermore, in the preparation of the catalyst, the individual elements can be mixed as such or it For example, compounds containing at least two of the ingredients can be used as starting materials. The catalyst obtained in this way is preferably in air at a temperature of 350 to 750 ° C, preferably 450 ° to 65O ° C> a few hours to one Calcined multiples of 10 hours before use. The catalyst according to the invention obtained in this way is formed by complex catalytic oxides, but their exact structure has not yet been established; in the present In this respect, it has not been established whether it is a simple mixture of several oxides or in which way the listed elements are directly or indirectly bound by oxygen.
Als typische Verfahren zur Herstellung des Katalysators werden die folgenden angegeben. Bei einem Verfahren werden Molybdänoxyd und Wismutoxyd sorgfältig vermischt; danach wird eine wäßrige Lösung, in der Lithiumhydroxyd gelöst worden ist, zur Oxydmischung zugegeben, worauf sorgfältig geknetet wird. Die resultierende Zusammensetzung wird calciniert und danach zu einer geeigneten Form zermahlen, z.B. zu Pellets: oder feinzerteilten Teilchen. BeiAs typical methods for preparing the catalyst, the following are given. In one process molybdenum oxide and bismuth oxide are carefully mixed; then an aqueous solution in which lithium hydroxide has been dissolved is added to the oxide mixture, whereupon it is carefully kneaded. The resulting composition is calcined and then ground to a suitable shape such as pellets: or finely divided particles. at
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einem anderen Verfahren wird eine wäßrige Lösung von Wismutnitrat unter Rühren in eine wäßrige Lösung von Ammoniummolybdat gegeben, wonach eine wäßrige Lösung von Lithiumhydroxyd zugegeben wird. Danach wird die Mischung unter sorgfältigem Rühren eingedampft und getrocknet, wonach das getrocknete Produkt calciniert und in eine geeignete Form zermahlen wird.Another method is an aqueous solution of bismuth nitrate added with stirring to an aqueous solution of ammonium molybdate, after which an aqueous solution of lithium hydroxide is admitted. The mixture is then evaporated and dried with careful stirring, after which the dried product is calcined and ground into a suitable shape.
Der Katalysator kann in dem Zustand verwendet wer* den, in dem er erhalten wird, oder er kann nach Formung oder Pulverisierung verwendet werden. Der Katalysator kann ferner mit Verdünnungsmitteln verdünnt verwendet werden. Ferner kann der Katalysator - falls gewünscht - auf einen Träger aufgebracht werden. Als derartige Verdünnungsmittel oder Träger kann nicht-reaktives Aluminiumoxyd, Siliciumcarbid, Titandioxyd, Zirkonoxyd, Thoriumchlorid, Bimsstein, Silicagel, Sellait, metallisches Aluminium und Graphit angeführt werden. Da das Verdünnungsmittel oder der Träger keinen wesentlichen Einfluß auf die Aktivität des Katalysators ausüben, kann die Menge, in der sie angewendet werden, in geeigneter Weise gewählt werden.The catalyst can be used in the state in which it is obtained or it can be used after molding or pulverization can be used. The catalyst can also be used diluted with diluents. Furthermore, the catalyst can - if desired - be applied to a support. As such a diluent or carrier can be non-reactive aluminum oxide, silicon carbide, titanium dioxide, zirconium oxide, thorium chloride, pumice stone, Silica gel, sellaite, metallic aluminum and graphite can be cited. As the diluent or the carrier have no significant influence on the activity of the catalyst, the amount in which they are used can be chosen appropriately.
Die Konzentration des Ausgangsolefins (Monoolefin oder Ölefingemisch) im eingesetzten Gas, das in das Reaktionsgefäß eingeleitet wird, liegt vorzugsweise im BereichThe concentration of the starting olefin (monoolefin or oil-fin mixture) in the gas used, which is introduced into the reaction vessel, is preferably in the range
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von 1 bis 25 Vol.-%. Andererseits liegt das Molverhältnis des Ausgangsolefins zum molekularen Sauerstoff zweckmäßigerweise im Pereich von l:(O,l bis 5,0). Die Reaktionstemperatur kann in geeigneter Weise in Abhängigkeit vom Typ der Reaktion und ihren Bedingungen gewählt werden; im allgemeinen wird eine Temperatur von 300° bis 65O°C angewendet, wobei ein Bereich von 350° bis 600°C besonders bevorzugt ist. Der angewendete Reaktionsdruck kann im Bereich vonfrom 1 to 25% by volume. On the other hand, the molar ratio of the starting olefin to the molecular oxygen is expediently in the range from 1: (0.1 to 5.0). The reaction temperature may suitably depending on the type of Reaction and its conditions are chosen; in general, a temperature of 300 ° to 65O ° C is used, a range from 350 ° to 600 ° C. is particularly preferred. The reaction pressure used can be in the range of reduziertem Druck unterhalb Atmosphärendruck bis zu einemreduced pressure below atmospheric pressure up to one
2 ·2 ·
2 im Bereich von Atmosphärendruck bis zu einem Druck von 5 kg/cm2 in the range from atmospheric pressure to a pressure of 5 kg / cm besonders bevorzugt ist. Ferner wird eine Berührungszeit (auf Basis von 0°C und 1 Atm.) im Bereich von 0,01 bis 50 Sek., vorzugsweise 0,1 bis 15.Sek., angewendet.is particularly preferred. Furthermore, a contact time (based on 0 ° C and 1 atm.) In the range of 0.01 to 50 seconds, preferably 0.1 to 15 seconds.
Während natürlich Sauerstoff selbst als molekularer Sauerstoff verwendet werden kann, ist technische Luft prak- ~ tischer. Ferner gehören solche inerten Gase, welche die Reaktion nicht beeinflussen, wie Dampf, Stickstoff, gesättigte Kohlenwasserstoffe (z.B. Methan, Äthan, Propan, Butan, Pentan und Hexan), zu einer Klasse, die in das Reakt ions system eingeführt werden kann.While of course oxygen itself as molecular Oxygen can be used, technical air is more practical. Also include those inert gases that do not affect the reaction, such as steam, nitrogen, saturated Hydrocarbons (e.g. methane, ethane, propane, butane, pentane and hexane), to a class that can be introduced into the reaction system.
Bei der Reaktionsvorrichtung, die bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung zu verwenden ist, kann es sich um irgendeinen der bekannten Typen handeln, z. B. um eine Vorrichtung vom Wirbelbett-Typ, vom Typ eines bewegten Betts und vom " Festbett-Typ. Jedoch ist das Ver-In the reaction device to be used in carrying out the method according to the invention, it can be any of the known types, e.g. B. a fluidized bed type device of the type moving bed and of the "fixed bed type. However, the
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fahren gemäß der Erfindung besonders wirksam, wenn es als Festbettreaktion durchgeführt wird, bei der die Regulierung der Reaktionstemperatur infolge der durch die katalytische Reaktion erzeugten Wärme als schwierig angesehen wird.drive according to the invention particularly effective when it is carried out as a fixed bed reaction, in which the regulation of the reaction temperature due to the heat generated by the catalytic reaction is considered difficult will.
Das Reaktionsprodukt kann durch übliche Techniken gewonnen werden, indem es z.B. durch Kondensation verflüssigt wird oder mit einem Lösungsmittel gesammelt wird.The reaction product can be prepared by conventional techniques can be obtained by liquefying it e.g. by condensation or collecting it with a solvent.
Die beiden Arbeitsweisen gemäß der Erfindung, d.h. die vorstehend angeführten Verfahren I und II, werden nun nachstehend getrennt beschrieben.The two modes of operation according to the invention, i.e. methods I and II set forth above, will now be used described separately below.
Beim Verfahren I wird ein Monoolefin, dessen Molekül eine lineare Kette mit nicht weniger als 4 Kohlenstoffatomen aufweist, als Ausgangsolefin verwendet. Das Verfahren I ist bezüglich der Herstellung von 1,3-Butadien aus η-Buten(d.h. n-Buten-1, n-cis-Buten-2, n-trans-Buten-2 usw.) und insbesondere der Herstellung von Isopren aus Isoamylenen (d.h. 3-Methylbuten-l, 2-Methylbuten-l, 2-Methylbuten-2 usw.) weitaus wirksamer als die bekannten Verfahren.In the method I, a monoolefin whose molecule has a linear chain having not less than 4 carbon atoms is used as the starting olefin. Process I is based on the preparation of 1,3-butadiene η-butene (i.e. n-butene-1, n-cis-butene-2, n-trans-butene-2 etc.) and in particular the production of isoprene from isoamylenes (i.e., 3-methylbutene-1,2-methylbutene-1,2, 2-methylbutene-2, etc.) far more efficient than the known processes.
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In der britischen Patentschrift 912 795 wird ein binärer Molybdän/Wismut-Katalysator als Oxydationskatalysator zur Oxydation von Buten zu Butadien und Penten zu Isopren vorgeschlagen, jedoch beziehen sich die darin beschriebenen spezifischen Beispiele nur auf Buten und werden keine Beispiele für die Umwandlungsreaktion von Penten in Isopren angegeben. Ferner steigt gemäß dem Beispiel der Umsetzung von Buten-1 in Butadien (Beispiel 1 der angeführten Patentschrift) die Temperatur der Katalysatorschicht um 50 C infolge einer Wärmeerzeugung bei einer Reaktionstemperatur von 43O°C an. Dieser Tatsache ist zu entnehmen, daß bei der Oxydationsreaktion von Isoaxnylenen zu Isopren unter Verwendung eines Molybdän/Wismut-Katalysators eine beträchtliche Temperaturerhöhung im Innern der Katalysatorschicht auftreten würde: es würde nicht nur sehr schwierig, die Reaktionstemperatur zu regulieren, sondern auch Isoprenausbeute und -Selektivität würden herabgesetzt. Daher ist der technische Wert dieses Katalysators zweifelhaft. Tatsächlich ist/we in nachstehender Tabelle I angegeben ist), wenn die Temperatur im Innern der Katalysatorschicht beträchtlich (soviel wie 70°C) bei der Umwandlungsreaktion von 2-Methylbuten-2 in Isopren erhöht wird, die Regulierung der Reaktionstemperatur sehr schwierig. Ferner beträgt die Isoprenausbeute je Druchgang des Ausgangsmaterials nur 29,8%. Ferner ist neben den vorstehend angeführten Machteilen die Reproduzierbarkeit des Molybdän/Wismut-Katalysators gering, da sehr kleine Unter-In British patent specification 912 795, a binary molybdenum / bismuth catalyst is used as an oxidation catalyst for the oxidation of butene to butadiene and pentene Isoprene has been proposed, but the specific examples described therein relate only to butene and no examples are given of the conversion reaction of pentene to isoprene. Furthermore, according to the example of the conversion of 1-butene into butadiene (Example 1 of the patent cited) the temperature of the catalyst layer by 50 C due to heat generation at a reaction temperature of 43O ° C. This fact it can be seen that in the oxidation reaction of isoaxnylenes to isoprene using a molybdenum / bismuth catalyst a considerable increase in temperature in the Inside the catalyst layer would occur: it would not only very difficult to regulate the reaction temperature, but also isoprene yield and selectivity would be reduced. Therefore the technical value of this catalyst is doubtful. In fact, it is shown in Table I below) when the temperature inside the catalyst layer is increased considerably (as much as 70 ° C) in the conversion reaction of 2-methylbutene-2 to isoprene, regulating the reaction temperature very much difficult. Furthermore, the isoprene yield per pass of the starting material is only 29.8%. Furthermore, in addition to the disadvantages listed above, the reproducibility of the Molybdenum / bismuth catalyst low, as very small under-
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schiede In seinen Herstellungsbedingungen sowohl die Regulierbarkeit der Reaktionstemperatur als auch die Reaktionsergebnisse beeinflussen. Es ist somit ersichtlich, daß der Molybdän/Wismut-Katalysator viele Nachteile bei sedner Anwendung in der Technik aufweist. Andererseits ist ein binärer Molybdän/Lithium (oder Natrium)-Katalysator als Katalysator zur Erlangung von Butadien durch Oxydation von Buten in der japanischen Auslegeschriftdiffer in its manufacturing conditions affect both the controllability of the reaction temperature and the reaction results. It can thus be seen that the molybdenum / bismuth catalyst has many disadvantages when used in technology. On the other hand is a binary molybdenum / lithium (or sodium) catalyst as a catalyst to obtain butadiene by oxidation of Butene in the Japanese exposition
7483/1965 beschrieben, in der ein Beispiel angegeben wird. Gemäß Beispiel 1 der vorstehend angeführten japanischen Patentschrift beträgt die Auebeute an Butadien 17,7% und seine Selektivität 21%, wenn der Molybdän/Lithium-Katalysator bei der erhöhten Reaktionstemperatur von 6OO°C verwendet wird. In Beispiel 2 wird der Fall beschrieben, bei dem Buten im Kreislauf zurückgeführt wird. In jedem Fall ist zu vermuten, daß: es sich bein Molybdän/Lithium-Katalysator um einen Katalysator mit sehr niedriger Aktivität handelt.7483/1965 in which an example is given. According to Example 1 of the above Japanese patent specification, the yield of butadiene is 17.7% and its selectivity is 21% when the molybdenum / lithium catalyst is used at the elevated reaction temperature of 600 ° C is used. Example 2 describes the case in which butene is recycled. In each In this case, it can be assumed that: the molybdenum / lithium catalyst is a catalyst with very low activity.
Tatsächlich ist cLe Aktivität dieses Katalysators außerordentlich gering. Wie z.B. in der folgenden Tabelle 1< angegeben ist, ist bei der Umwandlungsreaktion von 2-Methylbuten-2 in Isopren mit diesem Katalysator praktisch keine Reaktivität festzustellen.In fact, the activity of this catalyst is extremely low. As indicated, for example, in Table 1 below, practically no reactivity can be found in the conversion reaction of 2-methylbutene-2 into isoprene with this catalyst.
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Im Gegensatz betrugen gemäß Verfahren I unter Verwendung des Katalysators gemäß der Erfindung, z.B. des ternären Molybdän/Wismut/Lithium-Katalysators, Ausbeute und Selektivität der Umsetzung von 2-Methylbuten-2 zu Isopren 42,8% bzw. 73,5t, was erstaunlich gute Werte sind. Ferner betrug dLe Temperaturerhöhung der Katalysatorschicht nur 21°C, was weniger als ein Drittel des Wertes des Molybdän/Wismut;—Katalysators ist. Dadurch wird die Verbrennungsreaktion in größtem Maß vermieden und wird es möglich, den Verlust des Ausgangsmaterials in hohem Maß herabzusetzen. In contrast, according to Method I using the catalyst according to the invention, for example the ternary molybdenum / bismuth / lithium catalyst, the yield and selectivity of the conversion of 2-methylbutene-2 to isoprene were 42.8% and 73.5 t, respectively, which is astonishing are good values. Furthermore, the temperature increase of the catalyst layer was only 21 ° C., which is less than a third of the value of the molybdenum / bismuth catalyst. This avoids the combustion reaction to the greatest possible extent and makes it possible to reduce the loss of the raw material to a great extent.
Zum Vergleich sind in der folgenden Tabelle I die Umwandlungsreaktionen von 2-Methylbuten-2 in Isopren durch Oxydation zusammengestellt.For comparison, the conversion reactions of 2-methylbutene-2 into isoprene are carried out in Table I below Oxidation put together.
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Katalysator (Atomverhältnis)Catalyst (atomic ratio)
der Reaktionstempe- Umsetzung von the Reaktionstempe- Umse estimation of
Reaktions- ratur und der maxi- 2-Methylbuten -iAusbeu-selektifornnem- malen Temperatur in J Reaction temperature and the maximum 2- methylbutene-iAusbeu-selective temperature in J Ausöeu beiejctxAusöeu beiejctx
der Katalysatorschicht (%) te v*tft of the catalyst layer (%) te v * t f t
( C) i^(C) i ^
KotBi (ItI)KotBi (ItI)
KoxBi (l«l)KoxBi (l «l)
Ko:Li (1:1)Ko: Li (1: 1)
Ko:Li (1:0,1)Ko: Li (1: 0.1)
TJbiBitLi (1:1:0,1) ibtBiiLi (1:1:0,1)TJbiBitLi (1: 1: 0.1) ibtBiiLi (1: 1: 0.1)
6565
7070
1818th
49,649.6
58,958.9
8/5 8/5
51,4 58,251.4 58.2
29,229.2
29,829.8
4,44.4
37,1 42.837.1 42.8
50,6 51,250.6 51.2
72;2 73,572 ; 2 73.5
Aus der vorstehenden Tabelle I geht somit hervor, daß die Selektivität bezüglich konjugierter Diolefine gemäß der Arbeitsweise des Verfahrens I vergrößert werden kann, wobei dies durch Herabsetzung der Bildung von Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd, die der Verbrennung von Ausgangsmaterial zuzuschreiben ist, und der Bildung ungesättigter Aldehyde infolge teilweiser Oxydation erreicht wird. Ferner wird infolge der Hemmung der Wärmeerzeugung in der Katalysatorschicht, die derartigenNebenreaktionen zuzuschreiben ist, nicht nur die Temperatur der Katalysatorschicht gleichförmig gemacht, um nicht nur eine leichte Regulierung der Reaktionstemperatur zu ermöglichen, sondern auch eine Zersetzung des Katalysators zu verhindern. Da ferner gemäß Verfahren I die Erzeugung großer Wärmemengen in der Katalysatorschicht infolge derartiger Nebenreaktionen vermieden werden kann, kann die Konzentration an Monoolefin im eingesetzten Gas über den Wert bekannter Verfahren heraufgesetzt werden. Außerdem kann die Ausbeute je Durchgang des eingesetzten Gases gemäß Verfahren I vergrößert werden. Aus Vorstehendem geht hervor, daß das Verfahren I nicht nur ein technisch durchführbares Verfahren ist, sondern daß auch die Herstellungskosten herabgesetzt werden können, da die Reaktionsvorrichtung kleiner ausgebildet werden kann; das zeigt, daß das Verfahren auch vom wirtschaftlichen Standpunkt her sehr vorteilhaft ist.From the above Table I it follows that that the selectivity with respect to conjugated diolefins according to the procedure of method I can be increased can, this being achieved by reducing the formation of carbon monoxide and carbon dioxide ascribable to the combustion of raw material, and the formation of unsaturated aldehydes due to partial oxidation. Further, due to the inhibition of heat generation in the catalyst layer attributable to such side reactions, not only the temperature of the catalyst layer becomes made uniform to allow not only easy regulation of the reaction temperature, but also easy regulation Prevent decomposition of the catalyst. Furthermore, according to method I, since the generation of large amounts of heat in the catalyst layer due to such side reactions can be avoided, the concentration of monoolefin in the The gas used can be increased above the value of known processes. In addition, the yield per pass of the gas used according to method I can be increased. From the above it can be seen that the method I not only is a technically feasible process, but that the manufacturing costs can also be reduced because the Reaction device can be made smaller; this shows that the process is also from an economic point of view is very beneficial.
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Das Verfahren I ist als Verfahren zur Herstellung der entsprechenden konj ugierten Diolefine aus den Monoolefinen mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 4 bis 6 Kohlenstoffatomen, geeignet. Z.B. wird 1,3-Butadien aus Buten-1 oder (eis- und trans-)Buten-2 und Isopren aus Isoamylenen, wie 3-Methylbuten-V2-Methylbuten-l und 2-Methyl-P buten-2, (cis-und trans-)Piperylen aus Penten-1 oder (cis- und trans-)Penten-2, 2,3-Diraethylbutadien aus 2,3-Dimethylbuten-2 und 4-Methylpentadien-I,3 aus 4-Methylpenten-l erhalten.Process I is as a process for preparing the corresponding conjugated diolefins from the monoolefins having 4 to 10 carbon atoms, preferably 4 to 6 carbon atoms, suitable. For example, 1,3-butadiene is made from butene-1 or (cis- and trans-) butene-2 and isoprene from isoamylenes, such as 3-methylbutene-V2-methylbutene-1 and 2-methyl-P butene-2, (cis- and trans-) piperylene from pentene-1 or (cis- and trans-) pentene-2, 2,3-diraethylbutadiene from 2,3-dimethylbutene-2 and 4-methylpentadiene-1,3 from 4-methylpentene-1 obtain.
Verfahren II (gleichzeitige Herstellung ungesättigter Aldehyde und konjugierter Diolefine)Process II (simultaneous production of unsaturated aldehydes and conjugated diolefins)
Beim Verfahren II wird als Ausgangsolefin ein Ge- ^ misch ausIn process II, a genus is used as the starting olefin ^ mix out
(a) Propylen und/oder Isobuten und(A) propylene and / or isobutene and
(b) einem Monoolefin verwendet, dessen Molekül eine lineare Kette mit nicht weniger als 4 Kohlenstoffatomen aufweist. Das Verfahren II macht es möglich, eine sich wirtschaftlich auszahlende Ausbeute unter stabilen Reaktionsbedingungen bei Anwendung auf folgende Fälle zu erzielen:(b) a monoolefin used, the molecule of which has a has a linear chain with not less than 4 carbon atoms. Process II makes it possible to achieve an economically viable yield under stable reaction conditions when applied to the following cases:
Gleichzeitige Herstellung von Acrolein, .und 1,3-Butadien aus einem Gemisch von Propylen und n-Buten;Simultaneous production of acrolein and 1,3-butadiene from a mixture of propylene and n-butene;
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gleichzeitige Herstellung von Methacrolein und 1,3-Butadien aus einem Gemisch von Isobuten und n-Buten; gleichzeitige Herstellung von Acrolein und Isopren aus einem Gemisch von Propylen und Isoamylen; gleichzeitige Herstellung von Methacrolein und Isopren aus einem Gemisch von Isobuten und Isoamylen.simultaneous production of methacrolein and 1,3-butadiene from a mixture of isobutene and n-butene; simultaneous production of acrolein and isoprene from a mixture of propylene and isoamylene; simultaneous production of methacrolein and isoprene from a mixture of isobutene and isoamylene.
Das Verfahren II ist als Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Methacrolein und 1,3-Buten aus einem Gemisch von Isobuten und η-Buten besonders wirksam. Obgleich die Synthese von Methacrolein oder 1,3-Butadien, bei der Isobuten oder η-Buten unabhängig einer katalytischen Dampfphasenoxydationsreaktion unterworfen werden, wie vorstehend beschrieben, bekannt ist und ihre technische Herstellung auch durchführbar ist, ist zu erwähnen, daß es erforderlich ist, als Ausgangsmaterialien Isobuten und n-Buten mit hoher Reinheit zu verwenden. Jedoch werden Isobuten und η-Buten technisch entweder durch Abtrennung von der sogenannten. (^-Fraktion (ein Gemisch von n-Buten, Isobuten, η-Butan, Isobutan und Butadien) oder durch Abtrennung von der ausgezogenen C4-Fraktion erhalten, die nach Extraktion von Butadien usw. aus der ersteren verbleibt; da sich jedoch die verschiedenen Bestandteile dieser Gemisehe in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften sehr gleichen, ist es weder einfach, Isobuten und n-ButenProcess II is particularly effective as a process for the simultaneous production of methacrolein and 1,3-butene from a mixture of isobutene and η-butene. Although the synthesis of methacrolein or 1,3-butadiene, in which isobutene or η-butene are independently subjected to a catalytic vapor phase oxidation reaction as described above, is known and its industrial production is also feasible, it should be noted that it is required as Use raw materials isobutene and n-butene with high purity. However, isobutene and η-butene are technically either by separation from the so-called. (^ Fraction (a mixture of n-butene, isobutene, η-butane, isobutane and butadiene) or obtained by separation from the extracted C 4 fraction which remains after extraction of butadiene, etc. from the former; however, since the The physical and chemical properties of the various constituents of this mixture are very similar, and it is not easy to combine isobutene and n-butene allein aus diesen Gemischen zu isolieren,, noch ist es leicht,to isolate from these mixtures alone, nor is it easy
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diese zu einem hohen Reinheitsgrad zu reinigen. Infolgedessen werden Isobuten und η-Buten, die als chemische Materialien verwendet werden sollen, recht teuer. Andererseits hat in den vergangenen·Jahren mit der Entwicklung der petrochemischen Industrie eine Erhöhung der Herstellung von C.-Fraktionen oder ausgezogenen, nach Extraktion von 1,3-Butadien aus ersteren verbleibenden C.-Fraktionen stattgefunden, welche als Nebenprodukt bei der Krackung von Erdöl-Naphtha hergestellt werden. Daher ist es dringend erwünscht, daß ein wirksamer Weg zur Verwendung dieser Fraktionen gefunden wird. Da es Verfahren Ii ermöglicht, die C4-Fraktionen oder die ausgezogenen C4-Fraktionen als Auegangsmaterial zu verwenden (da andere Bestandteile als Buten, die in den (^-Fraktionen und in den ausgezogenen C4-Fraktionen enthalten sind, z.B. Butadien, Isobutan und η-Butan, im wesentlichen an der Reaktion nicht teilnehmen, können sie lediglich als· Verdünnungsmittel betrachtet werden), ist die Bedeutung dieses Verfahrens sehr groß.to clean them to a high degree of purity. As a result, isobutene and η-butene to be used as chemical materials become quite expensive. On the other hand, in recent years, with the development of the petrochemical industry, there has been an increase in the production of C. fractions or extracted C. fractions remaining after extraction of 1,3-butadiene from the former, which are a by-product of the cracking of petroleum -Naphtha are produced. It is therefore imperative that an efficient way of using these fractions be found. Since process Ii enables the C 4 fractions or the extracted C 4 fractions to be used as starting material (since constituents other than butene that are contained in the (^ fractions and in the extracted C 4 fractions, e.g. butadiene, Isobutane and η-butane, essentially not taking part in the reaction (they can only be regarded as diluents), the importance of this process is very great.
Ferner werden gemäß Verfahren II nur ungesättigte Aldehyde nund konjugierte.Diolefine in guter Ausbeute gebildet. Die Bildung von ungesättigten Säuren ist gering, und der größere Teil der Nebenprodukte ist entweder Kohlenmonoxyd oder Kohlendioxyd. Da ferner die ungesättigten Aldehyde und konjugierten Diolefine voneinander in ihrenFurthermore, according to process II, only unsaturated aldehydes and conjugated diolefins are formed in good yield. The formation of unsaturated acids is low, and the greater part of the by-products is either carbon monoxide or carbon dioxide. There are also the unsaturated Aldehydes and conjugated diolefins from each other in their
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physikalischen und chemischen Eigenschaften sehr abweichen, werden sie leicht getrennt und gereinigt. Die Abtrennung und Reinigung der Nebenprodukte kann ebenfalls leicht durchgeführt werden.physical and chemical properties differ greatly, they are easily separated and cleaned. The separation and purification of the by-products can also can be easily carried out.
So ermöglicht Verfahren XI nicht nur mit guter Ausbeute die gleichzeitige Herstellung ungesättigter Aldehyde und konjugierter Diolefine, indem in Gegenwart eines spezifischen Katalysators verschiedene Reaktionen mit unterschiedlichem Verlauf - wie vorstehend beschrieben -durchgeführt werden, sondern führt.auch zu einem außerordentlichen technischen Effekt, da es die direkte Verwendung der Cj-Fraktionen und der ausgezogenen C.-Fraktionen ermöglicht.Process XI not only enables the simultaneous production of unsaturated aldehydes and conjugated diolefins with good yield by using various reactions in the presence of a specific catalyst different course - as described above - can be carried out, but also leads to an extraordinary technical effect, since it is the direct use of the Cj fractions and the extracted C. fractions.
Der binäre Holybdän/Wismut-Katalysator der britischen Patentschrift 912 795 und der japanischenThe binary Holybdenum / bismuth catalyst of British Patent 912 795 and Japanese
wird als Katalysator zur Verwendung bei der getrennten Herstellung ungesättigter Aldehyde und konjugierter Diolefine vorgeschlagen. Wenn jedoch dieser Katalysator selbst bei den unabhängigen Reaktionen verwendet wurde, war der Anteil unerwünschter Nebenprodukte groß. Ferner traten bei Verwendung in einem Festbettreaktionsgefäß oft Schwierigkeiten bei der Regulierung der Reaktionstemperatur auf, da leicht heiße Stellen auftraten, die eine Zersetzung des Katalysators bewirkten. Ferner beeinflussen geringe Unterschiedeis used as a catalyst for use in the separate manufacture of unsaturated aldehydes and conjugated diolefins suggested. However, when this catalyst was used even in the independent reactions, the proportion was unwanted by-products large. Furthermore, difficulties often occurred when used in a fixed bed reaction vessel when regulating the reaction temperature, as hot spots slightly appeared, which caused decomposition of the catalyst. Furthermore, minor differences affect
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in den Herstellungsbedingungen des Katalysators sowohl die Regulierbarkeit der Reaktionstemperatur als auch die Ergebnisse der Reaktion, was ihre geringe Reproduzierbarkeit veranschaulicht. Daher handelt es sich um einen schlechten Katalysator zur Durchführung einer technischen Herstellung ungesättigter Aldehyde und konjugierter Diolefine. Wenn die Reaktion (Temperatur 443°C) zur gleichzeitigen Herstellung von Methacrolein und Butadien aus einem Gemisch von Isobuten und η-Buten unter Verwendung des binären Molybdän/Wismut-Katalysators durchgeführt wurde, betrug die Umsetzung von Isobuten und n-Buten 38,1% bzw. 9,6% und die Au-beuten von Methacrolein und Butadien betrugen 33,4% und 3,5%, was außerordentlich niedrige Werte sind.in the production conditions of the catalyst both the controllability of the reaction temperature and the Results of the reaction, which illustrates its poor reproducibility. Hence, it is one poor catalyst for carrying out an industrial production of unsaturated aldehydes and conjugated diolefins. When the reaction (temperature 443 ° C) for the simultaneous production of methacrolein and butadiene from one Mixture of isobutene and η-butene was carried out using the binary molybdenum / bismuth catalyst, the conversion of isobutene and n-butene was 38.1% and 9.6% and the yields of methacrolein and butadiene were 33.4% and 3.5%, which are extremely low values are.
Andererseits wurde der binäre Molybdän/Lithium-Katalysator in Kogyo Kagaku Zasshi, Bd. 67, Nr. 7 (1964), S. 1021 als Katalysator zur Herstellung von Acrolein durch oxydative Umsetzung von Propylen angeführt, jedoch lag die Ausbeute von Acrolein in diesem Fall in der Größenordnung von Spuren, woraus eine sehr geringe katalytische Aktivität hervorgeht. Ferner wurde praktisch keine Reaktivität bei dieser Reaktion bezüglich der Erlangung von Methacrolein aus Isobuten unter Verwendung dieses Katalysators festgestellt. Ferner ist in der japanischenOn the other hand, the binary molybdenum / lithium catalyst in Kogyo Kagaku Zasshi, Vol. 67, No. 7 (1964), S. 1021 listed as a catalyst for the production of acrolein by oxidative conversion of propylene, but was the yield of acrolein in this case is of the order of traces, indicating a very low catalytic activity. Furthermore, there was practically no reactivity in this reaction for obtaining methacrolein from isobutene using this catalyst established. Furthermore, in Japanese
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ben ,in dgm ein binärer Molybdän/Lithium (oder NatriumJ-Katalysator bei der Herstellung von Butadien durch Oxydation von Buten verwendet wird, jedoch waren - wie vorstehend angegeben- die Ergebnisse der Reaktion sehr unbefriedigend. Wenn dieser binäre Molybdän/Lithium-Katalysator bei einer Reaktion (Temperatur 449°C) zur gleichzeitigen Herstellung von Methacrolein und 1,3-Butadien aus einem Gemisch von Isobuten und η-Buten verwendet wurde, betrugen die Umsetzungen von Isobuten und n-Buten 15,2% bzw. 4,6% und die Ausbeuten von Methacrolein und 1,3-Butadien 12,1% bzw. 2,1%, was in beiden Fällen sehr niedrige Werte sind; daraus geht praktisch keine Reaktivität hervor.ben, in dgm a binary molybdenum / lithium (or sodium / catalyst in the production of butadiene by the oxidation of Butene is used, however, as indicated above, the results of the reaction were very unsatisfactory. If this binary molybdenum / lithium catalyst in a reaction (temperature 449 ° C) for simultaneous production of methacrolein and 1,3-butadiene from a mixture of isobutene and η-butene was used, the conversions of isobutene and n-butene were 15.2% and 4.6%, respectively Yields of methacrolein and 1,3-butadiene 12.1% and 2.1%, which are very low values in both cases; there is practically no reactivity from this.
Wenn im Gegensatz dazu Verfahren' II unter Verwendung des Katalysators gemäß der Erfindung, z.B. eines trinären Molybdän/Wismut/Lithium-Katalysators, durchgeführt wurde, betrugen die Umsetzungen von Isobuten und η-Buten bei der gleichen Reaktion (Temperatur 442°C), wie vorstehend beschrieben, 70,7% bzw. 46,7% und die Ausbeuten an Methacrolein und Butadien 59,9% bzw. 44,7%; das sind völlig überraschende Ergebnisse. Ferner traten keine heissen Stellen (die stets ein Problem bei hochaktiven Katalysatoren darstellen) während der Reaktion auf und wurde eine sehr leichte Regulierung der Temperatur erzielt. AuchIn contrast, if process' II using the catalyst according to the invention, e.g. trinary molybdenum / bismuth / lithium catalyst, the conversions of isobutene and η-butene in the same reaction (temperature 442 ° C.) as described above, 70.7% and 46.7% and the yields of methacrolein and butadiene 59.9% and 44.7%, respectively; these are completely surprising results. Furthermore, no hot spots (which are always a problem with highly active catalysts) occurred during the reaction and did not a very easy regulation of the temperature is achieved. Even
traten keine Nebenreaktionen auf.no side reactions occurred.
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Die im Verfahren II verwendeten Monoolefine sind vorzugsweise solche mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen, insbesondere 4 bis 6 Kohlenstoffatomen. Beispiele dieser Monoolefine sind n-Butene (d.h., n-Buten-1, n-cis- und n-trans-Buten-2 usw.), Isoamylene (d.h., 2-Methylbuten-2, 2-Methylbuten-l,3-Methylbuten-l usw.), Penten-1, cis-Penten-2 oder trans-Penten-2, 2,3-Dimethylbuten-2, 4-Methy1-penten-1 oder deren Gemische. Ferner können Propylen und Isobutylen getrennt mit den Monoolefinen vermischt werden oder sie können in Abhängigkeit vom gewünschten Ziel zusammen mit den Monoolefinen vermischt werden.The monoolefins used in process II are preferably those having 4 to 10 carbon atoms, in particular 4 to 6 carbon atoms. Examples of this Monoolefins are n-butenes (i.e., n-butene-1, n-cis and n-trans-butene-2 etc.), isoamylenes (i.e., 2-methylbutene-2, 2-methylbutene-1, 3-methylbutene-1 etc.), pentene-1, cis-pentene-2 or trans-pentene 2, 2,3-Dimethylbutene-2, 4-Methy1-pentene-1 or mixtures thereof. Furthermore, propylene and Isobutylene can be mixed separately with the monoolefins or they can be mixed together with the monoolefins depending on the desired goal.
Die Konzentration des Gemische von Propylen (oder Isobuten) und Monoolefin im in das Reaktionsgefäß einzuleitenden Einsatzgas soll vorzugsweise im Bereich von 1 bis 25 Vol.-% liegen. Andererseits liegt das Molverhältnis des Gemische von Propylen (oder Isobuten) und Monoolefin zu molekularem Sauerstoff geeigneterweise im Bereich von l:(0,l bis 5,0). Das Verhältnis von Propylen (oder Isobuten) und Monoolefin im Gemisch ist kein Faktor, der irgendeinen bestimmten Einfluß auf die Reaktion ausUbt. Daher kann das gewünschte Ziel mit völlig befriedigenden Ergebnissen erreicht werden, selbst wenn das Verhältnis von Propylen (oder Isobuten) zu Monoolefin in geeigneter Weise (wobei die Menge des einen größer als die des anderen istThe concentration of the mixture of propylene (or isobutene) and monoolefin in the feed gas to be introduced into the reaction vessel should preferably be in the range of 1 up to 25% by volume. On the other hand, the molar ratio of the mixture of propylene (or isobutene) and monoolefin is to molecular oxygen suitably in the range of 1: (0.1 to 5.0). The ratio of propylene (or isobutene) and monoolefin in the mixture is not a factor which has any particular influence on the reaction. Therefore the desired goal can be achieved with completely satisfactory results even if the ratio of Propylene (or isobutene) to monoolefin in a suitable manner (the amount of one being greater than that of the other
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oder umgekehrt) in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit der Aüsgangsmaterialien oder dem Verhältnis variiert wird, in dem die angestrebten Produkte verlangt werden usw.or vice versa) is varied depending on the availability of the starting materials or the ratio, in which the desired products are required, etc.
Nachstehend wird die Erfindung durch Beispiele näher erläutert. Die Umsatz-, Ausbeute- und Selektivitätsraten, die in den Beispielen und in der vorstehenden Tabelle I angegeben werden, werden mit folgenden Gleichungen berechnet: ·The invention is explained in more detail below by means of examples. The conversion, yield and selectivity rates used in the examples and in the preceding Table I are calculated using the following equations:
unumgesetztes Monoolefin (Mol) χ unreacted monoolefin (mole ) χ
eingesetztes Monoolefin (Mol)used monoolefin (mol)
Propylen oder Isobuten- ■ eingesetztes Propylen oder Isoumsatz (%) buten (Mol) - unumgesetztesPropylene or isobutene- ■ used propylene or iso conversion (%) butene (mol) - unreacted
Propylen oder Isobuten (Mol) .__ eingesetztes Propylen oder Isobuten (Mol) Propylene or isobutene (mol ) .__ propylene or isobutene used (mol)
Ausbeute an konjugiertem gebildetes konjugiertes Diole-DiQlefin (%) " fin (Mol) χ 1Q0 Yield of conjugated conjugated diol-diolefin formed (%) " fin (mol) χ 1Q0
eingesetztes Monoolefin (Mol)used monoolefin (mol)
Ausbeute an ungesättigten gebildete ungesättigte Alde-Aldehyden (%) hy de (Mol) χ 1QQ Yield of unsaturated formed unsaturated alde aldehydes (%) hy de (mol) χ 1QQ
eingesetztes Propylen oder Isobuten (Mol)propylene or isobutene used (mol)
eingesetztes Monoolefin (Mol) Selektivität (%) « Ausbeute χ lQQ Monoolefin used (mol) Selectivity (%) «Yield χ IQQ
Umsatzsales
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20013A520013A5
Es werden 202 g Molybdäntrioxyd und 326 g Wismutoxyd sorgfältig vermischt, wonach eine wäßrige Lösung von 5,9 g Lithiumhydroxyd (LiOH.H2O) in 50 ml Wasser zugegeben und sorgfältig gemischt wird. Dann wird in Luft zwei Stunden lang bei 500°C calciniert und danach' zerkleinert. Es wird eine kleine Menge Graphit zum zerkleinerten Produkt gegeben und sorgfältig eingemischt, wonach Tabletten mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Länge von 5 mm mit einer Tciblettenvorrichtung gebildet werden. Die gebildeten Tabl· ten werden danach in Luft 16 Stunden lang bei 55O°C zur Erlangung des Katalysators calciniert. Das Atomverhältnie der Metallelemente in dem auf diese Weise erhaltenen Katalysator (A-2) beträgt Mo:Bi:Li«l:l:0,l. Es werden Katalysatoren (A-I, A-3, A-4, A-5 und A-6) mit den in den Tabellen II bis V angegebenen Zusammensetzungen in gleicher Weise hergestellt. Ferner werden Molybdän/Wismut/Natrium/Sauerstoff-Katalysatoren (A-7 und A-8), wie sie in den Tabellen II bis V angegeben sind, unter Verwendung von Natriumhydroxyd anstelle von Lithiumhydroxyd hergestellt.202 g of molybdenum trioxide and 326 g of bismuth oxide are carefully mixed, after which an aqueous solution of 5.9 g of lithium hydroxide (LiOH.H 2 O) in 50 ml of water is added and mixed carefully. It is then calcined in air for two hours at 500 ° C. and then comminuted. A small amount of graphite is added to the crushed product and mixed thoroughly, after which tablets 5 mm in diameter and 5 mm in length are formed with a tablet machine. The tablets formed are then calcined in air for 16 hours at 550 ° C. to obtain the catalyst. The atomic ratio of the metal elements in the catalyst (A-2) obtained in this way is Mo: Bi: Li «1: 1: 0.1. Catalysts (AI, A-3, A-4, A-5 and A-6) with the compositions given in Tables II to V are prepared in the same way. Furthermore, molybdenum / bismuth / sodium / oxygen catalysts (A-7 and A-8), as shown in Tables II to V, are made using sodium hydroxide instead of lithium hydroxide.
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Herstellung eines Molybdän/Wismut/Sauerstoff-KatalysatorsManufacture of a molybdenum / bismuth / oxygen catalyst
Es werden 202 g Molybdäntrioxyd, 326 g Wismutoxyd und 50 ml Hasser sorgfältig vermischt. Nach 2stündiger Calctnierung dieser Mischung in Luft bei 50O0C wird das . i calcinierte Produkt zerkleinert. Das zerkleinerte Produkt wird wie in Beispiel 1 behandelt und zu einem Katalysator in Tablettenform verarbeitet. Das Atomverhältnis der Metallelemente dieses Katalysators (b-2) beträgt Mo:Bi-l:l. Es werden Katalysatoren (B-I und B-3) mit den in Tabelle II angegebenen Zusammensetzungen in gleicher Heise hergestellt.202 g of molybdenum trioxide, 326 g of bismuth oxide and 50 ml of Hasser are carefully mixed. After calcination of this mixture in air at 50O 0 C for 2 hours. i crushed calcined product. The comminuted product is treated as in Example 1 and processed into a catalyst in tablet form. The atomic ratio of the metal elements of this catalyst (b-2) is Mo: Bi-1: 1. Catalysts (BI and B-3) with the compositions given in Table II are prepared in the same way.
Herstellung eines Molybdän/Lithium(oder Natrium)/Sauerstoff -Katalysators.Manufacture of a molybdenum / lithium (or sodium) / oxygen catalyst.
. Es werden 16,8 g Lithiumhydroxyd (LiOILH2O) in 50 ml Wasser gelöst. Während diese wäßrige Lösung erhitzt wird/ werden 233 g Molybdäntrioxyd langsam unter Rühren zugegeben.. 16.8 g of lithium hydroxide (LiOILH 2 O) are dissolved in 50 ml of water. While this aqueous solution is being heated, 233 g of molybdenum trioxide are slowly added with stirring. Die auf diese Weise erhaltene Lösung wird unter sorgfältigem Rühren durch Eindampfen getrocknet. Das getrocknete Produkt wird dann wie in Beispiel 1 behandelt und zu einemThe solution obtained in this way is dried by evaporation with careful stirring. The dried one Product is then treated as in Example 1 and becomes a
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Katalysator in Tablettenform verarbeitet. Das Atomver hältnis der Metallelemente in diesem Katalysator (C-2) beträgt Mo:Li-l:0,l. Catalyst processed in tablet form. The atomic ratio of the metal elements in this catalyst (C-2) is Mo: Li-1: 0.1.
Es wird ein Katalysator (C-I) der in Tabelle II angegebenen Zusammensetzung wie vorstehend beschrieben w mit der Ausnahme hergestellt, daß eine Calcinierungstem-A catalyst (CI) of the composition given in Table II is prepared as described above w with the exception that a calcination tem-
peratur von 45O°C und eine Caldnierungsdauer von 16 Stunden angewendet wird.temperature of 450 ° C and a calcination time of 16 hours is used.
Ferner wird ein Molybdän/Natrium/Sauerstoff-Katalysator (C-3) der in Tabelle II angegebenen Zusammensetzung unter Verwendung von Natriumhydroxyd anstelle von Lithiumhydroxyd hergestellt.A molybdenum / sodium / oxygen catalyst (C-3) of the composition given in Table II is also used made using sodium hydroxide instead of lithium hydroxide.
Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Kataly satoren werden in Mengen von jeweils 60 ml in ein rostfreies Stahlreaktionsrohr mit einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Länge von 600 mm gegeben, wonach die Oxydatjonsxeaktion von 2-Methylbuten-2 zu Isopren durch Erhit The various catalysts described above are placed in amounts of 60 ml each in a stainless steel reaction tube with an inner diameter of 25 mm and a length of 600 mm, after which the Oxydatjonsxeaktion of 2-methylbutene-2 to isoprene by heating
zung mit einem geschmolzenen Metallbad durchgeführt wird.is carried out with a molten metal bath.
Das Molverhältnis von 2-Methylbuten-2!Sauerstoff:The molar ratio of 2-methylbutene-2! Oxygen:
Stickstoff:Dampf im eingesetzten Ausgangsgas beträgt inNitrogen: vapor in the starting gas used is in
009830/1969009830/1969
allen Fällen 1:1:11,5:11,5 und die scheinbare Berührungsdauer beträgt 3 Sekunden. in all cases 1: 1: 11.5: 11.5 and the apparent duration of contact is 3 seconds.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle II dargestellt. Das in der Tabelle angegebene Symbol Δ Τ (0C) stellt die Differenz zwischen der Temperatur des Metallbades (Reaktionstemperatur) und der maximalen Temperatur der Temperaturverteilung im Innern der Katalysatorschicht dar, die infolge der exothermen Reaktion angestiegen ist. So ist der Άτ-Wert umso kleiner, je kleiner bzw. flacher die Temperaturverteilung in der Katalysatorschicht ist, was darauf hinweist, daß die Regulierung der Reaktionstemperatur auf dieses Ausmaß vereinfacht wurde.The results obtained are shown in Table II. The symbol Δ ( 0 C) given in the table represents the difference between the temperature of the metal bath (reaction temperature) and the maximum temperature of the temperature distribution inside the catalyst layer, which has increased as a result of the exothermic reaction. Thus, the smaller or flatter the temperature distribution in the catalyst layer, the smaller the Άτ value, which indicates that the regulation of the reaction temperature has been simplified to this extent.
009830/1969009830/1969
(Nr.) Katalysator(No.) Catalyst
(Atomverhältnis)(Atomic ratio)
Temperatur des Metallbades Reaktionstemperatur (0C)Temperature of the metal bath reaction temperature (0 C)
(Beispiel gemäß der Erfindung); (oder Na)-O-Kata-(Example according to the invention); (or Na) -O-Kata-
LvsatoLvsato
oo I.
oo
CDCD
(O
CO - Λ
(O
CO
446446
414 425 434 441 451 459414 425 434 441 451 459
445445
411411
436 446 455436 446 455
416 443 451416 443 451
421 441 450421 441 450
410 420 429 444410 420 429 444
Umsatz von
2-Methylbuten-2Sales of
2-methylbutene-2
Ausbeutetät IM Yield is IM
Isopren CO + COIsoprene CO + CO
Selektivi-Aus- Selektiv!Selective-Off Selective!
34f234 f 2
24r9
35,624 r 9
35.6
45T3
5lr4
5β 245 T 3
5l r 4
5β 2
58(4
56,258 (4th
56.2
26f5
43,9
48i826 f 5
43.9
48i8
54f4
32f854 f 4
32 f 8
6ljo6ljo
35,8
1
54r435.8
1
54 r 4
29,7
39r9
629.7
39 r 9
6th
54,154.1
22,422.4
20.9 26,6 32 9 37T1 42,820.9 26.6 32 9 37 T 1 42.8
39,4 34,839.4 34.8
20,3 3l{6 34(6 35,220.3 3l {6 34 (6 35.2
25,1 37,6 37,825.1 37.6 37.8
26,7 34,4 35,826.7 34.4 35.8
21,9 27,0 321 34,0 21.9 27.0 321 34.0
65,565.5
83,9 74,7 72,4 72,283.9 74.7 72.4 72.2
73,5 67,573.5 67.5
62,062.0
76,6 71,9 70.9 64^776.6 71.9 70.9 64 ^ 7
76,5 65 61J9 76.5 65 61J9
74,5 68,7 65,874.5 68.7 65.8
73,8 677 63,4 62,873.8 677 63.4 62.8
h 3,8 h 3.8
4,74.7
5)5 625) 5 62
6;6 7,0 2,26 ; 6 7.0 2.2
5,15.1
2,72.7
5,4 5[65.4 5 [6
5,e5, e
f 4,8 f 4.8
61 7/161 7/1
10.7 10,4 10.7 loj 10.7 10.4 10.7 loj
Tabelle II (Fortsetzung) Table II (continued)
Beispiel gemäß der Erfindung
Mo-Bi-Li (oder Na) -O-KatalvsatritExample according to the invention
Mo-Bi-Li (or Na) -O-catalvsatrite
(A-8) Ko; Bi* ITa = 1:1:0.1 (A-8) Ko; Bi * ITa = 1: 1: 0.1
(Vergleich)(Comparison) Mo-Bi-O-KatalysatorMo-Bi-O catalyst
IiO. (B-2) Mo:Bi - 1:1 OK. (B-2) Mon: Bi - 1: 1
(B-3) ,IJo :Bi - Ii 2(B-3), IJo: Bi - Ii 2
(Vergleich)
Mo-Li (oder Na)-O-KatäLysator(Comparison)
Mo-Li (or Na) -O catalyst
(C-I)(C-I)
IiIII
ι (jC-2) KbχLi ·» isO.l (C-5) Ko: Na » IiI ι (jC-2) KbχLi · » isO.l (C-5) Ko: Na» IiI
444444
413 432 440 450413 432 440 450
440440
41,3 47,7 51,241.3 47.7 51.2
38?5 32,9 45?738 ? 5 32.9 45 ? 7th
4949
497O49 7 O
4f54 f 5
12,312.3
28,928.9
315315
54,5 35?454.5 35 ? 4th
20 S 20 p
29 J β ΐ 29 J β ΐ
70.0 ■66>1 70.0 ■ 66> 1
6/,46 /, 4
β?4β? 4
50^050 ^ 0
lrS 4V4l r S 4V4
5i5i
5858
30 -30 -
Aus Tabelle II geht hervor, daß die Differenz zwischen der Reaktionstanperatur und der Temperatur im Innern der Katalysatorschiclit beim Verfahren gemäß der Erfindung gegenüber den Vergleichsversuchen auffallend gering ist. Ferner ist ersichtlich, daß sowohl die Umsetzung von 2-Methylbuten-2 als auch die Ausbeute von Isopren, des ange- \ strebten Produkts, und dessen Selektivität außerordentlich ansteigen, während die Bildung von Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd herabgesetzt wird.From Table II it can be seen that the difference between the reaction temperature and the temperature inside the catalyst slice in the process according to the invention is remarkably small compared to the comparative experiments. Further, it can be seen that both the reaction of 2-methylbutene-2 and the yield of isoprene, of reasonable \ desired product, and its selectivity greatly increase, while the formation of carbon monoxide and carbon dioxide is lowered.
Es wird der in Beispiel 4 verwendete Katalysator (A-2) verwendet; die Reaktionen werden wie in Beispiel 4 mit der Ausnahme durchgeführt, daß das Molverhältnis von 2-Methylbuten-2:Sauerstoff:Stickstoff:Dampf variiert wird. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle III dargestellt.The catalyst (A-2) used in Example 4 is used; the reactions are as in Example 4 performed with the exception that the molar ratio of 2-methylbutene-2: oxygen: nitrogen: steam is varied. The results obtained are shown in Table III.
U09630/1969U09630 / 1969
IsoprenIsoprene
"CO + CO."CO + CO.
oi Ioi I
Temperatur des MeTemperature of the me
2-rMethylbüten-2 sSäu- tallbades (ReakerstoffiStickstof£: tionstemperatur) Dampf CMolverhältnis) (0)2-methylbene-2 column bath (reactant / nitrogen: ion temperature) vapor / molar ratio) ( 0 )
Selekti- : lSelective: l
Umsatz von vität Ausbeute vttät
2-Methyl- Ausbeute
bConversion of vity yield vttät 2-methyl yield
b
toto
CDCD
toto
- 32 -- 32 -
Es werden kontinuierliche Umsetzungen unter iden- ■ tischen Bedingungen wie in Beispiel 4 unter Verwendung des darin eingesetzten Katalysators (A-2) durchgeführt. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle IV dargestellt.There are continuous reactions under identical conditions as in Example 4 using the Catalyst (A-2) used therein carried out. The results obtained are shown in Table IV.
0 09830/19690 09830/1969
ο> fr«ο> fr «
Q) 4» "*-*Q) 4 »" * - *
f-4f-4
α οι 'α οι '
•0 4*• 0 4 *
•H•H
M ~M ~
4» O)A4 »O) A
Q) 4» w Q) 4 » w
Q)Q)
1 CM
1
OO
- ε ε -- ε ε -
009830/1969009830/1969
Die Umsetzung von Buten-1 zu 1,3-Butadien durch Oxydation wird wie in Beispiel 4 unter Verwendung des darin eingesetzten Katalysators (A-2) mit der Ausnahme durchgeführt, daß eine Reaktionstemperatur von 432°C und eine scheinbare Berührungsdauer von 3,0 Sek. angewendet wird,The conversion of 1-butene to 1,3-butadiene by Oxidation is carried out as in Example 4 using the catalyst (A-2) used therein, except that a reaction temperature of 432 ° C and a Apparent contact time of 3.0 seconds is applied,
wobei das Molverhältnis des eingesetzten Gases, d.h., von Buten-1:Sauerstoff!Stickstoff:Dampf, 1:1:4:6 beträgt· Infolgedessen betrug A T 2l°c, die Umsetzung von Buten-1 82,5% und Ausbeute und Selektivität 70,5% bzw. 85,5%.where the molar ratio of the gas used, ie of butene-1: oxygen! nitrogen: steam, is 1: 1: 4: 6. As a result, A T was 21 ° C., the conversion of butene-1 was 82.5% and yield and Selectivity 70.5% and 85.5%, respectively.
Indem wie in Beispiel4 verfahren wird, werden Reaktionen zur gleichzeitigen Herstellung von Methacrolein
ψ und Butadien durch Oxydation eines Gemische von Isobuten
und η-Buten (Gemisch von n-Buten-1, n-cis-Buten-2 und ntrans-Buten-2) durchgeführt. Das Molverhältnis von Isobuten :n-Buten: Sauerstoff :Stickstoff:Dampf beträgt in allen
Fällen 0,5:0,5:2:8:6 und es wird eine scheinbare Berührungs- ' dauer von 3,6 Sek. angewendet. Die erhaltenen Ergebnisse
sind in Tabelle V angegeben.
• ■ ' By proceeding as in Example 4, reactions for the simultaneous production of methacrolein ψ and butadiene by oxidation of a mixture of isobutene and η-butene (mixture of n-butene-1, n-cis-butene-2 and n-trans-butene-2) carried out. The molar ratio of isobutene: n-butene: oxygen: nitrogen: steam is 0.5: 0.5: 2: 8: 6 in all cases and an apparent contact time of 3.6 seconds is used. The results obtained are shown in Table V.
• ■ '
Aus Tabelle V geht hervor, daß nach dem Verfahren gemäß der Erfindung Methacrolein und 1,3-Butadien inFrom Table V it can be seen that, according to the method according to the invention, methacrolein and 1,3-butadiene in
ί 009830/1969 ■ί 009830/1969 ■
■- 35 -" · '■'■". ; ' ■'"■"' ■■ - 35 - "· '■' ■". ; '■' "■" '■
außerordentlich guter Ausbeute gegenüber den Vergleichsverfahren und ferner sowohl bei niedrigeren Temperaturen
und insbesondere höheren Umsätzen von Isobuten und n-Buten als auch mit besonders befriedigenden höheren Selektivitäten
erhalten werden. Ferner ist die Bildung von. Nebenprodukten,
wie Methacrylsäure, Kohlenmohoxyd und Kohlendioxyd, gering.extraordinarily good yield compared to the comparison processes and furthermore both at lower temperatures
and in particular higher conversions of isobutene and n-butene and also with particularly satisfactory higher selectivities. Furthermore, the formation of. By-products such as methacrylic acid, carbon dioxide and carbon dioxide are low.
009830/1969009830/1969
frfr
I VOI VO
1Ό O CJ1Ό O CJ
ratur.rature.
L cbc.)L c b c.)
416
432
442402
416
432
442
443
471
494416
443
471
494
793
81,0)
84,7)76.2)
793
81.0)
84.7)
8,5
11 1
15,2 6.3
8.5
11 1
15.2
81 1
79,7
95,986.3
81 1
79.7
95.9
Metallbades(Re-Temperature of
Metal bath
AtomverhältnisAtomic ratio
489'449
489
29,4
36,7
44,7 23.2
29.4
36.7
44.7
tor Mo-Bi-Li (or Na) -O-Kataljsa-
gate
52 2
6811
70,7 40.2
52 2
6811
70.7
. 36 8
46ll
46; 7726.9
. 36 8
46ll
46 ; 7 7
41,4
59f9 30.0
41.4
59f9
87,8)
87,5)
88,7) 88.7)
87.8)
87.5)
88.7)
88,5
64,0
62,7730.7
88.5
64.0
62, 7 7
3β;ι
45,3
58j5 22.8
3β; ι
45.3
58j5
96
I7i3
24,32.5
96
I7i3
24.3
33,4
39,6
5lj8 20.2
33.4
39.6
5lj8
,47/a)[45.6)
, 47 / a)
2o;i15.2
2o; i
e.a 4.6
ea
15;1 I 12.1 (
15; 1 I.
f * (C-2) i.! O: Li - 1: 0.1 '
f *
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-
1970
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- 1970-01-13 NL NL7000428A patent/NL141850B/en unknown
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SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
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