DE2050155C3 - Verfahren zur Herstellung eines Antimon, Molybdän, Vanadin und Wolfram enthaltenden Oxydationskatalysators - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Antimon, Molybdän, Vanadin und Wolfram enthaltenden OxydationskatalysatorsInfo
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Description
weise Gemische aus hochdispersem Siliciumdioxid 150 bis 275°C, insbesondere bei 200 bis 2500C in
und Kieselgur und/oder Montmorillonit erwiesen. 1. Stufe in sauerstoffhaltigem Gas erhitzten Roh-
Mit dem Mengenverhältnis zwischen Katalysator- Katalysatormasse, erforderlichenfalls nach Mahlung
substanz und Trägermaterial und insbesondere mit dem dieser Masse und Zusatz üblicher Preflhilfsmittel, beiMengenverhältnis
zwischen den Trägerkomponenten 5 spielsweise Graphit, in üblichen Verpreß- und Extrumit
hoher und geringer Oberfläche kann die Aktivität diereinrichtungen geformt werden,
des Katalysators in gezielter Weise verändert werden. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung Die Herstellung der Katalysatoren kann erfolgen, der Erfindung erreicht man eine Aktivitätsabstufung indem man Oxide und/oder Nitrate und/oder Ammon- der erfindungsgemäßen Katalysatoren, in dem man salze der Sauerstoffsäuren der Elemente Antimon, io dem fertig hergestellten Katalysatormaterial ein durch Molybdän, Vanadin und Wolfram mit einem oder Erhitzen in einem schwach reduzierenden oder inerten mehreren der Oxide und/oder Nitrate der Elemente Gasstrom geprägtes Gefüge verleiht. Man verwendet Blei, Silber, Kupfer, Zinn, Titan und Wismut, gege- vorzugsweise eine Stickstoffatmosphäre und erhitzt benenfalls mit einem Trägermaterial, innig vermischt auf Temperaturen von 350 bis 6000C, vorzugsweise und darauf in 1. Stufe 2 bis 300 Minuten, vorzugsweise 15 400 bis 5500C.
des Katalysators in gezielter Weise verändert werden. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung Die Herstellung der Katalysatoren kann erfolgen, der Erfindung erreicht man eine Aktivitätsabstufung indem man Oxide und/oder Nitrate und/oder Ammon- der erfindungsgemäßen Katalysatoren, in dem man salze der Sauerstoffsäuren der Elemente Antimon, io dem fertig hergestellten Katalysatormaterial ein durch Molybdän, Vanadin und Wolfram mit einem oder Erhitzen in einem schwach reduzierenden oder inerten mehreren der Oxide und/oder Nitrate der Elemente Gasstrom geprägtes Gefüge verleiht. Man verwendet Blei, Silber, Kupfer, Zinn, Titan und Wismut, gege- vorzugsweise eine Stickstoffatmosphäre und erhitzt benenfalls mit einem Trägermaterial, innig vermischt auf Temperaturen von 350 bis 6000C, vorzugsweise und darauf in 1. Stufe 2 bis 300 Minuten, vorzugsweise 15 400 bis 5500C.
10 bis 150 Minuten bei 150 bis 275°C, insbesondere Die angegebenen Maßnahmen erlauben es, den
200 bis 2500C, und anschließend in 2. Stufe 2 bis Katalysator mit der gewünschten Aktivität und
300 Minuten, vorzugsweise 2 bis 60 Minuten, beson- Selektivität herzustellen, was für die technische Anders
5 bis 30 Minuten, bei 400 bis 4800C, vorzugsweise wendung von besonderem Vorteil ist. Die üblichen,
420 bis 46O°C, in Gegenwart sauerstoffhaltiger Gase, ao aus Rohrbündeln bestehenden Festbettreaktoren köninsbesondere
Luft, erhitzt nen in geeigneter Weise mit in seiner Aktivität abge-
Die Herstellung der Katalysatoren erfolgt, indem stuftem Katalysator beschickt werden. Damit kann
man wäßrige Lösungen bzw. Auf schlämmungen der die Umsetzung über die ganze Reaktionsstrecke gleich-Oxide
und/oder Nitrate und/oder der Ammonsalze mäßiggestaltetwerden.örtlicheTemperaturspitzen.die
der Sauerstoffsäuren der Elemente Antimon, Molybdän, »5 zu Nebenreaktionen, so z.B. zur Verbrennung des
Vanadin und Wolfram mit einem oder mehreren der Produktes zu Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und
Oxide und/oder Nitrate der Elemente Blei, Silber, Wasser führen, werden vermieden. Ebenso wie die
Kupfer Zinn, Titan und Wismut, gegebenenfalls mit Aktivität und Selektivität des Katalysators lange
einem Trägermaterial, innig vermischt und bei einem erhalten bleibt, bleibt die Abstufung der Aktivität
pH-Wert zwischen 2 und 7, vorzugsweise 3 und 5, unter 30 unverändert bestehen. Die erfindungsgemäßen Kataly-Rühren
auf 50 bis 1000C erhitzt, dann die Katalysator- satoren lassen sich auch in Wirbelbettreaktoren einmasse
von der wäßngen Phase trennt, trocknet und setzen. Die günstigen Eigenschaften der erfindungsin
1. Stufe 2 bis 300 Minuten, vorzugsweise 10 bis gemäßen Katalysatoren leiten sich zu einem beträcht-150
Minuten bei 150 bis 275°C, insbesondere 200 bis liehen Teil aus einem Gefüge her, das durch die
2500C, und anschließend in 2. Stufe 2 bis 300 Minuten, 35 2stufige Wärmebehandlung der ungebrannten, gevorzugsweise
2 bis 60 Minuten, besonders 5 bis 30 Mi- trockneten Roh-Katalysatormasse in Gegenwart sauernuten,
bei 400 bis 480° C, vorzugsweise 420 bis 4600C stoffhaltiger Gase, insbesondere Luft, geprägt ist.
in Gegenwart sauerstoffhaltiger Gase, insbesondere Die Erfindung erstreckt sich des weiteren auf die
Luft, erhitzt Verwendung der neuen Katalysatoren zur Oxydation
Selbstverständlich können im Rahmen der be- 40 von «,/3-ungesättigen Aldehyden zu «,/J-ungesättigten
schriebenen Herstellung auch andere sich in ähnlicher Carbonsäuren in der Dampfphase. Im Vordergrund
Weise thermisch zersetzende Verbindungen der Kataly- steht dabei die Verwendung der Katalysatoren zur
tisch wirksamen Elemente verwendet werden. Des Oxydation von Acrolein bzw. Methacrolein zu Acrylweiteren
kann eine zusätzliche Zugabe von thermisch säure bzw. Methacrylsäure in der Dampfphase,
zersetzlichen Ammonsalzen zu der wäßngen Lösung 45 Die erfindungsgemäßen Katalysatoren unterscheiden
oder Aufschlämmung, insbesondere von Ammon- sich vorteilhaft von den bei bekannten Verfahren
nitrat, die Wirksamkeit der Katalysatoren erhöhen. verwendeten Katalysatoren dadurch, daß sie nicht
Ferner kann das eingesetzte Antimonoxid mit SaljKter- nur sehr hohe Umsätze ermöglichen, sondern übersäure
vorbehandelt werden. raschenderweise auch nach mehrmonatiger Betriebszeit
Nach einer zweckmäßigen Variante der Erfindung 50 keine Veränderung ihrer Aktivität und Selektivität
verwendet man Trägennaterialien aus einer oder erkennen lassen. Diese Katalysatoren haben eine
mehreren Komponenten mit einer niedrigen spezi- ausgezeichnete Selektivität für die Oxydation a,0-unfischen
Oberfläche (0,5 bis 3OmVg) zusammen mit gesättigter Aldehyde zu α,/ϊ-ungesättigten Carbon-Trägermaterialien
aus einer oder mehreren Kompo- säuren, in dem sie z. B. Acrolein mit Einsatzausbeuten
nenten mit einer großen spezifischen Oberfläche 55 bis über 90% in Acrylsäure überführen. Die Selekti-(50
bis 500 m*/g). vität ist z. B. deutlich höher als diejenige der Kataly-
AIs Trägermaterial verwendet man Kieselgur, hoch- satoren der belgischen Patentschrift 698 273. Schließdisperses Siliciumdioxid oder in besonders zweck- lieh ermöglichen die erfindungsgemäßen Katalysatoren
mäßiger Ausbildung der Erfindung Gemische aus im technischen Betrieb sehr hohe Durchsätze,
hochdispersem Siliciumdioxid und Kieselgur und/oder 60 Die Oxydation von «,/3-ungesättigten Aldehyden Montmorillonit. Den Montmorillonit kann man zu «,/"-ungesättigten Carbonsäuren unter Verwendung vorteilhafterweise vor dem Vermischen mit Silicium- der erfindungsgemäßen Katalysatoren erfolgt in dioxid auf 900 bis 1200"C erhitzen. Des weiteren üblicher Weise durch Sauerstoff bei Anwesenheit von kann man den Montmorillonit vor diesem Erhitzen Wasser in der Dampfphase. Für die Wahl der Ummit Säure, insbesondere Salzsäure, Salpetersäure, 65 Setzungsbedingungen ist ein breiter Spielraum gegeben. Phosphorsäure oder Schwefelsäure vorbehandeln. Die Umsetzung wird vornehmlich ohne Anwendung
hochdispersem Siliciumdioxid und Kieselgur und/oder 60 Die Oxydation von «,/3-ungesättigten Aldehyden Montmorillonit. Den Montmorillonit kann man zu «,/"-ungesättigten Carbonsäuren unter Verwendung vorteilhafterweise vor dem Vermischen mit Silicium- der erfindungsgemäßen Katalysatoren erfolgt in dioxid auf 900 bis 1200"C erhitzen. Des weiteren üblicher Weise durch Sauerstoff bei Anwesenheit von kann man den Montmorillonit vor diesem Erhitzen Wasser in der Dampfphase. Für die Wahl der Ummit Säure, insbesondere Salzsäure, Salpetersäure, 65 Setzungsbedingungen ist ein breiter Spielraum gegeben. Phosphorsäure oder Schwefelsäure vorbehandeln. Die Umsetzung wird vornehmlich ohne Anwendung
eingesetzt werden, die vorzugsweise aus der bei 3 atii und bei Temperaturen zwischen 200 und 350°C
ausgeführt. Der Sauerstoff für die Oxydation kann aus
beliebigen Quellen stammen. Im allgemeinen wird Luft verwendet. Die Mengenverhältnisse zwischen
«,/^-ungesättigtem Aldehyd, Luft und sVasser können
in weiten Grenzen schwanken. Als molare Verhältnisse zwischen α,/Mingesättigtem Aldehyd und Luft kommen
1:2,5 bis 1: 30, vorzugsweise 1:2,5 bis 1:10, als
molare Verhältnisse zwischen a^-ungesättigtem Aldehyd
und Wasser 1:2 bis 1:20, vorzugsweise 1:2 bis
1:10 in Frage. Es werden vorteilhaft Einspeisungen von 0,5 bis 10, vorzugsweise 1,5 bis 8 Mol α,/3-ungesättigter
Aldehyd/1 · h verwendet.
Bei dem in der deutschen Offenlegungsschrift 1493 306 angegebenen Verfahren werden zwar die
Elemente Antimon, Molybdän und Vanadin verwendet. Aus den Beispielen von Patentansprüchen dieser
Offenlegungsschrift geht jedoch hervor, daß zur Katalysatorherstellung eine andere Arbeitsweise angewandt
wird und damit auch ursächliche andere katalytische Eigenschaften erhalten werden müssen. So liegt
auch gemäß deutscher Offenlegungsschrift 1493 306, Anspruch 11, die Arbeitstemperatur des Katalysators
zwischen 300 und 5000C, während die anmeldungsgemäßen
Katalysatoren schon zwischen 240 und 280° C arbeiten.
uizu kommt, daß der Austausch eines Elements
(hier Eisen an Stelle des gemäß der Erfindung unter anderem verwendeten Wolframs) unvorhersehbare
Eigenschaftsänderungen verursachen kann. Aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 493 306 konnte somit
für die Entwicklung des erfindungsgemäßen Katalysators nichts entnommen werden.
ίο In der deutschen Offenlegungsschrift 2009172
werden zwar Oxydationskatalysatoren vorgeschlagen, welche als aktive Komponenten Antimon, Molybdän,
Vanadin und Wolfram enthalten und durch Vermischen von Verbindungen dieser Elemente und Erhitzen an
Luft in zwei Temperaturstufen, nämlich bei 225 bis 275° C und bei 350 bis 475° C, hergestellt werden. Bei
den erfindungsgemäß erhältlichen Katalysatoren resultiert jedoch durch die zusätzlich verwendeten Elemente
Blei, Silber, Kupfer, Zinn, Titan und/oder Wismut
ao ein grundsätzlich anderes Katalysatorgefüge mit anderer Wirkung.
In den nachfolgenden Beispielen werden als Begriffe verwendet:
eingesetzter «,^-ungesättigter Aldehyd
Katalysatorschüttvolumen · Zeit
Katalysatorschüttvolumen · Zeit
Mol
lh
Umsatz = — * 100 C
Mole eingesetzter «,^-ungesättigter Aldehyd
Einsatzausbeute
Einsatzausbeute
loo ("/.)
Umsatz
100 ('
87,5 g Antimon(III)-oxid (Sb1O8) werden unter
Rühren mit 200 ml konzentrierter Salpetersäure so lange zum Sieden erhitzt, bis keine nitrosen Gase
mehr entweichen, abgesaugt und mit Wasser gewaschen. 212 Ammoniumheptamolybdat
[(NHOtMo7O14 · 4 H1O]
werden unterhalb 500C in 3,51 Wasser gelöst. In
diese Lösung werden unter Rühren das vorbehandelte Antimonoxid, 212 g Kieselgur (Merck, DAB 6 — BET-Oberfläche
3,5 m*/g), 24,2 g Kupfernitrat
[Cu(NOj)1 · 3 H1O]
in 50 ml Wasser gelöst, 35,1 g Ammoniummonovanadat (NH4VO3) gelöst in 1 Liter heißem Wasser
und 30,4 g Ammoniumdodecawolframat
[(NHJ10W18O41]
aufgeschlämmt in 50 ml heißem Wasser, eingetragen. Die Mischung wird mit Salpetersäure auf pH 3 gebracht
und 2 Stunden unter Rühren zum Sieden erhitzt. Anschließend wird die Mischung auf dem Walzentrockner
weitgehend von Wasser befreit, 20 Minuten lang an der Luft auf 250° C erhitzt, abgekühlt und nach
Zusatz von 3 Gewichtsprozent Graphitpulver zu Tabletten von 5 mm Durchmesser verpreßt. Die Preßlinge werden anschließend im Drehrohrofen auf 4500C
an der Luft erhitzt (Verweilzeit im Drehrohrofen etwa 8 Minuten). Der Katalysator enthält also Antimon,
Molybdän, Vanadin, Wolfram und Kupfer im molaren Verhältnis 6:12:3:1,2:1 und Kieselgur als Träger.
Die mechanische Festigkeit der Tabletten, ausgedrückt durch den mittleren Berstdruck bei radialer Pressung
beträgt 1 kp.
65 ml dieses Katalysators werden in einem Festbettreaktor aus Edelstahl von 20 mm Innendurchmesser
und 350 mm Länge gefüllt, der mit einem Salzbad auf 272° C erhitzt wird. Über die Katalysatorfüllung
wird bei dieser Temperatur ein Gasgemisch von Acrolein, Luft und Wasserdampf im molaren Verhältnis
1:10: 5 geleitet. Die Acroleineinspeisung beträgt 2,65 Mol/l · h. Es wird ein Acroleinumsatz von 99 %
und eine Acrylsäureeinsatzausbeute von 91 % erzielt.
lysator hergestellt, der die gleiche Zusammensetzung
besaß, es wurd<* jedoch eine Trägermischung von
dem Handelsnamen Aerosil 200 (BET-Oberfläche
SS
60
170 m2/g) erhältlichen hochdispersen Siliciumdioxidpulvers
verwendet. Die Ausgangsstoffe waren 875 g Antimonoxid, 2120 g Ammoniumheptamolybdat, 351 g
Ammoniummonovanadat, 304 g Ammoniumparawolframat, 242 g Kupfernitrat, 1093 g hochdisperses
Siliciumdioxidpulver und 1093 g Kieselgur. Die mechanische Festigkeit der Tabletten, ausgedrückt durch
den mittleren Berstdruck bei radialer Pressung, beträgt 4 kp.
Dieser Katalysator ergab bei einer Salzbadtemperatür
von 246°C einen Acroleinumsatz von 98,7% und eine Acrylsäureeinsatzausbeute von 86,0 %. Der besondere
Vorteil des Katalysators liegt darin, daß er die Anwendung der recht niedrigen Arbeitstemperatur
von 2460C bei sehr guten Umsatz- und Ausbeutewerten gestattet.
Entsprechend der Vorschrift des Beispiels 2 wurde ein Katalysator mit der Änderung hergestellt, daß ao
der pH-Wert der wäßrigen Lösung nicht 3, sondern 1 betrug.
Die höchste Acrylsäureeinsatzausbeute dieses Kontaktes betrug hier nur 59 % bei einer Salzbadtemperatur
von 261° C und einem Acroleinumsatz von 77,5%. Die as
im Rahmen der Erfindung bevorzugte Verfahrensmaßnahme, die Vermischung der Ausgangsstoffe im
wäßrigen Milieu bei pH-Werten zwischen 2 und 7 vorzunehmen, wirkt sich demnach bei der Anwendung
günstig auf Umsatz und Ausbeute aus.
Es wurden unter den Bedingungen des Beispiels 1 folgende Ergebnisse erzielt:
Bei spiel |
Reaktions temperatur |
Acroleinumsatz | Acrylsäure einsatzausbeute |
Nr. | (0Q | (%) | (%) |
5 | 262 | 96,4 | 86,0 |
6 | 265 | 97,0 | 85,9 |
7 | 262 | 97,5 | 85,3 |
8 | 270 | 96,4 | 83,4 |
9 | 258 | 94,7 | 83,5 |
10 | 284 | 94,5 | 83,5 |
Wie im Beispiel 1 wurden die Katalysatoren in den Beispielen 11 bis 13 hergestellt. Neben der jeweils
gleichen Menge Antimontrioxid (87,5 g), Ammoniummonovanadat (35,1 g), Ammoniumparawolframat
(30,4 g) und Kupfernitrat (24,2 g) wurden eingesetzt:
Bei spiel Nr. |
Ammonium heptamolybdat (g) |
Hochdisperses SiO1 (g) |
Kieselgur (g) |
11 12 13 |
247,0 282,5 177,0 |
114,0 123,5 97,0 |
114,0 123,5 97,0 |
Die Katalysatoren hatten folgende Zusammensetzung:
Entsprechend der Vorschrift des Beispiels 2 wurde ein Katalysator mit der Änderung hergestellt, daß das
Kieselgur durch eine gleiche Menge Montmorillonit (BET-Oberfiäche 5,4m2/g) ersetzt wurde, der zuvor
5 Stunden lang auf 1000° C erhitzt wurde. Die mechanische Festigkeit der Katalysatortabletten, ausgedrückt
durch den mittleren Berstdruck bei radialer Pressung, betrug hier 8 kp. Gegenüber den nach Beispiel 1
erhaltenen Katalysatortabletten bedeutet dies einen Festigkeitszuwachs um das Achtfache.
Bei einer Salzbadtemperatur von 268° C werden 93 % des eingesetzten Acroleins umgesetzt und Acrylsäure
mit einer Einsatzausbeute von 82% gebildet.
Wie im Beispiel 1 wurden die Katalysatoren in den Beispielen 5 bis 10 hergestellt. Neben der jeweils
gleichen Menge Antimontrioxid (87,5 g), Ammoniumheptamolybdat (212 g), Ammoniummonovanadat
(35,1 g) und Amtnoniumparawolframt (30,4 g) wurden
eingesetzt:
35 Beispiel 11: Sb5-14 Mo1, V1-47 W1-03
Beispiel 12: Sb4-5 Mo11 V1-15 W,-t Cu,-7S;
Beispiel 13: Sb7-5 Mo11V3-, W1-14Cu1-1.
Beispiel 12: Sb4-5 Mo11 V1-15 W,-t Cu,-7S;
Beispiel 13: Sb7-5 Mo11V3-, W1-14Cu1-1.
Es wurden unter den Bedingungen des Beispiels 1 folgende optimalen Ergebnisse erzielt:
Bei spiel Nr. |
Temperatur des Salzbades "C |
Acrolein umsatz (%) |
Acrylsäure einsatzausbeute (%> |
♦5 11 12 13 |
258 265 273 |
96,0 96,0 93,7 |
84,5 83,5 77,6 |
Beispiel Nr. |
Zusatz | Kieselgur | Aerosil 200 |
(g) | (g) | ||
5 | 8 g TiO1 | 110,0 | 110,0 |
6 | 33,1 g Pb(NOa)1 | 92,0 | 138,0 |
7 | 17,0 g AgNO3 | 88,0 | 131,5 |
8 | 30,SgBi(OH)1NO3 | 126,2 | 126,2 |
9 | 15,1 g SnO1 | 112,0 | 112,0 |
10 | 18,3 g Cu(NOa)1 | 188,0 | 47,2 |
-3H1O | |||
+ 24^gPb(NOa)1 |
Der nach Beispiel 2 hergestellte Katalysator wurde zur Abstufung der Aktivität nach der fertigen Behandlung
2 Stunden lang im Stickstoffstrom bei 500° C SS erhitzt.
Unter den Standardtestbedingungen ergab sich bei 282° C Salzbadtemperatur ein maximaler Acrolein-Umsatz
von 77,1 % und eine Acrylsäureeinsatzausbeute von 63%.
60
Entsprechend der Vorschrift des Beispiels 2 wurde ein Katalysator mit der Änderung hergestellt, daß zui
wäßrigen Lösung 400 g Ammoniumnitrat zugesetzl wurde.
Die Standardtestbedingungen ergaben bei 246° C einen Acroleinumsatz von 97,6% und eine Acrylsäureeinsatzausbeute von 86,3%.
Die Oxydation des Acroleins kann selektiv auf der Stufe der Acrylsäure stehenbleiben, oder sie kann
über die Essigsäure zu Kohlenmonoxid und Kohlendioxid weitergehen. Essigsäure stellt an sich zwar
ein verwertbares Produkt dar, doch ist die Aufarbeitung und Isolierung der Acrylsäure aus einem
Gemisch von Säuren wesentlich aufwendiger und schwieriger als aus einem Reaktionsprodukt, das nur
Spuren des Nebenproduktes aufweist. Insbesondere bei einer extraktiven Aufarbeitung des Reaktionsproduktes
wird der Verteilungskoeffizient der Acrylsäure zwischen wäßriger Phase und Extraktionsmittel durch andere
Säuren negativ beeinflußt.
Das Verhältnis Essigsäure zu Acrylsäure wird z. B. in der genannten deutschen Offenlegungsschrift
1 493 306 in der Tabelle auf S. 9 zwischen 17,5: 82,5 und 6:94 angegeben. Die anmeldungsgemäßen Katalysatoren
zeigen jedoch folgende Essigsäure-Einsatzausbeuten unter den in den voranstehenden Beispielen
genannten Bedingungen:
Beispiel Nr. |
Essigsäure-Einsatzausbeute |
1 | 1,1 |
2 | 2,5 |
3 | 4,5 |
(Vergleichsbeispiel) | |
4 | 3,0 |
5 | 1,7 |
6 | 2,0 |
7 | 2,4 |
8 | 2,9 |
9 | 2,7 |
10 | 3^ |
Die Essigsäure-Einsatzausbeuten liegen also im Durchschnitt bei dem sehr niedrigen und vorteilhaften
Wert von 2%.
Mit diesem Beispiel wird die technische Fortschrittlichkeit des Anmeldungsgegenstandes gegenüber dem
Gegenstand der belgischen Patentschrift 698 273 belegt. Es wird unter völlig gleichen Bedingungen der
Katalysator aus Beispiel 6 genannter Patentschrift mit der Zusammensetzung Mo11 V5 W1 j O47-1 mit einem
erfindungsgemäß hergestellten Katalysator verglichen.
Zur Herstellung des erstgenannten Katalysators werden 212 g Ammoniumheptamolybdat
(NHJjMo7O1, -4 H1O
unterhalb 50° C in 3,51 Wasser gelöst. In diese Lösung
werden unter Rühren 35,1 g Ammomummonovanadat (NH4VO3), gelöst in 1 Liter beißem Wasser, 30,4 g
Ammonramdodecawoi&amat (NH4^nWnO41 anfgeschlämmt
in 50 ml heißem Wasser und 150 g hochdisperses SiHcmmdioxidpolver (Handdsprodukt »Aerosü
200«) eingetragen. Dk Mischung wird 2 Stünden
unter Rühren zum Sieden erhitzt. Anschließend wird die Mischung auf dem Walzentrockner weitgehend
vom Wasser befreit und nach Zusatz von 3 Gewichtsprozent Graphit zu Tabletten von 5 mm Durchmesser
verpreßt. Die Preßlinge werden anschließend in zwei Durchgängen bei 270 und 450° C im Drehrohrofen
erhitzt (Verweilzeit im Drehrohrofen etwa 20 Minuten). 75 ml dieses Katalysators werden anschließend
unter den Bedingungen des Beispiels 1 unserer Anmeldung auf ihre katalytische Wirksamkeit getestet.
Bei der optimalen Salzbadtemperatur von 250°C werden 97 % des eingespeisten Acroieins unter Bildung
von Acrylsäure mit einer Einsatzausbeute von 82,5 %, entsprechend einer Selektivität von 85%, umgesetzt.
iS Die Essigsäure-Einsatzausbeute beträgt 5,2%.
Der Vergleich dieses Katalysators mit dem von Beispiel 1 unserer Anmeldung zeigt deutlich den
Vorteil des erfindungsgemäßen Katalysators. Zu dem Versuch ist nur zu bemerken, daß abweichend von
ao Beispiel 6 der belgischen Patentschrift 698 273 nicht SiOj in Form eines Sols, sondern in hochdisperser Form
als »Aerosil« eingesetzt wurde.
Nachweisbar ist dieser Unterschied in keiner Weise relevant. Außerdem wurde, bedingt durch die Veras
Wendung eines Drehrohres, beim Erhitzen der Katalysatortabletten jeweils etwa 20 Minuten bei 270 und
45O0C statt einmal 5 Stunden bei 400° C erhitzt. Diese
Erhitzungsbedingungen waren nach unseren Erfahrungen die optimalen bei den unsererseits verwendeten
Apparaten. Die angegebenen Abweichungen unserer Arbeitsweise sind also in keiner Weise ergebnisverändernd.
den Bedingungen des technischen Einsatzes (vgl.
von 25 mm Innendurchmesser und 3,1 m Länge eingefüllt. Über diesen Katalysator wird bei einer Salzbadtemperatur
von 230° C ein Gasgemisch von Acrolein, Luft und Wasserdampf im molaren Verhältnis
1:9, 5:7,8 geleitet. Bei einer Acrolein-Einspeisung von 2,9 Mol/l - h stieg nach 14 Stunden die Temperatur
im Reaktoreingang (Temperaturmeßstelle 28 cm vom Reaktoreingang entfernt) kurzzeitig auf über 3000C
an, um darm im weiteren Verlauf des Versuches zwischen 218 und 234° C zu schwanken. Dies bedeutet,
so daß der Katalysator unter den Reaktionsbedingungen
geschädigt worden war.
Dieses Ergebnis zeigt, daß unter technischen Bedingungen die bekannten Katalysatoren nicht mit hohen
Acrolein-Durchsätzen betrieben werden können, es sei denn, man verengt zwecks besserer Wärmeabfuhr die
Reaktionsroiire. Die Gegenmaßnahme, d. h. entweder
ein geringerer Acroletn-DuTchsatz oder die Verkeinerung
des Realctionsrohrdurchinessers, haben aber
wirtschaftliche Nachteile zur Folge.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines Antimon, substanz aus Siliciumdioxid oder Aluminiumoxid
Molybdän, Vanadin und Wolfram enthaltenden S eingesetzt.
Oxydationskatalysators, wobei man wäßrige Lö- Unter den bekannten Verfahren und Katalysatoren
sungen bzw. Aufschlämmungen von Oxiden und/ sind nur wenige, die technisch verwertbar sind, die
oder thermisch zu Oxidgemischen zersetzlichen nämlich bei kurzer Verweilzeit zu hohen Umsätzen
Verbindungen der aktiven Elemente, gegebenen- und hohen Acrylsäureausbeuten führen; So werden
falls in Gegenwart von Trägermaterial, miteinander i° in der britischen Patentschrift 903 034 unter anderem
vermischt, die Masse trocknet und calciniert, z.B. Molybdän-Antimon, Molybdän-Wolfram- und
dadurch gekennzeichnet, daß man Molybdän-Vanadinoxidkatalysatoren beschrieben,
neben den Verbindungen von Antimon, Molybdän, welche Acrolein nur mit relativ geringen Einsatzaus-Vanadin,
Wolfram noch ein oder mehrere der beuten in Acrylsäure überführen. Etwas günstigere
Elemente Blei, Silber, Kupfer, Zinn, Titan und/ 15 Ergebnisse liefert ein Kontakt gemäß der belgischen
oder Wismut im atomeren Verhältnis der Elemente Patentschrift 698 273, der Molybdän-, Vanadin- und
von 1 bis 60:12: 0,5 bis 25:0,1 bis 12:0,1 bis 12, Wolframoxid enthält und dadurch hergestellt wird,
vorzugsweise 3 bis 40:12:1 bis 12:0,1 bis 6:0,1 daß man Ammoniummolybdat, Ammoniumvanadat
bis 6, einsetzt, die Verbindungen unter Erhitzen und Ammoniumwolframat in Gegenwart eines Trägers
bei einem pH-Wert von 2 bis 7 durch Rühren ao vermischt, die Masse trocknet und dann calciniert.
innig vermischt, dann die Katalysatormasse von Es zeigt sich jedoch, daß die damit erzielbaren Ausder
wäßrigen Phase abtrennt und trocknet, sie beuten an Acrylsäure keine wirtschaftliche Produktion
daraufhin zunächst 2 bis 300 Minuten, Vorzugs- erlauben, weil die an seichen Katalysatoren möglichen
weise 10 bis 150 Minuten, bei 150 bis 275 0C und Acroleindurchsätze begrenzt sind. Für eine wirtschaftanschließend
2 bis 300 Minuten, vorzugsweise 35 liehe Ausführung der Oxydation im technischen
2 bis 60 Minuten, bei 400 bis 4800C, vorzugsweise Maßstab bedarf es eines Katalysators, der lange Zeit }
420 bis 460° C, in Gegenwart sauerstoff haltiger eine gleichbleibend gute Aktivität aufweist und für
Gase erhitzt. großtechnische Anwendungen interessante Durchsätze |
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ermöglicht.
zeichnet, daß man als Trägermaterial hochdisperses 30 Es wurden nun verbesserte Katalysatoren für die
Siliciumdioxid oder Kieselgur, oder Gemische aus Oxydation von «,/^-ungesättigten Aldehyden zu οιφ-un-
hochdispersem Siliciumdioxid und Kieselgur und/ gesättigten Carbonsäuren gefunden, welche nach der
oder Montmorillonit, der vor dem Vermischen Erfindung durch ein Verfahren erhalten werden, bei
mit Säure vorbehandelt und/oder auf 900 bis dem man wäßrige Lösungen bzw. Aufschlämmungen
1200°C erhitzt wird, verwendet. 35 von Oxiden und/oder thermisch zu Oxidgemischen
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch zersetzlichen Verbindungen der aktiven Elemente
gekennzeichnet, daß man zu der wäßrigen Lösung Antimon, Molybdän, Vanadin und Wolfram, gege-
oder Aufschlämmung thermisch zersetzliche Am- benenfalls in Gegenwart von Trägermaterial, miieinmonsalze
zugibt. ander vermischt, die Masse trocknet und calciniert.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, 40 Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man
dadurch gekennzeichnet, daß man den fertigen neben den Verbindungen von Antimon, Molybdän,
Katalysator auf Temperaturen von 350 bis 600° C Vanadin, Wolfram noch ein oder mehrere der Elemente
in einer schwach reduzierenden oder inerten Blei, Silber, Kupfer, Zinn, Titan und/oder Wismut
Atmosphäre erhitzt. im atomaren Verhältnis der Elemente von 1 bis
5. Verwendung eines nach den Ansprüchen 1 45 60:12:0,5 bis 25:0,1 bis 12:0,1 bis 12, vorzugsweise
bis 4 erhaltenen Katalysators zur Oxydation von 3 bis 40:12:1 bis 12:0,1 bis 6:0,1 bis 6, einsetzt, die
«^-ungesättigten Aldehyden zu «,/5-ungesättigten Verbindungen unter Erhitzen bei einem pH-Wert von
Carbonsäuren. 2 bis 7 durch Rühren innig vermischt, dann die Katalysatormasse
von der wäßrigen Phase abtrennt und
50 trocknet, sie daraufhin zunächst 2 bis 300 Minuten,
vorzugsweise 10 bis 150 Minuten, bei 150 bis 275°C
und anschließend 2 bis 300 Minuten, vorzugsweise 2 bis 60 Minuten, bei 400 bis 480° C, vorzugsweise
420 bis 460° C, in Gegenwart sauerstoffhaltiger Gase 55 erhitzt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung Die erfindungsgemäß erhaltenen Katalysatoren kön-
eines Antimon, Molybdän, Vanadin und Wolfram nen als solche oder, was bevorzugt wird, auf einem
enthaltenden Oxydationskatalysators für die Oxydation Trägermaterial aufgebracht oder mit einem Trägervon
«,^-ungesättigten Aldehyden zu den entsprechen- material vermischt, verwendet werden. Als Trägerden
«,^-ungesättigten Carbonsäuren und insbesondere 60 material kommen beispielsweise Aluminiumoxid, SiIifür
die Oxydation von Acrolein zu Acrylsäure und ciumdioxid und andere gebräuchlichen Träger in
Methacrolein zu Methacrylsäure. Frage. Vorteilhafterweise enthalten die Katalysatoren
Zur Oxydation von «,/^-ungesättigten Aldehyden ein Trägergemisch aus einem oder mehreren Bestandsind
zahlreiche Verfahren bekannt, die sich durch teilen mit einer kleinen spezifischen Oberfläche
verschiedene Umsetzungsbedingungen, insbesondere 65 (0,5 bis 30 m2/g) und einem oder mehreren Bestandaber
durch die Verwendung verschiedener Kataly- teilen mit einer großen Oberfläche (50 bis 500 m*/g).
satoren voneinander unterscheiden. Als Kataly- Als Trägermaterial besonders geeignet haben sich
satoren werden im wesentlichen Oxide von Elementen hochdisperses Siliciumdioxid oder Kieselgur, Vorzugs-
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