DE2139565C3 - Process for the production of acrylonitrile or methacrylonitrile from propylene or isobutylene - Google Patents
Process for the production of acrylonitrile or methacrylonitrile from propylene or isobutyleneInfo
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Description
gefunden, daß d'e erfindungsgemäßen fartalyüscnen Kombinationen auch bei geringfügig S^n Temperaturen, wie sie für Zusammensetzunj~" verwendet werden, die Bi als wesentlichen fatalysatorbestandteil enthalten, aktiv und selektiv 2«i Weiterhin stellt überraschenderweise Wasser £1« kritisches Element dar, obwohl im Fall anderer jSalytjscher Systeme bekannt ist, daß es von Wichtigkeit ist und angenommen wurde, daß das Wasser nicht nur die physikalische Aufgabe der «rajmeabföhrung erfüllt, sondern auch dem Katalysator eine höhere Selektivität verleiht. Offensichtlich ist es daher in industriellem Maßstab möglich, auch hei der erfindungsgemäßen Zusammensetzung Wasser verwenden, um die gebildete Wärme besser abzu-found that d'e invention fartalyüscnen combinations even with minor S ^ n temperatures, as used for composition, the Bi as essential Containing catalyst component, active and selective 2 «i Furthermore, surprisingly, provides water £ 1 'is a critical element, although in the case of others It is known that analytical systems are used by It is important and has been assumed that water is not just the physical task of the «Rajmeabföhrung fulfilled, but also gives the catalyst a higher selectivity. Apparently it is therefore possible on an industrial scale, too hot the composition according to the invention use water in order to better dissipate the heat generated.
führen.to lead.
Eine weitere vorteilhafte Wirkung der erfindungseemäßen Zusammensetzungen liegt in der weitfehenden Abwesenheit von Acrolein in den Reaktionsprodukten, wodurch der Betrieb im Reinigungs- *> ,bschnitt der Anlage beträchtlich vereinfacht wird.A further advantageous effect of the compositions according to the invention lies in the extensive absence of acrolein in the reaction products, which means that they can be used in cleaning *> , section of the system is considerably simplified.
Die erfindungsgemäß verwendeten Zusammensetxungen bilden den aktiven katalytischen Teil, zu dem, falls erforderlich, verschiedene Additive in üblicher Weise zugesetzt werden können.The compositions used according to the invention form the active catalytic part to which, if necessary, various additives can be added in a conventional manner.
Die Zusammensetzungen können in geeigneter Weise so wie sie sind, oder auf einem TrägermaterialThe compositions may suitably be used as they are or on a carrier
»5»5 aufgebracht, verwendet werden. Im letzteren Fall ergibt sich kein Problem für das Trägermaterial, das · unter djn für diese Verwendung bekannten Materialien ausgewählt werden kann und z. B. Siliciumdioxid, Aluminiumoxid od. dgl. sein kann. Die Zusammensetzungen können in einer in einem weiten Bereich variablen Menge mit Hinsicht auf das Trägermaterial verwendet werden. Beispielsweise liegen die Mengen an aktivem katalytischem Teil im Bereich von 5 bis 90% der Summe der Gewichte des Trägermaterials und des aktiven Teils.applied. In the latter case there is no problem for the carrier material, which can be selected from materials known for this use and e.g. B. silicon dioxide, aluminum oxide or the like. May be. the Compositions can be in a widely variable amount with respect to the Support material can be used. For example, the amounts of active catalytic part are in Range from 5 to 90% of the sum of the weights of the support material and the active part.
Die Kontaktzeit liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Bereich von 0,1 bis 20 Sekunden, vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 Sekunden. Dies ist die Zeit in Sekunden, während der das Volumen der gasförmigen zu behandelnden Mischung, das in der Einheitszeit zugeführt wird, mit dem Einheitsvolumen des Katalysators in Berührung ist, wobei das Volumen der gasförmigen Mischung bei Raumtemperatur und atmosphärischem Druck gemessen ist.The contact time in the process according to the invention is in the range from 0.1 to 20 seconds, preferably between 0.5 and 10 seconds. This is is the time in seconds during which the volume of the gaseous mixture to be treated, which is in the Unit time is supplied, is in contact with the unit volume of the catalyst, the Volume of the gaseous mixture measured at room temperature and atmospheric pressure is.
Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung weiter erläutern. Sie wurden mit einem Überschuß von Ammoniak und Sauerstoff über das Olefin bei Atmosphärendruck durchgeführt. Die jeweils ei zielte Selektivität und Konversion sind durch die folgenden Gleichungen definiert:The following examples are intended to further illustrate the present invention. You were with one Carried out excess ammonia and oxygen over the olefin at atmospheric pressure. the Targeted selectivity and conversion are defined by the following equations:
nil · umgesetzte Mole C3H8 1ΛΑ Propylenkonversion: = ■—- -- · lOOnil · converted moles of C 3 H 8 1ΛΑ propylene conversion: = ■ —- - · lOO
zügcführte Mole C3Ii,Trained mole C 3 Ii,
Mol hergestelltes Acrylnitril umgestzte Mole C,H„ Mol hergestel LTES acrylonitrile umgestzte moles C, H "
100100
(Vergleichsbeispiel mit einem Katalysator der Zusammensetzung W1Fe0183O4125)(Comparative example with a catalyst of the composition W 1 Fe 0183 O 4125 )
31 g Ammoniumwoiframat,31 g ammonium woiframate,
5(NHJ1O-12WO,-4H1O5 (NHJ 1 O-12WO, -4H 1 O 100100
wurden in kleinen Portionen in ein Glas gegeben, in dem sich 50 cm3 35 %iges H2O2 befanden. Dabei wurde unter Rühren erhitzt. Es wurde immer dann Ammoniumwoiframat zugegeben, wenn die zuvor zugefügte Teilmenge sich vollständig gelöst hatte. Getrennt dazu wurden in einem Becherglas 40 g Eisennitrat, Fe(NO3)3 · 9H?O, in 100 cm» H4O gelöst. Dann wurde die zweite Lösung nach dem Abkühlen der ersten Lösung in die erste Lösung gegossen. Daraufhin wurden 90 g Siliciumdioxid (40%iges Sol) eingewogen und mit der Lösung der Wolfram- und Eisen-Salze vermischt. Die entstehende Lösung wurde unter häufigem Rühren auf einer elektrischen Heizeinrichtung zur Trockne erhitzt. Die erhaltene Masse wurde 4 Stunden bei 550° C in einem Muffelofen ealciniert. Schließlich wurde der Katalysator vermahlen und gesiebt, wobei man eine Fraktion mit feiner Korngröße zwischen 0,125 und 0,230 mmwere placed in small portions in a glass containing 50 cm 3 of 35% H 2 O 2 . It was heated with stirring. Ammonium woiframate was always added when the previously added portion had completely dissolved. Separately, 40 g of iron nitrate, Fe (NO 3 ) 3 · 9H ? O, dissolved in 100 cm »H 4 O. Then, after the first solution had cooled, the second solution was poured into the first solution. 90 g of silicon dioxide (40% sol) were then weighed out and mixed with the solution of the tungsten and iron salts. The resulting solution was heated to dryness on an electric heater with frequent stirring. The mass obtained was ealined for 4 hours at 550 ° C. in a muffle furnace. Finally, the catalyst was ground and sieved, leaving a fraction with a fine grain size between 0.125 and 0.230 mm erhielt.received.
In einen zylindrischen Mikroreaktor aus rostfreiem Stahl wurden 6 cm8 des Katalysators eingefüllt. DerA cylindrical stainless steel microreactor was charged with 6 cm 8 of the catalyst. Of the Mol hergestelltes Acetonitril umgesetzte Mole C3H6 Moles of acetonitrile produced, converted moles of C 3 H 6
Mikroreaktor wurde in einem kleinen elektrischen Ofen erhitzt. Ein Thermoelement im Zentrum des Reaktors ermöglichte es, die Katalysatortemperatur zu messen. Durch Leitungen aus rostfreiem Stahl wurden gemessene Mengen Ammoniak, PropylenMicroreactor was heated in a small electric furnace. A thermocouple in the center of the Reactor made it possible to measure the catalyst temperature. Through stainless steel pipes measured amounts of ammonia, propylene
♦5 und Luft in einem Molverhältnis von 1,2:1:12 über den Katalysator geführt, wobei man mit einer stündlichen Propylenraumgeschwindigkeit von 50, berechnet bei atmosphärischem Druck und Raumtemperatur, arbeitete♦ 5 and air in a molar ratio of 1.2: 1: 12 about the catalyst passed, with an hourly propylene space velocity of 50, calculated at atmospheric pressure and room temperature
Die Analyse der Reaktionsprodukte wurde derart durchgeführt, daß man reaktorabwärts eine Probe entnahm und sie in einen Gaschromatographen, der mit einem Flammenionisierungsdetektor versehen war, einführte.The analysis of the reaction products was carried out by taking a sample downstream of the reactor and put them in a gas chromatograph equipped with a flame ionization detector was introduced.
Bei 48O0C erzielte man eine Propylenkonversion von 52,7% und eine Selektivität von 25% für Acrylnitril. Bei 50O0C betrug die Konversion 61,3% undAt 48O 0 C were obtained a propylene conversion of 52.7% and a selectivity of 25% for acrylonitrile. At 50O 0 C the conversion was 61.3% and die Selektivität 23,2%.the selectivity 23.2%.
In diesem Beispiel ist die niedrige Selektivität und Aktivität des Katalysators, der nur aus Oxidverbindungen von Eisen und Wolfram bestand, erläutert.In this example the selectivity is low and Activity of the catalyst, which consisted only of oxide compounds of iron and tungsten, explained.
(Vergleichsbeispiel mit einem Katalysator der Zusammensetzung W1Bi0183O41U)(Comparative example with a catalyst of the composition W 1 Bi 0183 O 41 U)
Gemäß der im Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweise wurde ein Katalysator auf der Grundlage vonAccording to the procedure given in Example 1, a catalyst was based on
Oxidverbindungen von Wismut und Wolfram her-MStellt, der als Trägermaterial Siliciumdioxid enthielt. Zu diesem Zweck wurden 31 gManufactures oxide compounds of bismuth and tungsten, which contained silicon dioxide as a carrier material. For this purpose 31 g
5(NH4)(O · 12WO, · 5R10,5 (NH 4 ) (O 12WO, 5R 1 0,
50 cm» 35gewichtsprozentijges H4O1, 48 g Bi(NO,), · |Η>Ο und 128 g einer 40%igen Lösung eines Silidumdioxidsols verwendet50 cm »35 weight percent H 4 O 1 , 48 g Bi (NO,), · | Η> Ο and 128 g of a 40% solution of a silicon dioxide sol are used
In einen zylindrischen Mikroreaktor aus rostfreiein Stahl warden 6 cm· des Katalysators eingefüllt Der Mikroreaktor wurde in einem kleinen elektrischen Ofen erhitzt Ein Thermoelement im Zentrum des Reaktors ermöglichte es, die Katalysatortemperatur zu messen. Durch Leitungen aus rostfreiem Stahl wurden Ammoniak, Propylen und Luft in einem Mol· verhältnis von 1,2:1:12 über den Katalysator geführt, wobei man mit einer stündlichen Propylenraumgeschwindigkeit von 50, berechnet bei atmosphärischem Druck und Raumtemperatur, arbeitete.In a cylindrical stainless steel microreactor Steel is filled 6 cm x of the catalyst. The microreactor was in a small electric Oven heated A thermocouple in the center of the reactor made it possible to control the catalyst temperature to eat. Through stainless steel pipes, ammonia, propylene and air in one mol ratio of 1.2: 1: 12 passed over the catalyst, working with a propylene hourly space velocity of 50, calculated at atmospheric pressure and room temperature.
Bei 4500C betrug die Propylenkonversion 61% und die Selektivität füf Acrylnitril 33%; bei 48O0C betrug die Konversion 76% und die Selektivität 38%; bei 5000C betrug die Konversion 85% und die Selektivität 30%.At 450 0 C, the propylene conversion was 61% and the selectivity 33% acrylonitrile five '; at 48O 0 C the conversion was 76% and the selectivity 38%; at 500 ° C. the conversion was 85% and the selectivity 30%.
Dieses Beispiel zeigt, daß Oxidverbindungen von Wismut und Wolfram, von einem Siliciumdioxid-Träger getragen, als Katalysatoren nicht sehr aktiv und kaum selektiv sind.This example shows that oxide compounds of bismuth and tungsten supported on a silica carrier are not very active as catalysts and are hardly selective.
Beispiel 3 (Katalysatorzusammensetzung: W1Bi0147Fe0117O4114)Example 3 (catalyst composition: W 1 Bi 0147 Fe 0117 O 4114 )
87 g 5(NHi)1O · 12WO, · 5H1O wurden in 200 cm» 35gewichtsprozentigem H1O1 gelöst. Getrennt davon wurden 107 g Bi(NO1)J-SH1O und 22 g Fe(NOj)3 · 9H1O in 20 cm* 65prozentiger HNO8 und 200 cm* H1O gelöst. Die Lösungen wurden in der Kälte zusammengegeben. Dann wurden 230 g 40%iges Siliciumdioxidsol zugegeben. Die entstehende Lösung wurde dann auf einem elektrischen Heizofen unter Rühren auf 100°C bis zur Trockne erhitzt. Der Katalysator wurde schließlich bei 55O0C 12 Stunden caldniert.87 g of 5 (NHi) 1 O · 12WO, · 5H 1 O were dissolved in 200 cm »35% by weight H 1 O 1 . Separately, 107 g of Bi (NO 1 ) J-SH 1 O and 22 g of Fe (NOj) 3 · 9H 1 O were dissolved in 20 cm * 65% HNO 8 and 200 cm * H 1 O. The solutions were combined in the cold. Then 230 g of 40% silica sol was added. The resulting solution was then heated to dryness on an electric heater with stirring at 100 ° C. The catalyst was finally caldniert 12 hours at 55O 0 C.
6 cm* des Katalysators mit einer ί eilchengröße von 0,105 bis 0 35 mm wurden in den Mikroreaktor eingeführt, und die Reaktion wurde unter den im Beispiel 1 angegebenen Bedingungen durchgeführt.6 cm * of the catalyst with a particle size of 0.105 to 0 35 mm was introduced into the microreactor, and the reaction was carried out under the im Example 1 performed conditions specified.
Bei 47O0C wurde eine Propylenkonversion von 90% mit einer Selektivität für Acrylnitril von 58% und für Acetonitril von 65% erzielt. Es konnte kein Acrolein festgestellt werden.At 47O 0 C, a propylene conversion of 90% with a selectivity for acrylonitrile of 58% and for acetonitrile of 65% was achieved. No acrolein could be found.
daß man eine Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt von 10% erhielt; d*ses Material wurde durch Versprühen mit Hilfe eines Sprühtrockners getrocknet Das erhaltene Pulver wurde zu Tabletten verpreßt, 12 Stunden bei 5500C caldniert und vermählen.that a slurry having a solids content of 10% was obtained; d * ses material was dried by spraying with the aid of a spray drier, the powder obtained was pressed into tablets, caldniert 12 hours at 550 0 C and ground.
Eine Teilmenge von 6 cm* wurde in einen Mikroreaktor eingeführt, und Propylen, Ammoniak und Luft im Verhältnis von 1:1,2:10 wurden zugeführt, wobei die übrigen Bedingungen denen vom Beiso spiel 1 entsprachen.A 6 cm * aliquot was introduced into a microreactor, and propylene, ammonia and Air in the ratio of 1: 1.2: 10 was supplied, The other conditions were the same as in Example 1.
Bei 4800C erzielte man eine C,H,-Konversion von 70% und eine Selektivität von 68% für Acrylnitril. Bei 4900C erzielte man eine C,H«-Konversion von 80% und eine Selektivität !für Acrylnitril von 71 %.At 480 0 C were obtained a C, H, -Konversion of 70% and a selectivity of 68% for acrylonitrile. At 490 0 C were obtained a C, H "-Konversion of 80% and a selectivity! For acrylonitrile of 71%.
1313th (Katalysatoizusammensetzung: W(Catalyst composition: W
so Ein Katalysator wurde gemäß Beispiel 3, jedochA catalyst was made according to Example 3, however
ohne das Trägermaterial, hergestellt 6ein* Katalysator wurden bei 445°C mit einemwithout the carrier material 6ein * catalyst were at 445 ° C with a
Verhältnis der Komponenten von 1:1,3 :11:10 bei »5 einer Propylenraumgeschwindigkeit von 50 cm3 proRatio of the components of 1: 1.3: 11: 10 at »5 a propylene space velocity of 50 cm 3 per cm3 Katalysator pro Stunde getestet.cm 3 of catalyst tested per hour.
und eine Selektivität für Acrylnitril von 55,3 % gemes-and a selectivity for acrylonitrile of 55.3% measured
sen. 30sen. 30th
Beispiel 4 (Katalysatorzusammensetzung: W1Bi0117Fe0147O4116)Example 4 (catalyst composition: W 1 Bi 0117 Fe 0147 O 4116 )
Unter Erhitzen wurden 56 g Wolframtrioxid in 200 cm* einer wäßrigen konzentrierten Ammoniaklösung gelöst Daraufhin wurde die Lösung mit destilliertem Wasser auf 1000 cm* verdünnt. Getrennt dazu wurden 20 g Wismutnitrat und 65 g Eisennitrat in Wasser und Salpetersäure gelöst. Die zweite Lösung wurde zu der ersten Lösung gegeben, worauf die Mischung auf einen pH-Wert von 7 neutralisiert wurde. Dann ließ man den Niederschlag sich absetzen, filtrierte ihn und wusch ihn wiederholt mit Wasser. Der Niederschlag wurde in Wasser dispergiert, soWith heating, 56 g of tungsten trioxide were dissolved in 200 cm * of an aqueous concentrated ammonia solution. The solution was then with distilled water diluted to 1000 cm *. Separately, 20 g of bismuth nitrate and 65 g of iron nitrate were added dissolved in water and nitric acid. The second solution was added to the first solution, whereupon the mixture was neutralized to pH 7. Then the precipitate was allowed to settle, filtered it and washed it repeatedly with water. The precipitate was dispersed in water, so Beispiel 6 (Katalysatorzusammensetzung: WExample 6 (Catalyst composition: W
Der gemäß Beispiel 4 hergestellte Katalysator wurde untersucht, indem man die Reaktion in einem fluiden Bett durchführte.The catalyst prepared according to Example 4 was examined by the reaction in a fluid Bed carried out.
In ein Reaktionsgefäß aus rostfreiem Stahl mit einem inerten Durchmesser von 4,5 cm, das von außen mit Hilfe geeigneter elektrischer Widerstände geheizt wurde, gab man 500 cm* des Katalysators mit einer Korngröße zwischen 0,053 und 0,149 mm. In dem ReaVtionsgefäß trug eine Sinterstahlplatte den Katalysator und ermöglichte die Verteilung der am Boden eingeführten Reaktionsteünehmer. Ein Thermoelement war in einer geeigneten Hülle längs der vertikalen Achse des Reaktionsgefäßes zur Steuerung der Reaktionstemperatur angeordnet.In a stainless steel reaction vessel with an inert diameter of 4.5 cm, the outside was heated with the help of suitable electrical resistors, you gave 500 cm * of the catalyst with a Grain size between 0.053 and 0.149 mm. In the reaction vessel, a sintered steel plate carried the catalyst and made it possible to distribute it on the bottom introduced reaction employee. A thermocouple was in a suitable envelope along the vertical one Axis of the reaction vessel arranged to control the reaction temperature.
Es wurden Propylen, Ammoniak und Luft in einem Verhältnis von 1:1,2:10 mit einem derartigen Durchsatz eingeführt, daß man eine Kontaktzeit von 5 Sekunden, bei Raumtemperatur berechnet, erreichte.There were propylene, ammonia and air in a ratio of 1: 1.2: 10 with one such Throughput introduced that a contact time of 5 seconds, calculated at room temperature, was achieved.
Bei einer Temperatur von 470° C betrug die Propylenkonversion 92,5%; man erzielte dabei eine Selektivität von 62,6% für Acrylnitril, eine Selektivität M far Acetonitril von 4>6% und steute Spuren vonAt a temperature of 470 ° C., the propylene conversion was 92.5%; a selectivity of 62.6% for acrylonitrile, a selectivity M for acetonitrile of 4> 6 % and ste u te traces of were achieved
B e i s ρ i e 1 7 (Katalysatorzusammensetzung: W1Fe015Te01nO4,*)B eis ρ ie 1 7 (catalyst composition : W 1 Fe 015 Te 01n O 4 , *)
28,4 g Fe(NOs)s · 9H1O und 6,9 g H4TeO4 wurden in H1O gelöst. Zu dieser Lösung gab man eine weitere Lösung, die man durch Auflösen von 31,1 g 5(ΝΗ4)4Ο · 12WO8 · 5H1O in 35gewichtsprozentigem H1O1 erhalten hatte. Schließlich gab man zu der entstehenden Lösung 100 g kolloidales Siliciumdioxid mit 40% SiO2 zu. Die Mischung wurde zur Trockne eingedampft; nach der Entfernung der Nitrate bei28.4 g of Fe (NO s ) s . 9H 1 O and 6.9 g of H 4 TeO 4 were dissolved in H 1 O. Another solution obtained by dissolving 31.1 g of 5 (ΝΗ 4 ) 4 Ο · 12WO 8 · 5H 1 O in 35% by weight H 1 O 1 was added to this solution. Finally, 100 g of colloidal silicon dioxide with 40% SiO 2 were added to the resulting solution. The mixture was evaporated to dryness; after the removal of the nitrates
;iner Temperatur zwischen 200 und 2SO0C wurde ier entstehende Feststoff 4 Stunden in Gegenwart «m Luft bei 53O0C calciniert.; iner temperature between 200 and 2SO 0 C was calcined in air at 53o m 0 C ier resulting solid for 4 hours in the presence of. "
6 cm* des so erhaltenen Katalysators, der auf eine Korngröße zwischen 0,149 mm und 0,297 mm gebracht worden war, wurden in einen Mikroreaktor eingeführt.6 cm * of the catalyst obtained in this way, which was brought to a grain size between 0.149 mm and 0.297 mm were introduced into a microreactor.
Es wurde eine Mischung von C*H«, NH, und Luft im Verhältnis von 1:1,3:9,0 mit einer Raumgeschwindigkeit von SO cm* pro cm* pro Stunde eingeführt, wobei man bei einer Temperatur von S 465 0C eine C,Ht-Konvcrsion von 85,0% und eine Selektivität für Acrylnitril von 67,0% erzielte.A mixture of C * H «, NH, and air in the ratio of 1: 1.3: 9.0 was introduced at a space velocity of 50 cm * per cm * per hour, and at a temperature of S 465 ° C. achieved a C, H t conversion of 85.0% and a selectivity to acrylonitrile of 67.0%.
509 «29509 «29
Claims (1)
Katalysator, wobei das Verhältnis von Olefin zu Das Verhalten dieser Zusammensetzungen während Ammoniak zu Sauerstoff im Bereich von 1: 0,7:1 bis des Betriebes ist frei von Schwierigkeiten. Es wurdeA tungsten-containing catalyst system has the property that, at low reaction temperatures, they contain compounds with a high melting point of industrially interesting conversion and selectivities which, as is known, are achieved with respect to the catalyst. make thermal transformations more resistant and the present invention thus relates to a method to ensure a longer service life of the same for the production of acrylonitrile or meth- 60. These compositions are außeracrylnitril by reacting propylene or the little or no Veriust of these isobutylene with ammonia and oxygen or compositions constituting materials currency-oxygen containing gas in the gas phase at end of operation in industrial scale and temperatures above 44O 0 C and below 53O ° C also have such mechanical properties and pressures between 1 and 5 atmospheres above an iron, 65 th, that their use in processes with solid oxygen and optionally containing tellurium and with a fluid catalyst bed is possible.
The behavior of these compositions during ammonia to oxygen in the range of 1: 0.7: 1 to operate is free of difficulties. It was
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