DE2453677A1 - Verfahren zur herstellung von maleinsaeureanhydrid - Google Patents
Verfahren zur herstellung von maleinsaeureanhydridInfo
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Description
49 669-BR
Anmelder: The Standard Oil Company, Midland Building,
Cleveland, Ohio 44115/USA
Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch Oxidation von η-Butan, n-Butenen,
Butadien oder einer Mischung davon mit molekularem Sauerstoff in der Gasphase in Gegenwart eines Katalysators.
Es ist bekannt, daß zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid
Vanadin- und Phosphorkatalysatoren verwendet werden können. Da jedoch bei Verwendung dieser Katalysatoren geringe Ausbeuten
erhalten werden, ist man seit langem auf der Suche nach besseren Katalysatoren.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
von Maleinsäureanhydrid durch Oxidation von n-Butan, n-Butenen, Butadien oder einer Mischung davon mit molekularem
Sauerstoff in der Gasphase in Gegenwart eines Katalysators, das dadruch gekennzeichnet ist, daß man einen Katalysator
verwendet, der Oxide von Vanadin, Phosphor und/oder Uran enthält.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere
für die Herstellung von sehr reinem Maleinsäureanhydrid aus η-Butan in hohen Ausbeuten. Darüberhinaus haben die
erfindungsgemäß verwendeten Katalysatoren eine lange Gebrauchsdauer.
Der Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung ist der erfindungsgemäß
verwendete neue Katalysator. Wie bereits erwähnt, enthält der erfindungsgemäße Katalysator mindestens
die Oxide von Vanadin, Phosphor und/oder Uran. Dieser Grundkatalysator kann gewünschtenfalls durch Metalloxide aktiviert
werden. Beispiele für geeignete Metalloxide, auf welche die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt
ist, sind die Oxide von Metallen der Lanthanidenreihen, der Gruppen VIII, IA und HA des Periodischen Systems der
Elemente.
Bevorzugte Katalysatoren sind solche mit der folgenden Summenformel:
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Λ VaPbüc°x
worin a und b 0,1 bis 10,
c 0,01 bis 5 und
worin a und b 0,1 bis 10,
c 0,01 bis 5 und
χ die zur Absättigung der Valenzen der anderen vorhandenen Elemente erforderliche Anzahl von
Sauerstoffatomen bedeuten.
Besonders vorteilhafte Katalysatoren der oben angegebenen allgemeinen Formel sind solche, in denen a und b 0,5 bis 3
und c 0,1 bis Opbedeuten.
Die Katalysatoren können nach verschiedenen bekannten Verfahren hergestellt werden. Die Katalysatoren werden in üblicher
Weise hergestellt durch Digerieren von Oxiden oder Salzen der verschiedenen Bestandteile des Katalysators in konzentrierter
Chlorwasserstoffsäure. Es sind auch andere Verfahren
geeignet, beispielsweise die Vereinigung der Oxide oder Nitrate. Das am meisten bevorzugte Herstellungsverfahren
wird weiter unten näher beschrieben.
Der Katalysator kann allein oder zusammen mit' einem Träger
verwendet werden. Beispiele für geeignete Träger sind Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Alundum, Siliciumcarbid,
Borphosphat, Zirkoniumdioxid und dgl. Der Katalysator wird zweckmäßig in einem Fixbettreaktor unter Verwendung von
Tabletten, Pillen oder dgl. oder in einem Fließbettreaktor unter Verwendung eines Katalysators, der vorzugsweise eine
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etwa
Teilchengröße von weniger als\3OO Mikron aufweist, eingesetzt.
Das Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid, in. dem die erfindungsgemäßen Katalysatoren verwendet werden,
ist arjlsich bekannt. Das Verfahren umfaßt die Umsetzung eines
Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in der Gasphase in Gegenwart des Katalysators.
Bei dem umgesetztenKohlenwasserstoff kann es sich um n-Butan,
n-Butene, Butadien oder eine Mischung davon handeln. Bevorzugt
wird η-Butan oder eine Mischung von Kohlenwasserstoffen verwendet, die in den Raffinerieströmen gebildet werden.
Der molekulare Sauerstoff wird am zweckmäßigsten in Form Von Luft zugegeben, es können aber auch synthetische Ströme
verwendet werden, die molekularen Sauerstoff enthalten. Außer dem Kohlenwasserstoff und molekularem Sauerstoff
können auch andere Gase der Reaktanten-Beschickung zugegeben werden. So kann beispielsweise den Reaktanten Waseerdampf
oder Stickstoff zugegeben werden.
Dae Verhältnis zwischen den Reaktanten kann stark variieren
und ist nicht kritisch. Das Verhältnis von Kohlenwasserstoff zu molekularem Sauerstoff kann innerhalb des Bereiches von
etwa 2 bis etwa 30 Mol Sauerstoff pro Mol Kohlenwasserstoff liegen. Die höheren SauerstoffVerhältnisse werden in Fix
bettreaktoren angewendet und sie dienen dazu, den explosiven Bereich der Reaktanten zu vermeiden. Bevorzugte Sauer-
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Stoffverhältnisse sind etwa 4 bis etwa 20 Mol pro Mol Kohlenwasserstoff.
Die Reaktionstemperatur kann stark variieren und hängt von
dem jeweils verwendeten Kohlenwasserstoff und dem jeweils verwendeten Katalysator ab. Die besten Ergebnisse erhält
man zweckmäßig bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 350 bis etwa 600°C. Die Umsetzung kann bei Atmosphärendruck,
Überdruck oder Unterdruck durchgeführt werden. Die Kontaktzeit kann innerhalb des Bereiches von weniger
als 1 Sekunde bis 10 Sekunden oder mehr liegen. Diese Reaktionsparameter sind von keiner überragenden Bedeutung,
weil diese Bedingungen anfeich bekannt sind.
Gemäß einer spezifischen Ausführungsform wurde ein Katalysator der Formel V1P^ -jrUq 20χ wie folgt hergestellt?
33,6 g V2Oc wurden in 438 cnr konzentrierter HCl digeriert,
es wurden 31,3 g UOp(CpH^O2)ο·2HpO zugegeben und eine Stunde
lang unter Rückfluß erhitzt. Dazu wurden 48,9 g 85%ige H-zPO^ zugegeben und die Mischung wurde 2 Stunden lang
unter Rückfluß erhitzt. Die Mischung wurde bei Atmosphärendruck auf einer Heizplatte eingedampft und über Nacht bei
1100C getrocknet. Der Katalysator wurde gemahlen(zerkleinert)
und gesiebt zur Herstellung einer Fraktion mit einer Teilchengröße von 2,0 mm (10 mesh) χQ,60 mm (30 meeh).
Der Reaktor bestand aus einem rostfreien Stahlrohr mit «inem
Innendurchmesser von 1,02 cm. Ein Teil der Katalysatorfraktion wurde in die 20 cmr*~ Reaktiohezone des Reaktor» einge-
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führt. Der Katalysator wurde durch 16-stündiges Erhitzen
in einem Luftstrom auf 4820C aktiviert.
Nach der Aktivierung wurde eine n-Butan/Luft (1 /10O)-Beschickung
für eine Kontaktzeit von 1,35 Sekunden bei 482 C über den Katalysator geleitet. Nach 122-stündigem
ununterbrochenem Betrieb wurde das n-Butan/Luft-Verhältnis unter Anwendung der gleichen Reaktionsbedingungen
auf den Wert 1/70 geändert. Die bei den Versuchen erhaltenen Ergebnisse wurden durch Säuretitration des Produktes
gegen eine Vergleichsprobe bestimmt. Die Produktproben wurden auch durch potentio-anetrische Titration analysiert
und es wurde gefunden, daß es sich dabei um reines Maleinsäureanhydrid handelte, obgleich nur eine
Luftkondensation des Maleinsäureanhydrids verwendet worden war. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der
weiter unten folgenden Tabelle angegeben. Die Ergebnisse sind wie folgt ausgedrückt:
Ausbeute in Gewicht des gebildeten Maleinsäureanhydrids 1nn
Gev.% β Gewicht des zugefUhrten Butans
Tabelle Maleinsäureanhydrid aus Butan |
• | 8 107 126 |
Ausbeute in ?6 | Gew.% |
Betriebsdauer, | nach einem in | |||
Stunden | einzigen Durchgang | 84,5 80,1 82,8 |
||
50,0 47,4 49,0 |
||||
Auf die gleiche Weise können auch andere Katalysatoren,
die andere Mengen an Vanadin, Phosphor und Uran enthalten, zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid aus η-Butan verwendet
werden. Auf die gleiche Weise können auch verschiedene
erfindungsgemäße Katalysatoren mit Elementen,wie
Nickel, Cer, Antimon, Rubidium oderMagnesium, aktiviert werden, sodaß vorteilhafte Ausbeuten an Maleinsäureanhydrid
aus n-Butan, n-Butenen oder Butadien erhalten werden.
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Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid
durch Oxidation von η-Butan,, n-Butenen, Butadien oder
einer Mischung davon mit molekularem Sauerstoff in der Gasphase in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet,
daß man einen Katalysator verwendet, der die Oxide von Vanadin, Phosphor und/oder Uran enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß" man einen Katalysator mit der Summenformel verwendet
Va Pb Uo °x
worin a und b 0,1 Ms 10,
c 0,01 bis 5 und
c 0,01 bis 5 und
χ die zur Absättigung der Valenz der anderen vorhandenen Elemente erforderliche
Anzahl von Sauerstoffatomen bedeuten.·
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der allgemeinen Formel a und b 0,5 bis 3 und
c 0,1 bis 0,5 bedeuten.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einer Reaktionstemperatur
von 350 bis 60O0C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß n-Butan verwendet wird.
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