DE2634606A1 - Verfahren zur herstellung von maleinsaeureanhydrid aus c tief 4 -kohlenwasserstoffverbindungen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von maleinsaeureanhydrid aus c tief 4 -kohlenwasserstoffverbindungenInfo
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Description
Es wurde gefunden, daß bei der Herstellung von Maleinsäureanhydrid
durch Oxydation von n-Butan, n-Butenen und Butadien oder Gemischen hiervon mit molekularem Sauerstoff
in der Dampfphase bei einer erhöhten Temperatur zv.Tischen
etwa 500 und etwa 6000C in Anwesenheit eines Katalysators
besonders günstige Ergebnisse mit solchen Katalysatoren erhalten werden, die die kombinierten Oxyde von Vanadium
und mindestens einem der Elemente Bor, Niob, Tantal, Antimon ., Wolfram und Chrom enthalten. Die erfindungsgemäßen
Katalysatoren können durch weitere Elemente in ihrer
Aktivität, Stabilität und Selektivität verbessert werden. Wird die Reaktion mit η-Butan durchgeführt, erhält man
ein besonders reines Endprodukt in guter Ausbeute und
hoher Selektivität.
Aktivität, Stabilität und Selektivität verbessert werden. Wird die Reaktion mit η-Butan durchgeführt, erhält man
ein besonders reines Endprodukt in guter Ausbeute und
hoher Selektivität.
-Z-
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Der wichtigste Teil der vorliegenden Erfindung ist der verwendete Katalysator. Als zusätzlich , die
Aktivität, Stabilität und Selektivität des Katalysators steigernde Elemente können eines oder mehrere aus der
Gruppe der Alkalimetalle, Zink, Kadmium, Phosphor, Arsen, Kupfer, Cer, Thorium, Zinn, Mangan, Eisen und Uran zugefügt
werden. Die bevorzugten Katalysatoren entsprechend der folgenden Formel:
Wc0X
worin A mindestens ein Mitglied aus der Gruppe der Alkalimetalle, Zink, Kadmium, Phosphor, Arsen, Kupfer,
Cer, Thorium, Zinn, Mangan, Eisen und Uran, D mindestens ein Mitglied aus der Gruppe Bor, Niob,
Tantal, Antimon , Wolfram und Chrom ist und a eine Zahl von 0 bis 5,
b und c Zahlen von 0,1 bis 10 und χ eine solche Zahl ist, die zur Absättigung der Wertigkeiten der im Katalysator anwesenden und von Sauerstoff verschiedenen Elemente notwendig ist .
b und c Zahlen von 0,1 bis 10 und χ eine solche Zahl ist, die zur Absättigung der Wertigkeiten der im Katalysator anwesenden und von Sauerstoff verschiedenen Elemente notwendig ist .
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid
aus Cλ-Paraffinkohlenwasserstoffen durch Verwendung
eines neuen Katalysators. Maleinsäureanhydrid
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wird in einfacher Weise und zu niedrigen Kosten durch
Oxydation preiswerter Paraffinkohlenwasserstoffe hergestellt. Die Stabilität und Aktivität des erfindungsgemäß
eingesetzten Katalysators ist verbessert,und zum Unterschied der meisten vorbekannten Verfahren zur katalytischen
Dampfphasenoxydation von Paraffinen zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid enthalten die erfindungsgemäßen
Katalysatoren keinen Phosphor als wesentliches Element. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders wirkungsvoll
bei der Herstellung von Maleinsäureanhydrid aus n-Butan, wobei besonders gute Ausbeuten erhalten werden. Die erfindungsgemäßen
Katalysatoren sind jedoch auch in Verbindung mit der Herstellung vonPhtahlsäureanhydrid aus
Xylenen wertvoll.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren werden nach zahlreichen
bekannten Verfahren hergestellt. In einfacher Weise v/erden die Katalysatoren dadurch hergestellt, daß die Oxyde oder
Salze der verschiedenen Bestandteile des Katalysators in konzentrierter Salzsäure digeriert werden. Die Katalysatoren
können auch durch Kombination der Oxyde oder Nitrate hergestellt werden. Die besonders bevorzugte Herstellung
der Katalysatoren ist in den Ausführungsbeispielen beschrieben.
Die Katalysatoren können alleine oder auf Trägerstoffen
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aufgetragen eingesetzt werden. Geeignete Trägerstoffe sind zum Beispiel Silica,Aluminiumoxyd, AlundumjSiliziumcarbid,
Borphosphat, Zirkonoxyd und dergleichen. Die Katalysatoren werden zweckmäßig in einem Festbettreaktor
oder in Form von Tabletten, Pellets oder dergleichen/in einem
Fließbettreaktor eingesetzt, wobei im zuletzt genannten Fall der Katalysator bevorzugt eine Teilchengröße von
weniger als etwa 300 Micron aufweist.
Die Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch Umsetzung des Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in der
Dampfphase in Anwesenheit eines Katalysators ist an sich bekannt. Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren
Kohlenwasserstoffe können n-Butan,n-Butene, Butadien oder Gemische aus solchen Produkten sein. Vorzugsweise
wird η-Butan oder ein Gemisch der Kohlenwasserstoffprodukte
wie sie bei einer Raffinerie anfallen, eingesetzt. Der molekulare Sauerstoff wird in einfachster ¥eise in
Form von Luft zugeführt. Es können jedoch auch künstliche, molekularen Sauerstoff enthaltende Gasströme zur Anwendung
kommen. Zusätzlich zu dem Kohlenwasserstoff und molekularem Sauerstoff können dem dem Reaktor zugeführten Ausgangsgasgemisch
auch noch andere Gase beigemischt werden. Beispiele hierfür sind Wasserdampf oder Stickstoff.
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Das Verhältnis der Reaktionskomponenten kann in weiten Grenzen schwanken und ist nicht kritisch. Das Verhältnis
des Kohlenwasserstoffs zum molekularem Sauerstoff kann " im Bereich von etwa 2 bis etwa 30 Mol Sauerstoff pro Mol
Kohlenwasserstoff schwanken. Höhere Sauerstoffverhältnisse machen den Einsatz von Festbettreaktoren notwendig und
werden angewandt, um den explosiven Bereich der Reaktionskomponenten zu vermeiden. Bevorzugte Sauerstoffverhältnisse
sind etwa 4 bis etwa 20 Mol pro Mol Kohlenwasserstoffprodukt .
Die angewandte Reaktionstemperatur' kann in weiten Grenzen
schwanken und hängt von dem jeweils eingesetzten Kohlenwasserstoff und Katalysatorprodukt ab.Beste Resultate werden
bei Temperaturen im Bereich von etwa 300 bis etwa 600°C erzielt. Die Reaktion kann bei atmosphärischem, überatmosphärischem
oder unteratmosphärischem Druck durchgeführt werden.
Ausführungsbeispiele
Beispiele 1 bis 17
Beispiele 1 bis 17
Herstellung von Maleinsäureanhydrid unter Verwendung verschiedener erfindungsgemäßer Katalysatoren.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren wurden wie folgt hergestellt:
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Beispiel 1 : ZnQ 2 V1B1 2°x
45,5 g Vanadiumpentoxyd wurden in 295 ecm konzentrierter
Salzsäure digeriert und das Gemisch auf einer heißen Platte unter dauerndem Rühren etwa 1 1/2 Stunden erhitzt. Eine
wässerige Lösung von 13,6 g Zinkchlorid wurde zugegeben. Das Erhitzen und Rühren wurde etwa 15 Minuten fortgesetzt.
Sodann wurde eine wässerige Aufschlämmung von 37,1 g Borsäure zu dem Gemisch zugefügt und unter dauerndem Rühren
weiter erhitzt, bis das Gemisch fest wurde. Der Katalysator wurde bei etwa 1200C getrocknet.
Beispiel 2 : ZnQ
22,4 g Vanadiumpentoxyd wurdeiin 295 ecm konzentrierter
Salzsäure digeriert und 4 Stunden am Rückfluß zum Sieden erhitzt. Zu dieser Lösung wurden 7,29 g Antimontrioxyd und
hiernach eine wässerige Lösung von 15,5 g Borsäure und eine wässerige Lösung von 6,8 g Zinkchlorid zugegeben.
Das Gemisch wurde 2 Stunden am Rückfluß zum Sieden erhitzt und sodann langsam zur Trockne eingedampft.
Eine Vanadium enthaltende Lösung wurde in der gleichen
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Weise wie im Beispiel 2 beschrieben hergestellt. 33, 3 g Niobpentoxyd wurden mit 6,1 g Antimon —Metallpulver in
Wasser gemischt. Salzsäure wurde langsam zu dieser Lösung unter konstantem Rühren gegeben und das Gemisch wurde zu
der Vanadium enthaltenden Lösung gegeben. Das Gemisch wurde 6 Stunden am Rückfluß zum Sieden erhitzt. Die Farbe
des Gemisches änderte sich in blaß-grün. Der Katalysator wurde zur Trockne eingedampft.
Beispiel 4 ; ^1,Q^1,2ZnQ,2°x
Es wurde eine vanadiumhaltige Lösung in der gleichen Weise
wie im Beispiel 2 beschrieben hergestellt. 75,0 g Wolframsäure wurden zu 3,27 g Zink-Metallpulver in Wasser gegeben,
wobei sich die Farbe in blau umwandelte. Hierzu wurde verdünnte Salzsäure gegeben. Das Gemisch wurde zu der
Vanadium enthaltenden Lösung zugefügt. Die Farbe wechselte von blau in gelblich-grün. Das Gemisch wurde langsam zur
Trockne eingedampft.
Beispiel 5 ι Zn0^V1 ^Sb1 ^ 2AsQ<
Dieser Katalysator wurde in dergleichen Weise wie im Bei spiel 2 hergestellt, wobei die folgenden Produkte in
folgenden Mengen eingesetzt wurden ι
-8-
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298 | • | ecm | konz. HCl | |
22,7 | g | V2O5 | ||
6,8 | g | ZnCl2 | ||
- | 43,7 | g | Sb2O3 | |
3,8 | g | H3AsO4- 1/2 H2O | ||
Beispiel 6 : | ZnOv |
Dieser Katalysator wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 beschrieben hergestellt, mit der Ausnahme, daß
Antimon-trbxyd und Arsensäure durch 39,9 g Niobpentoxyd ersetzt werden.
Beispiel 7 : K^Q2
Dieser Katalysator wurde durch Imprägnierung des Katalysators des Beispiels 6 wie folgt hergestellt: 5,5 g des
Katalysators wurden mit 2,4 χ 10 g Kaliumhydroxyd in
1,5 ml destilliertes Wasser erfitzt,
Die Katalysatoren wurden in der gleichen Weise wie in
den vorstehenden Beispielen unter Einsatz der geeigneten
Verhältnisse der Einzelbestandteile hergestellt. -9
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Die vorstehend beschriebenen Katalsysatoren wurden gemahlen und die Teilchen mit einer Teilchengröße von
20 bis 32 Maschen gewonnen.. Ein Teil dieser Katalysatorteilchen
wurde in einen 5 ccm-Festbettreaktor gegeben, der aus einem 12,7 cm langen V2A-Stahlrohr mit einem
inneren Durchmesser von 1,0 cm hergestellt war^und unter Durchleitung von Luft 16 Stunden auf 2900C erhitzt.
Der Reaktor wurde sodann auf die Reaktionstemperatur erhitzt und ein Ausgangsgasgemisch aus einem Teil n-Butan/
50 Teilen Luft wurde über den Katal-ysator bei einer scheinbaren Kontaktzeit von 1,0 Sekunden geleitet. Der
Reaktor wurde unter diesen Reaktionsbedingungen 2 Stunden betrieben, um den Katalysator vorzukonditionieren. Die
Reaktorabgase wurden sodann gesammelt und gaschromatographisch analysiert.
Die Resultate werden mit folgenden Werten angegeben:
Ausbeute bei einmaligem Durchgang =
Mol erhaltene Maleinsäure χ 100
Mol η-Butan im Ausgangsgasgemisch
Gesamtumwandlung =
Mol umgesetztes n-Butan χ 100
Mol n-Butan im Ausgangsgasgemisch
-10-709807/1189
- ίο -
Selektivität =
Ausbeute bei einmaligem Durchgang Gesamtumwandlung
Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben.
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Beispiel | Herstellung von | TABELLE | Ergebnisse, | % | 10 | Selekti vität |
■ | 7,3 | |
8 | n-Butan-Gesamt- Ausbeute bei ein- umwandlung maligem Durchgang |
14 | 55 | 38,5 | |||||
9 | Katalysator | Maleinsäureanhydrid aus η-Butan | 18,2 · | 1,2 4,6 |
66 | 34,2 | |||
10 11 |
•Zn0,2V1,0B1,2°x | Reaktions | 21,2 | 3,8 · | 86,0 | 15,6 | |||
12 | Zn0,2V1,0B1,2°x | temperatur 0C |
6,1 | 1,6 | - | ||||
13 | Zn0,2V1B1Sb0,2°x Zn0,2V1B1Sb0,2°x |
450 | - | 7,2 | |||||
r09 807 | ' 14 | V1Nb1Sb0^2Ox | 500 | - | 22,5 | ||||
__i | 15 | V1,0¥1,2Zn0,2°x | 480 540 |
98,7 | 32 | ||||
OO co |
16 | Zn0,2V1,0Sb1,2As0,1°x | 450 | . 58,6 | 12,6 | ||||
17 | Ζη0,2νΐ,0^1,2°χ | 450 | 93,6 | ||||||
Zn0,2^,0^1,2°x | 400 | 80,8 | |||||||
K0,02[Zn0,2V1,0Nb1,2°x^ | 450 | ||||||||
500 | |||||||||
-12- | 500 | ||||||||
Claims (9)
1.) Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid
durch Oxydation von η-Butan, n-Butenen, Butadien oder Gemischen hiervon mit molekularem Sauerstoff ■
in der Dampfphase bei einer Reaktionstemperatur im Bereich von etwa 300 bis etwa 6000C in Anwesenheit
eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein Produkt verwendet
wird, das die kombinierten Oxyden von Vanadium und mindestens einem Element aus der Gruppe Bor, Niob,
Tantal, Antimon, Wolfram und Chrom enthält.
2,) Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Katalysator der empirischen Formel
Wc0X
hat worin A mindestens ein Element aus der Gruppe der
hat worin A mindestens ein Element aus der Gruppe der
Alkalimetalle, Zink, Kadmium, Phosphor, Arsen, Kupfer,
Cer, Thor, Zinn, Mangan, Eisen und Uran und
D mindestens ein Element aus der Gruppe Bor, Niob,
Tantal, Antimon, Wolfram und Chrom ist und a eine Zahl im Bereich von 0 bis 5
b und c Zahlen im Bereich von 0,1 bis 10 und
χ die Anzahl Sauerstoffatome angibt, die notwendig ist, um die Valenzen der anderen Elemente im Katalysator
abzusättigen.
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3.) Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von η-Butan ausgegangen wird.
4.) Verjähren gemäß Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet,
daß als Katalysator eine Verbindung der Formel
ZnO 2V1 ONb1 2°x ver^eriä-e^ wird.
5.) Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator eine Verbindung der Formel
Znn oV-iBi O0v verwendet wird.
U, (L I I ,^ X
6.}/ Katalysatorprodukt, gekennzeichnet durch die empirische
Formel
WA
worin A mindestens ein Element aus der Gruppe der Alkalimetalle, Zink, Kadmium, Phosphor, Arsen, Kupfer,
Cer, Thor, Zinn, Mangan, Eisen und Uran und
D mindestens ein Element aus der Gruppe Bor, Niob,
Tantal, Antimon , Wolfram und Chrom ist und
a eine Zahl im Bereich von 0 bis 5 b und c Zahlen im Bereich von 0,1 bis 10 und
χ die Anzahl Sauerstoffatome ist, die notwendig ist, um die Valenzen der anderen Elemente im Katalysator
abzusättigen.
-14-
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7.) Katalysatorprodukt gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß A mindestens ein Element aus der Gruppe
Zink, Kalium und Arsen·ist und a größer als 0 ist..
8.) Katalysatorprodukt gemäß Anspruch β oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß er der empirischen Formel Zn0,2V1,0B1,2°x entspricht.
9.) Katalysatorprodukt gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, daß er der empirischen Formel
ZnQ 2V. qKHd^ 20χ entspricht.
BR/K
709807/1 189
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |