DE3150555A1 - Verbessertes herstellungsverfahren fuer phosphor-vanadium-sauerstoff-katalysatoren - Google Patents
Verbessertes herstellungsverfahren fuer phosphor-vanadium-sauerstoff-katalysatorenInfo
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- C07C51/252—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of unsaturated compounds containing no six-membered aromatic ring of propene, butenes, acrolein or methacrolein
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description
. .:X>R.:UR.SANDMAIR 3150555
PATENTANWÄLTE » C Postfach 860245 · 8000 München 86
Anwalts-Akte: 31 849
11. Dez. 1881
MONSANTO COMPANY ST. LOUIS, MISSOURI 63166/USA
Verbessertes Herstellungsverfahren für Phosphor-Vanadium-Sauerstoff
-Katalysatoren
r (089) 98 82 72 Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850
988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM
.988274 TELEX: Bayet Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270)
983310 0524560 BERG d Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren
9 die für die Erzeugung von Maleinsäureanhydrid durch Oxidation aliphatischer Kohlenwasserstoffe brauchbar
sind; insbesondere betrifft sie Katalysatoren mit geringem Verschleißa die zur Erzeugung von Maleinsäureanhydrid in hohen
Ausbeuten aus gesättigten Kohlenwasserstoffen geeignet sind.
In der US-PS 3 29.3 268, auf die hiermit Bezug genommen wird, wird ein Verfahren zur Oxidation gesättigter aliphatischer
Kohlenwasserstoffe zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid unter kontrollierten Bedingungen und in Gegenwart eines Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysators
beschrieben.
Typische Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysatoren, die in
rohrförmigen Reaktionsbehältern verwendet werden, werden als
Pillen, Pellets, Grieß, Tabletten oder Strangpreßlinge, insgesamt als "Agglomerate" bezeichnet, hergestellt. Die Beschikkung
eines Reaktors mit derartigen Katalysator-Agglomeraten ist problematischs da diese stauben, d.h., eine sehr geringe
Bruch- und Abriebfestigkeit haben; überdies ist der Phosphor-' Vanadium-Sauerstoff-Staub leicht giftig. Beim Zerbrechen der
Katalysator-Strukturen können die Bruchstücke unerwünschte Schwierigkeiten durch Druckabfall während des Reaktorbetriebs
verursachen. Bei Versuchen zur Lösung dieser Probleme wurden Strukturen mit hoher Dichte, die mit höheren Tablettierungsdrücken hergestellt waren, verwendet.' Diese Strukturen mit
hoher Dichte und entsprechend niedrigerer Porosität sind jedoch weniger aktiv3 als Strukturen mit geringer Dichte.
Eine wesentliche Erhöhung der Bruchfestigkeit von .Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysatoren
mit geringer Dichte ohne Beeinträchtigung der Katalysatorleistung würde einen signifikanten
Fortschritt darstellen, weshalb sich die Erfindung diese · Aufgabe stellt«
3 Ί 5055
Diese und andere Vorteile werden in einem.Verfahren zur Herstellung
von·Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysatorkomplexen
erzielt, bei dem Vanadium und Phosphor so miteinander in Kontakt gebracht werden, daß ein Katalysator-Vorläufer entsteht,
in dem über 50 Mol% Vanadium vierwertig ist; dann wird der
Vorläufer gewonnen, zu Agglomeraten geformt und kalziniert.
Die Verbesserung besteht darin, daß der Katalysator-Vorläufer vor dem Kalzinieren mit einer zur Erhöhung der Bruchfestigkeit ausreichenden Menge eines nichtwässrigen Lösungsmittels in
Kontakt gebracht und dann getrocknet wird. Dieser Kontakt mit dem Lösungsmittel kann vor und/oder nach der Verarbeitung·des Katalysator-Vorläufers zu Agglomeraten stattfinden.
Vorläufer gewonnen, zu Agglomeraten geformt und kalziniert.
Die Verbesserung besteht darin, daß der Katalysator-Vorläufer vor dem Kalzinieren mit einer zur Erhöhung der Bruchfestigkeit ausreichenden Menge eines nichtwässrigen Lösungsmittels in
Kontakt gebracht und dann getrocknet wird. Dieser Kontakt mit dem Lösungsmittel kann vor und/oder nach der Verarbeitung·des Katalysator-Vorläufers zu Agglomeraten stattfinden.
Die Bezeichnung "Agglomeration" bedeutet hier das Zusammenballen von Teilchen, insbesondere von pulverförmigen Stoffen,
die in einer lose gebundenen Zusammenballung dann größere Teil chen oder .Strukturen bilden. Derartige "Agglomerate" sind gewöhnlich redispergierbar.
die in einer lose gebundenen Zusammenballung dann größere Teil chen oder .Strukturen bilden. Derartige "Agglomerate" sind gewöhnlich redispergierbar.
Die Bezeichnungen "Granula" und "Nodula" beschreiben Agglomerationsformen
in Bezug auf den Endzustand des Produkts.
"Granulation" und "Granula" werden zur Beschreibung der Herstellung von bzw. der dabei, entstandenen unregelmäßig geformten Teilchenzusammenballungen verwendet. "Nodulation" und
"Nodula" werden zur Beschreibung der Herstellung von bzw. der dabei entstandenen, im allgemeinen regelmäßig geformten Teilchenzusammenballungen, wie Pillen und Pellets, verwendet.
"Granulation" und "Granula" werden zur Beschreibung der Herstellung von bzw. der dabei, entstandenen unregelmäßig geformten Teilchenzusammenballungen verwendet. "Nodulation" und
"Nodula" werden zur Beschreibung der Herstellung von bzw. der dabei entstandenen, im allgemeinen regelmäßig geformten Teilchenzusammenballungen, wie Pillen und Pellets, verwendet.
"Nichtwässriges Lösungsmittel" bedeutet jedes Lösungsmittel,
das keine wesentliche Wassermenge enthält. Eine "wesentliche" Menge ist. größer als die Menge, die gewöhnlich als Verunreinigung in handelsüblichen Produkten vorhanden ist. Das Lösungsmittel und andere Bestandteile desselben sollten selbstverständlich gegenüber dem Katalysator-Vorläufer relativ inert sein. Das Lösungsmittel ist vorzugsweise ein organisches Lösungsmittel, das aus Benzol und Benzolderivaten, Ketonen, Nitrilen, Estern, Alkoholen und halogenierten Kohlenwasserstoffe
das keine wesentliche Wassermenge enthält. Eine "wesentliche" Menge ist. größer als die Menge, die gewöhnlich als Verunreinigung in handelsüblichen Produkten vorhanden ist. Das Lösungsmittel und andere Bestandteile desselben sollten selbstverständlich gegenüber dem Katalysator-Vorläufer relativ inert sein. Das Lösungsmittel ist vorzugsweise ein organisches Lösungsmittel, das aus Benzol und Benzolderivaten, Ketonen, Nitrilen, Estern, Alkoholen und halogenierten Kohlenwasserstoffe
fen gewählt wird. Bei richtiger Anwendung führen diese Lösungsmittel
zu geringerem Abrieb und zu erhöhter Bruchfestigkeit.
"Abrieb" bedeutet hier Zerfall oder Desagglomeration durch Abnutzung
oder Zermahlen auf Grund von Reibung oder Bruch der Katalysator-Agglomerate oder -Strukturen zu Staub und/oder
Feinstoffen.
Die Bezeichnung "prozentualer (oder %) Abrieb" bedeutet, gemäß
dem unten beschriebenen Test5 den Gewichtsverlust in Grairjn
durch Reibung und Bruch der Katalysatorstrukturen (Ausgangsgewichts, Gramm - Endgewicht, Gramm) dividiert durch Ausgangsgewicht
der Katalysatorstrukturen in Gramm; der Quotient wird mit 100 multipliziert.
"Durchschnittliche Bruchfestigkeit" bedeutet den durchschnittlichen
Wert aus 10 oder mehr Bruchfestigkeitstests, wie sie unten beschrieben sinds ausgedrückt als Kraft in Newton (N).
"Ausbeute" bedeutet das molare Verhältnis von erhaltenem Maleinsäureanhydrid
zu dem in dem Reaktor vorgelegten Ausgangsmaterial 0
"Transportgeschwindigkeit" bedeutet das stündlich vorgelegte
Gasvolumen in cm bei 15,5 0C und Normaldruck, dividiert durch
3 3 3
das Körpervolumen des Katalysators in cm , was als cm /cm /h
ausgedrückt wird.
Sofern nichts anderes angegeben wird, bedeutet die Bezeichnung "Katalysator-Vorläufer" hier den Katalysator nach dem
Kalzinieren^ jedoch vor der auf Seite 17 beschriebenen Konditionierung,
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren werden hergestellt, indem man eine Phosphorverbindung und eine Vanadiumverbindung unter
Bedingungen miteinander in Kontakt bringt, unter denen ein Katalysator-Vorläufer entsteht9 in dem das molare Verhältnis
Phosphor zu Vanadium etwa 1:2 bis 2:1 beträgt, und in dem ein molarer Anteil von über 50% des Vanadiums vierwertig ist. Die
Katalysator-Vorläufer werden gewonnen und zu Strukturen geformt,
die in einem Maleinsäureanhydrid-Reaktor verwendet werden können. Anschließend werden die Katalysator-Vorläufer zur Herstellung
des Katalysators zwischen etwa 300 0C und 600 0C kalziniert.
Die Vanadiumverbindungen, die als Vanadium-Ausgangsmaterial
für die Katalysatorvorlaufer brauchbar sind, sind bekannt.
Dazu gehören u.a. Vanadiumoxide, wie Vanadiumpentoxid, Vanadiumtetroxid, Vanadiumtrioxid und gl.; Vanadiumoxyhalögenide,
wie Vänadylchlorid, Vanadyldichlorid, VanadyItrichlorid, Vanadylbromid, Vanadyldibromid, Vanadyltribromid und dgl.;
vanadiumhaltige Säuren, wie z.B. Metavanadsäure, Pyrovanadsäure und dgl.; Vanadiumsalze, wie Airanoniummetavanadat, Vanadiumsulfat,
Vanadiumphosphat, VanadyIformiat, Vanadyloxylat,
und dgl. Von diesen wird jedoch Vanadiumpentoxid bevorzugt.
Auch die als Phosphorausgangsmaterial für die Katalysator-Vorläufer
brauchbaren Phosphorverbindungen sind bekannt. Geeignet sind u.a. Phosphorsäuren, wie ortho-Phosphorsäure,
meta-Phosphorsäure, und dgl.j Phosphoroxide, wie z.B. Phosphorpentoxid, und dgl.; Phosphorhalogenide, wie z.B.
Phosphorpentachlorid, Phosphoroxybromid, Phosphoroxychlorid und dgl.; dreiwertige Phosphorverbindungen, wie Phosphorige
Säure, Phosphortr!halogenide (z.B. Phosphortrichlorid), organische
Phosphite (z.B. Trimethylphosphit), zuweilen bekannt als Phosphbnate, und dgl. Davon werden ortho-Phosphorsäure
und Phosphorpentoxid bevorzugt; ein Gemisch aus ortho-Phosphorsäure und Phosphoriger Säure wird besonders bevorzugt.
-/10
Zur Herstellung der Katalysator-Vorläufer mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird eine Vanadiumverbindung mit einer Phosphorverbindung
in einer Säurelösung in Kontakt gebracht, und das Gemisch wird zur Auflösung der Ausgangsstoffe erhitzt. Es
wird ein Reduktionsmittel verwendet, um fünfwertiges Vanadium zu vierwertigem Vanadium zu reduzieren und um das Vanadium
vierwertig zu halten. Wie bekannt, können Wasserstoffhalogenidsäure-
und Oxalsäurelösungen, die milde Reduktionsmittel
sind, nicht nur als Säuremediun:, sondern auch als Reduktionsmittel
für das fünfwertige Vanadium dienen. Auch eine dreiwertige Phosphorverbindung kann zur Erzeugung von vierwertigem
Vanadium verwendet werden und gleichzeitig als Phosphorausgangsmaterial zur Herstellung eines Katalysator-Vorläufers dienen.
Vorzugsweise wird Phosphorige Säure als dreiwertige Phosphorverbindung verwendet, die als Säuremedium zur Erzeugung
des vierwertigen Vanadiums in dem Vorläufer dient. Die die Phosphor- und Vanadiumverbindung enthaltende Säurelösung
wird bis- zur Entstehung einer blauen Lösung erhitzt, was anzeigt
3 daß ein Anteil von mindestens 5 0 Ko1% des Vanadiums
vierwertig ist. Die Zeit, die benötigt wird, um die Phosphor- und die Vanadiumverbinduhg aufzulösen, und um ferner eine
wesentliche Menge vierwertiges Vanadium .sowie die Katalysator-Vorläufer
zu erzeugen, variiert von Charge zu Charge, je nach den als Ausgangsstoffe verwendeten Verbindungen und der Temperatur,
auf die die Verbindungen erhitzt werden. Im allgemeinen reicht es jedoch aus, die Lösung etwa H Stunden auf. mindestens
100 0C zu erhitzen.'
-/11
Das molare Verhältnis Phosphor zu Vanadium im Ausgangsmaterial
ist wichtig, da es für das molare Verhältnis von Phosphor zu Vanadium im endgültigen Katalysator ausschlaggebend ist.
Besitzen Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysator-Vorlaufer
ein molares Verhältnis Phosphor zu Vanadium unter etwa 0,5:1 oder über 2:1, dann ist bei Verwendung der .aus diesen Vorläufern
hergestellten Katalysatoren die Kaleinsäureanhydridausbeute so gering, daß sie wirtschaftlich bedeutungslos ist.
Vorzugsweise besitzen die Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysator-Vorläufer ein molares Verhältnis Phosphor zu Vanadium
zwischen etwa 1:1 und 1,5:1. Bei Verwendung des Katalysators zur Umwandlung einer hauptsächlich aus Butan bestehenden Vorlage
zu Maleinsäureanhydrid sollten die Katalysator-Vorläufer vorzugsweise ein Phosphor:Vanadium-Verhältnis zwischen etwa
1:1 und 1,2:1 haben.
Wenn gewünscht kann, obwohl nicht eigentlich notwendig, zu dem Gemisch ein nichtionischer Surfaktant gegeben werden, um
die Teilchengröße zu kontrollieren und eine Agglomeration des Katalysator-Vorläufers während der Herstellung zu verhindern.
Nichtionische Surfaktanten können im weiteren Sinne als Verbindungen aliphatischer oder alky!aromatischer Natur definiert
werden, die in Wasserlösung nicht ionisieren. Diese Verbindung stellt, man her, indem man" Ethyloxid mit einer hydrophoben
Base kondensiert, die durch Kondensation von Propylenoxid mit Propylenglycol gebildet wurde. Der hydrophobe Anteil des
Moleküls, der selbstverständlich wasserunlöslich ist, hat ein
-/12
43·
Molekulargewicht von etwa 1500 bis 1800. Die Anlagerung von Polyoxyethylenradikalen an diesen hydrophoben Anteil führt zu
einer erhöhten Wasserlöslichkeit des Moleküls als ganzem und der Flüssigkeitscharakter des Produkts bleibt bis zu dem Punkt
erhalten, bei dem der Polyoxyethylenanteil etwa 50% des Gesamtgewichts des Kondensationsprodukts ausmacht. Andere geeignete
Surfaktanten werden in der US-PS 4 149 992 beschrieben.
Die Menge des für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten
Surfaktanten kann im Anwendungsfall weitgehend variieren. Es
wurde gefunden, daß die Menge des Surfaktanten mindestens-etwa
O3Ol Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemisches oder
der Dispersion,, ausmachen sollte, da bei niedrigeren Konzentrationen
der Effekt des Surfaktanten beträchtlich vermindert wird. Eine obere Begrenzung der Surfaktanten-Menge, die verwendet
werden kann, besteht nicht, jedoch besteht kein ersichtlicher Vorteil in der Verwendung von mehr als etwa 1,0
Gew„%s und gewöhnlich werden zwischen etwa 0,05 und 0,5 Gew.%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion, bevorzugt.
Nachdem die Vanadium- und Phosphorverbindungen miteinander in Kontakt.gebracht wurden und eine wesentliche Menge des Vanadiums
vierwertig ist, ist es notwendig,■die Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysator-
Vorläufer zu gewinnen. Verfahren dafür sind bekannt. So können die Katalysator-Vorläufer z.B. aus
einer wässrigen Lösung auf einem Träger aus beispielsweise Tonerde oder Titandioxid abgelagert werden, oder sie können durch
vorsichtiges Erhitzen zur Trockne gewonnen werden, wodurch sie feste Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysator-Vorläufer bilden«
Dieses letztere Verfahren wird bevorzugt.
Die als trockenes Pulver gewonnenen Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysator-Vorläufer
werden vor dem Kalzinieren zu Agglomeraten oder Strukturen geformt.
Verfahren zur Herstellung geeigneter Agglomerate aus den Vorläufern
, die in einem Fließbettreaktor oder in einem Wärmeaustauscherreaktor
mit festem Rohr verwendet werden können, sind
-/13
bekannt. So kann der Vorläufer, der in einem Fließbettreaktor verwendet werden soll, z.B. auf einen Träger aufgebracht oder
zerkleinert werden, oder zur Verwendung in Wärmeaustauscher-Reaktoren mit festem Rohr durch Pillieren, Tablettieren., Pelletieren
oder Granulieren mit herkömmlichen Verfahren strukturiert werden. ■
Der Kontakt mit dem Lösungsmittel kann vor und/oder nach der .
Herstellung der Agglomerate stattfinden, und vorzugsweise vor dem Kalzinieren. Das nichtwässrige'Lösungsmittel wird auf den
Katalysator-Vorläufer durch Sprühen, Vernebeln, Besprengen oder durch Immersion aufgebracht. Die Aufbringungsart wird gewöhnlich
auf Grund der Eigenschaften des jeweiligen Lösungsmittels und unter Berücksichtigung seiner Verfügbarkeit und Kosten gewählt.
Im Hinblick auf die Bruchfestigkeit ist die aufgebrachte Lösungsmittelmenge nicht kritisch, da jede Menge zu einem
gewissen Grad die Bruchfestigkeit erhöhen wird. Bei bestimmten Lösungsmitteln wie z.B. Ethylacetat kann jedoch die aufgebrachte
Lösungsmittelmenge und/oder die Aufbringungsart Einfluß auf
den Grad des Abriebs haben. So wurde festgestellt, daß z.B. beim Besprühen mit Ethylacetat eine leichte Zunahme des Abriebs
nach dem Kalzinieren hervorgerufen wird, während Eintauchen in das gleiche Lösungsmittel den Abrieb nach dem Kalzinieren verringert.
Die Verwendung von Flüssigkeiten zur Herstellung bzw. zum Zusammenhalten
von Agglomeraten ist nicht unbekannt; die Theorie dazu besagt, daß die Flüssigkeit als Bindemittel zwischen den
Teilchen wirkt, indem·sehr kleine Anteile ihrer Peripherie aufgelöst
und nach dem Trocknen dann verfestigt werden. Neuartig an dieser Erfindung ist, daß eine Flüssigkeit: auf einen Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysator-Vorläufer
aufgebracht werden kann, .ohne daß in irgend einer Weise die Aktivität des späteren
Katalysators beeinträchtigt wird, und daß man damit eine hohe Bruchfestigkeit vorzugsweise im.Verein mit geringem Abrieb
nicht nur während der Handhabung des Katalysators, sondern auch während seiner Verwendung erzielt. Nach dem Kontakt mit dem Lö-
-/14
sungsmittel und vorzugsweise vor dem Kalzinieren sollte das
Lösungsmittel in einem herkömmlichen Trocknungsschritt bei 70 bis 250 0C (vorzugsweise 100 bis 150 0C) entfernt werden.
Die Vorläufer werden dann.bei etwa 300 bis 600' C mindestens
2 Stunden lang kalziniert, damit die erfindungsgemäßen Katalysatoren entstehen. Vorzugsweise wird während des Kalzinierungsschritts
ein Teil des vierwertigen Vanadium zu fünfwertigem Vanadium umgewandelt. Das vierwertige Vanadium kann zu fünfwertigem
umgewandelt werden, wenn der Vorläufer in einem, freien Sauerstoff enthaltenden Gas, wie z.B. Luft, bei etwa 300 bis
600 0C kalziniert wird, bis etwa 20 bis 90 Mol% des Vanadiums
zu fünfwertigem Vanadium umgewandelt sind. Werden mehr als etwa 90 Mol% des Vanadiums zu fünfwertigem Vanadium umgewandelt,
was gewöhnlich bei zu langem Kalzinieren oder bei zu hoher Temperatur der Fall ist, dann nehmen die Selektivität des erhaltenen
Katalysators und folglich die Maleinsäureanhydridausbeute ab ο Andererseits scheint die Umwandlung von weniger als etwa
20 Mol% des Vanadiums während der Kalzinierung in Luft nicht vorteilhaftο Die genauen Kalzinierungsbedxngungen hängen selbstverständlich
von dem Herstellungsverfahren für die Vorläufer, von der Apparaturanordnung oder von Zusätzen zu den Vorläufern
ab ι es wurde jedoch gefunden, daß etwa H-stündige Kalzinierung
bei 400 0C bis 500 0C im allgemeinen ausreicht.
Nach dem Kalzinieren kann ein geeigneter Reaktor mit den Katalysator-Vorläufern
beschickt werden, ohne daß die gewöhnlich mit den herkömmlichen Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysatoren
einhergehenden Bruchprobleme auftreten, in einigen Fällen
auch mit erheblich verringertem Abrieb, und sie können mit den bisher bekannten Verfahren zur Umwandlung nichtaromatischer
Kohlenwasserstoffe zu Maleinsäureanhydrid verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren sind in einer Vielzahl von
Reaktoren für die Umwandlung nichtaromatischer Kohlenwasserstoffe
zu Maleinsäureanhydrid brauchbar. Sowohl Fließbett-Reaktoren als auch Wärmeaustaus eher-Reaktoren mit festem Rohr sind
-/15
ζ.
zufriedenstellend, die Einzelheiten des Betriebs solcher Reaktoren
sind bekannt. Für die-Uir.wandlungsreaktion von nichtaromatischen
Kohlenwasserstoffen zu Maleinsäureanhydrid ist es lediglich erforderlich, daß die mit einem freien Sauerstoff enthaltenden
Gas (z.B. Luft oder mit Sauerstoff angereicherte Luft) gemischten Kohlenwasserstoffe bei erhöhten Temperaturen mit den
Katalysatoren in Kontakt gebracht werden. Zur Erzielung ausgezeichneter
Maleinsäureanhydridausbeuten wird das Kohlenwasserstoff/ Luftgemisch mit dem Katalysator in einer Konzentration
von etwa 1 bis 10 Mol% Kohlenwasserstoff und mit einer Trans-
3 3 3 3
portgeschwindigkeit von etwa 100 cm /cm /h bis 3000 cn /cm /h
bei Temperaturen zwischen etwa 300 und 600 0C in Kontakt gebracht.
Das unter Verwendung der erfindungsgemäßen konditionierten Katalysatoren hergestellte Maleinsäureanhydrid kann mit jedem
bekannten Verfahren gewonnen werden, so z.B. mittels direkter Kondensation oder durch Absorption in einem geeigneten
Medium mit nachfolgender Abtrennung und Reinigung des Anhydrids.
Bei Verwendung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Katalysatoren kann eine große Anzahl nichtaromatischer
Kohlenwasserstoffe mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen zu Maleinsäureanhydrid
umgewandelt werden. Es ist lediglich notwendig, daß der Kohlenwasserstoff mindestens h Kohlenstoffatome in
einer geraden Kette enthält. So ist z.B. der gesättigte Kohlenwasserstoff η-Butan brauchbar für die Umwandlung zu Maleinsäureanhydrid,
nicht jedoch Isobutan (2-Methylpropan),obwohl seine Gegenwart nicht schädlich ist. Außer η-Butan sind geeig-·
nete gesättigte Kohlenwasserstoffe u.a. die Pentane, Hexane,
Heptanei Octane, Nonane, Decane, sowie Gemische aus diesen,
mit oder ohne n-Butan.
Auch ungesättigte Kohlenwasserstoffe sind bei Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysator-Agglomerate für die Umwandlung zu |
Maleinsäureanhydrid geeignet. Dazu gehören, u.a. die Eutene '
(1-Buten und 2-Buten), 1,3-Butadien, die Pentene, Hexene, Heptene,
Octene, Nonene, Decene, sowie Gemische aus diesen, mit \ oder ohne die Butene. " " . j
-/16 !
Ebenfalls brauchbar sind cyclische Verbindungen wie Cyclopentan, Cyclopentens oxigenierte Verbindungen wie Furan, Dihydrofuran
oder sogar Tetrahydrofurfural.
Von diesen Ausgangsstoffen stellen η-Butan den bevorzugten gesättigten
Kohlenwasserstoff, und die Butene die- bevorzugten ungesättigten Kohlenwasserstoffe dar, wobei η-Butan, von allen am
meisten bevorzugt wird.
Die aufgeführten Ausgangsstoffe müssen nicht notwendig reine Substanzen, sondern können auch technisch reine Kohlenwasserstoffe
sein.
Das Hauptprodukt aus der Oxidation der obigen Ausgangsstoffe
ist Maleinsäureanhydrid j es können jedoch auch kleine Mengen Zitraconsäureanhydrid (Methylmaleinsäureanhydrid) erzeugt werden
s wenn der Ausgangsstoff ein Kohlenwasserstoff mit mehr als
4 Kohlenstoffatomen ist.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung naher erläutern.
Zu einem Gemisch aus 340,0 g (1,87 mol) Vanadiumpentoxid,
1150 ml Wasser und 2,3g nichtionischem Surfaktanten wurden
22 89O g (1,98 mol) 85%ige ortho-Phosphorsäure und 173,0 g
(23O6 mol) 9796%ige Phosphorige Säure gegeben. Das molare Verhältnis
Phosphor : Vanadium betrug etwa 1,08:1. Das wässrige Gemisch aus Vanadium- und Phosphorverbindungen wurde in einen
2 Liter Autoclaven gegeben, der mit einer Thermowell, zwei 6-flügeligen Rührwerken und einer Belüftung ausgestattet war,
auf etwa 100 0C erhitzt und anschließend abgedichtet. Das Gemisch
wurde, während es mit 1000 U/min gerührt wurde, in etwa 50^10 min auf etwa 150 0C erhitzt und etwa U Stunden bei dieser
Temperatur gehalten. Nach dieser Wartezeit wurde der Autoclav in 50—10 min auf etwa 80 C abgekühlt und geöffnet. Die
wässrige Aufschlämmung des Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysator-Vor
laufe rs wurde in eine offene Pfanne gegeben und in
-/17
einem Ofen bei 120 0C zur Trockne verdampft. Das dabei entstandene
Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Pulver des Katalysator-Vorläufers wurde zu Korngröße 18 (U.S. Standard Sieve Size)
gemahlen und zu 4,8 mm großen Tabletten geformt, wozu 1 Gew.% Graphit als Gleitmittel verwendet wurde.
Im folgenden wird der verwendete Bruchfestigkeitstest beschrie ben, mit dem die durchschnittliche Bruchfestigkeit der Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysator-Vorläuferstrukturen
bestimmt wurde (gemessen für Tabletten als longitudinale seitliche Bruchfestigkeit).
Als Testvorrichtung wurde ein Universal Test Stand von
John Chatillon and Sons, Model LTCM, verwendet (Einheit mit Motorantrieb und veränderbarer Geschwindigkeit, mit Chatillon
Dial Push/Pull Gauges), und zwar Model DPP-IO (max. 45 N) oder
Model DPP-50 (max. 227 N), je nachdem welcher Bruchfestigkeits bereich erwartet wurde.
Die Tablette wurde auf ihrer Seite unter den Mittelpunkt des Kolbens gelegt und 'die Vorrichtung automatisch mit .Einstellung
2 betrieben. Die während des Tests ausgeübte maximale Kraft wurde als Bruchfestigkeit der Tablette bezeichnet. Im allgemeinen
wurden von einer bestimmten Tablettenprobe 10 oder mehr Bestimmungen durchgeführt und aus den Werten eine durchschnittliche
Bruchfestigkeit (ACS) berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt. '
Abrieb-Test ·
Hier wird der Abriebtest zur Bestimmung des prozentualen Abriebs der Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysator-Vorläufer
(oder Katalysatoren) beschrieben.
Verwendet wurde ein rundes 1 Liter Gefäß, 17,78 cm-Höhe x.
9,52 5 cm Außendurchmesser, mit Schraubverschluß und zwei
-/18
• 4
1,27 cm χ 8,89 cm großen Leitblechen aus rostfreiem Stahl, die
der Länge nach auf die Innenseite in einem Winkel von 180 ° zueinander
aufgeklebt waren.
Die Katalysatorproben wurden getrennt mit einem Sieb der Größe 10 (UoS. Standard Sieve Size) gesiebt, um Staub und pulverförmiges
Material zu entfernen. Etwa 50,00 g jeder gesiebten Probe wurden genau gewogen (Ausgangsgewicht in Gramm) und in die
obige Vorrichtung gegeben. Der mit Leitblechen versehene Behälter wurde verschlossen, auf eine Walzenmühle gestellt und
15 min mit 160—5 u/min gerollt. Die Probe wurde dann aus .dem
Behälter genommen, gesiebt und gewopen (Endgewicht in Gramm), um die Menge des abgeriebenen Materials zu bestimmen, welches
das Sieb der Größe 10 passiert hatte. Der prozentuale Abrieb wurde wie folgt berechnet:
% Abrieb = Ausgangsgewicht, g - Endgewicht, g
Ausgangsgewicht, g
Die Ergebnisse sind in Tabelle I unter % Abrieb aufgeführt.
Die Katalysatoren wurden geprüft, indem man die kalzinierten Pellets in Reaktoren mit festem Rohr mit einem Durchmesser von
etwa 2 cm und einer Länge von etwa 15 cm gab. Die Katalysatoren wurden mindestens 16 Stunden unter Verwendung eines Speisegasstromes
konditioniert, der 1,5 Mol% Butan in Luft enthielt;
3 3 die Transportgeschwindigkeit betrug etwa 1450 cm /cm /h.
Es wurden Vergleiche zwischen behandelten und nicht behandelten
Katalysatoren durchgeführt, um sicher zu stellen, daß die verfestigten Pellets eine ebenso gute Leistung erbrachten, wie
herkömmliche Katalysatoren. Für die vergleichenden Leistungstests wurden auch Bedingungen mit 1,5%/1450 h verwendet.
-/19
Mit Ausnahme der Proben von Beispiel 12 und 14-16, in denen
die Katalysator-Vorläufer 5 min in dem genannten Lösungsmittel
eingetaucht wurden, wurden die tablettenförmigen Katalysator-Vorläufer auf eine Schale gegeben und die entsprechenden
Mengen des jeweiligen Lösungsmittels wurden über den Strukturen versprüht oder vernebelt, wobei diese
leicht gerollt wurden, so daß alle Seiten dem Lösungsmittel ausgesetzt waren. Das Lösungsmittel wurde entfernt, indem
man die Strukturen bei Raumtemperatur (23°C) in einen
Ofen mit Zwangsbelüftung stellte. Die Ofentemperatur wurde innerhalb von etwa 1 h auf 125PC erhöht und 2 bis 4 h bei
etwa dieser Höhe gehalten. Anschließend wurden die gehärte-.ten Strukturen bei 400 bis 500°C etwa 4 h lang kalziniert,
um die Katalysator-Vorläufer zu aktiven Katalysatoren umzuwandeln.
Proben von unkalzinierten (nach Entfernung des Lösungsmittels) und kalzinierten Strukturen wurden den Bruchfestigkeits- und
Abriebtests unterzogen, um den Effekt von Art und Menge eines
Lösungsmittels auf die Härtung oder, Festigung der Strukturen
als Ergebnis der Behandlung zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt;
Tabelle I
Härtung von Pellets durch Behandlung mit nichtwässrigen Lösungsmitteln
Härtung von Pellets durch Behandlung mit nichtwässrigen Lösungsmitteln
Bei= % verwendetes
spiel Lösungsmittel
spiel Lösungsmittel
nichtkal- nichtkal- kalzi- kalzi- % Verlust % Verlust
ziniert . ziniert niert niert beim beim
% Abrieb ACSa N % Abrieb ACS, N Trocknen Kalzinieren
1T | keines (Kontrolle) |
2 | Toluol (3%) |
3 - | Methylethylketon |
(3,12%) | |
4 | Cyclohexanon |
(6,08%) | |
5 | Acetonitril |
(10,4%) | |
6 | Ethylacetat |
(10,5%)* | |
7 | Methylenchlorid |
(21,8%)1 | |
8 | Ethylenglycol (9,0%) |
9. | Diglyme* (9,4%)x |
1O+ | keines (Kontrolle) |
11 | Methylethylketon |
(15%)1 | |
12. | Ethylacetat (Bad) |
13+ | keines (Kontrolle) |
14 | Toluol (Bad) |
15 | Acetonitril (Bad) |
16 | Ethylenglycol (Bad) |
7,0 | 9,43 | 2,6 | 36 | ,4 | - | 7 | ,9 | 1 | 1 | ι α β β « • a · |
5S3 | 13,65 | 2,4 | 41 | ,5 | 0,4 | 8 | ,2 |
9 Aft
a β |
||
3,8 | 12,11 | 2,4 | 43 | ,9 | 0,0 . | 8 | ,2 | * | ||
8,3 | 15,1 | 3,4 | 47 | ,0 | 0,4 | 8 | ,3 |
» ft
Ϊ ö O e i m |
||
6,0 | 14,7 | 3,3 | 48 | ,2 | 0,3 | 8 | ,0 | * · ρ * » » |
||
6,9 | 22,0 | 4,0 | 41 | ,6 | 0,7 | 7 | ,7 | |||
8,1 | 19,0 | 3,0 | 49 | ,1 | 0,7 | 8 | ,2 | ö * t : * fc |
||
6,4 | 24,6 | 3,2 | 45 | ,2 | (0,3 gain)1 | 8 | ,9 | * β » | ||
9,8 | 20,7 | 2,9 | 48 | ,7 | 0,7 | 8 | ,2 |
9
»«Mt |
||
39 | ,1 | ' 9 | ,4 | |||||||
39 | ,8 | 0,4 | 8 | ,6 | ||||||
3,8 | 12,7 | 1,8 | 44 | ,7 | 2,0 | 8 | ,0 | |||
15,6 | 37,6 | 8,9 | 94 | ,8 | 0,9 | 9 | ,6 | |||
14,4 | 6 3,4 | 7,6 | 111 | ,4 | 1,7 | 6 | ,8 | |||
15,3 | 49,8 | 8,5 | 82 | ,5 | 3,8 | 9 | ,8 | |||
10,6 | 21,7 | 10,9 | 42 | ,8 | 26,0 | |||||
Menge wurde vom Zerstäuber versprüht. Die tatsächlich vom Katalysator sorbierte
Menge ist unbestimmt.
*Bis-.(2-methoxyethyl) -ether
Vergleichsprobe (für die folgenden Beispiele)
*Bis-.(2-methoxyethyl) -ether
Vergleichsprobe (für die folgenden Beispiele)
NJ
μ»
cn cn cn
Die Katalysatoren gemäß den Beispielen 10 und 11 wurden auf
ihre Leistung bei der Herstellung von Maleinsäureanhydrid aus Butan geprüft, wie dies unter "Prüfung der Katalysatoren"
beschrieben ist; die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
-/22
cn ο tr
Leistungstests - Behandlung mit nicht-wässrigem Lösungsmittel
Test-Bedingungen Test-Ergebnisse
Einspeise- Transport-
Bei™ Bad- konzen-· geschwin- Test
spiel Lösungsmittel Temp, tration digkeit h
% Butan Mol%
Umwand- Maleinsäureilune ■ anhydrid-Ausbeute
Umwand- Maleinsäureilune ■ anhydrid-Ausbeute
17+ keines 408 0C 1,5% 1433 h"1 159 80,3
(Kontrolle) . . '
18 Methylethylketon
1.5
Vergleich
1430
78,7
52,6
51,6
51,6
cn
CD
cn cn cn
Claims (30)
1. Verbesserung eines Verfahrens zur Herstellung von Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysatorkomplexen
mit einem molarer. Verhältnis Phosphor!Vanadium im Bereich von etwa 1:2 bis
2:I9 bei dem die folgenden Schritte ausgeführt werden:
1.1 Vanadium- und Phosphorverbindungen werden unter Bedingungen miteinander in Kontakt gebracht, unter denen ein
Katalysatorvorläufer entsteht, in dem ein Anteil von
über 50 Mol% des Vanadiums vierwertig ist-, I»
2 Der Katalysator-Vorläufer wird gewonnen;
I»
3 Der Katalysator-Vorläufer wird zu Agglomeraten geforrt;
und
■1.
■1.
4 Die Katalysatorvorläufer-Agglomerate werden bei etwa
300 0C bis 600 °C kalziniert,
dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator-Vorläufer
mit einer zur Erhöhung der Eruchfestigkeit ausreichenden Menge eines nicht-wässrigen Lösungsmittels in
Kontakt gebracht und dann getrocknet wird.
2» Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß das nicht-wässrige Lösungsmittel
aus Benzol und Benzolderivaten, Ketonen, Nitrilen j Estern, Alkoholen und halogenierten Kohlenwasserstoffen
gewählt wird.
3, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß das nicht-wässrige Lösungsmittel ein Benzolderivat ist*
-17
Q (089) 988272 · Telegramme: Bankkonten: Hyp^Bank München 441012850
988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM
H. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet , daß das nicht-wässrige Lösungsmittel Toluol ist.
5. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch 'gekennze ich net , daß das nicht-wässrige Lösungsmittel
ein Keton ist.
6. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennze ichnet , daß das Keton Methylethylketon ist.
7. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Keton Cyclohexanon ist.
8. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet-» daß das nicht-wässrige Lösungsmittel
ein Nitril ist.
9. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Nitril Acetonitril
ist.
10. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das nicht-wässTige Lösungsmittel
ein Ester ist.
11. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 10, d ad u r -cn
gekennzeichnet , daß der Ester Ethylacetat ist.
12. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß das nicht-wässrige Lösungsmittel ein halogenierter Kohlenwasserstoff ist.
-/3
13. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß der halogenierte Kohlenwasserstoff
Methylenchlorid ist.
!Η« Verbessertes Verfahren nach Anspruch I9 dadurch
gekennzeichnet , daß das nicht-wässrige
Lösungsmittel ein Alkohol ist.
ο Verbessertes Verfahren nach Anspruch 14, dadurch
gekennzei chnet , daß der Alkohol Ethylenglycol
ist.
16» Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadur.ch
gekennzeichnet , daß der Kontakt mit.dem
nicht-wässrigen Lösungsmittel durch Besprühen erfolgt.
ο Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß der Kontakt mit dem
nicht-wässrigen Lösungsmittel durch Eintauchen erfolgt.
18, Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chn'et , daß der Katalysator-Vorläufer
mit dem Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird, nachdem er zu Agglomeraten geformt wurde.
19. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, d.a durch
gekennzeichnet , daß der Katalysator-Vorläufer mit dem Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird»
bevor er zu Agglomeraten geformt wurde.
20. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet , daß der Katalysator-Vorläufer
mit dem Lösungsmittel in Kontakt gebracht wird, bevor und nachdem er zu Agglomeraten geformt wurde.
21, Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß die Agglomerate Granula
sind. -/4
22. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß die Agglomerate Grieß
oder Schrot sind.
23. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Agglomerate
Nodula sind.
24. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Agglomerate
Tabletten sind.
5.' Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Agglomerate
Pillen sind.
26. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß bei der Herstellung
des Katalysator-Vorläufers ein Surfaktant verwendet wird.
27. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß· das Trocknen bei einer
Temperatur von 70 bis 2 50 °C erfolgt.
28. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Trocknen bei 'einer
Temperatur von 100 bis 150 0C erfolgt. ' .
29. Verbessertes Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet , daß das Trocknen bei einer Temperatur von etwa 12 5 0C erfolgt.
30. Phosphor-Vanadium-Sauerstoff-Katalysator, dadurch
gekennzeichnet , daß er mit dem verbesserten
Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt wurde.
-/5
31« Katalysator nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet
3 daß er eine Bruchfestigkeit von min- '
destens etwa 40 N und einen % Abrieb von weniger als etwa
2% hat.
-/6
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JPS57130551A (en) | 1982-08-13 |
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GB2090155A (en) | 1982-07-07 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: TER MEER, N., DIPL.-CHEM. DR.RER.NAT. MUELLER, F., |
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D2 | Grant after examination | ||
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |