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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Katalysator zur direkten
Oxidation von Olefinen, wie Propylen, durch Sauerstoff zu Olefinoxiden,
wie Propylenoxid.
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Olefinoxide,
wie Propylenoxid, werden verwendet, um Alkohole zu alkoxylieren,
um Polyetherpolyole zu bilden, wie Polypropylenpolyetherpolyole,
die bei der Herstellung von Polyurethanen und synthetischen Elastomeren
von signifikantem Nutzen sind. Olefinoxide sind auch wichtige Zwischenprodukte
bei der Herstellung von Alkylenglycolen, wie Propylenglycol und
Dipropylenglycol, und Alkanolaminen, wie Isopropanolamin, die als
Lösungsmittel
und oberflächenaktive
Stoffe nützlich
sind.
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Propylenoxid
wird kommerziell durch das bekannte Chlorhydrin-Verfahren hergestellt,
bei dem Propylen mit einer wässrigen
Lösung
von Chlor umgesetzt wird, um eine Mischung von Propylenchlorhydrinen
zu erzeugen. Die Chlorhydrine werden mit einem Überschuss an Alkali dehydrochloriert,
um Propylenoxid herzustellen. Dieses Verfahren hat den Nachteil
der Erzeugung eines niedrig konzentrierten Salzstromes. (Siehe K. Weissermel
und H. J. Arpe, Industrial Organic Chemistry, 2. Auflage, VCH Publishers,
Inc., New York, NY, 1993, S. 264-265.)
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Ein
weiterer bekannter Weg zu Olefinoxiden beruht auf dem Übergang
eines Sauerstoffatoms von einem organischen Hydroperoxid oder einer
Peroxycarbonsäure
zu einem Olefin. Im ersten Schritt dieses Oxidationsweges wird ein
Peroxiderzeuger, wie Isobutan oder Acetaldehyd, mit Sauerstoff autoxidiert,
um eine Peroxyverbindung zu bilden, wie t-Butylhydroperoxid oder
Peroxyessigsäure.
Diese Verbindung wird verwendet, um das Olefin, normalerweise in
Gegenwart eines Übergangsmetallkatalysators,
einschließlich
Titan, Vanadium, Molybdän
und anderen Schwermetallverbindungen oder -komplexen, zu epoxidieren.
Zusammen mit dem erzeugten Olefinoxid erzeugt dieses Verfahren nachteiligerweise äquimolare
Mengen eines Nebenproduktes, zum Beispiel eines Alkohols, wie t-Butanol,
oder einer Säure,
wie Essigsäure,
deren Wert kommerziell ausgewertet werden muss. (Industrial Organic
Chemistry, ebenda, S. 265-269.)
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Metall-katalysierte
Verfahren zur direkten Oxidation von Propylen durch Sauerstoff sind
bekannt. Zum Beispiel offenbart das US-Patent 5,525,741 die direkte
Oxidation von Propylen mit Sauerstoff in Gegenwart eines kristallinen
Metallosilicats, wie Titanosilicat, auf dem ein Silbersalz von Salpetersäure oder
salpetriger Säure
getragen wird. Dieses Patent sagt nichts aus in Bezug auf die Durchführung des
Verfahrens in Gegenwart von Wasserstoff.
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Die
PCT-Veröffentlichung
WO-A1-96/02323 offenbart die Wasseroxidation eines Olefins, einschließlich Propylen,
mit Sauerstoff in Gegenwart von Wasserstoff und einem Katalysator,
um ein Olefinoxid zu bilden. Der Katalysator ist ein Titan- oder
Vanadiumsilicalit, das mindestens ein Metall der Platingruppe und
fakultativ ein zusätzliches
Metall enthält,
das ausgewählt
ist aus Silber, Eisen, Kobalt, Nickel, Rhenium und Gold.
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Bei
den oben genannten direkten Oxidationen werden Katalysatoren verwendet,
denen es an Aktivität und/oder
Selektivität
zu Propylenoxid mangelt.
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Die
PCT-Veröffentlichung
WO-A1-97/25143 offenbart die Wasseroxidation eines Olefins, einschließlich Propylen,
mit Sauerstoff in Gegenwart von Wasserstoff und einem Katalysator,
um das entsprechende Olefinoxid zu bilden. Der Katalysator ist ein
Titan- oder Vanadiumsilicalit, das ein Lanthanidenmetall enthält. Fakultativ
kann ein zusätzliches
Metall, das ausgewählt
ist aus den Metallen der Gruppe 8 des Periodensystems der Elemente,
Rhenium, Silber und Gold, in den Katalysator eingebracht werden.
Katalysatoren, die aus einem Lanthanidenmetall und einem Titan-
oder Vanadiumsilicat bestehen, weisen eine geringe Aktivität zu Propylenoxid
auf.
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Angesichts
der obigen Ausführungen
besteht in der chemischen Industrie weiterhin ein Bedarf an einem
effizienten direkten Weg zu Propylenoxid und höheren Olefinoxiden aus der
Umsetzung von Sauerstoff mit C3- und höheren Olefinen.
Die Entdeckung eines solchen Verfahrens, das eine hohe Selektivität zu Olefinoxid
bei einer gleichzeitigen wirtschaftlich vorteilhaften Umwandlung
des Olefins erreicht, würde
einen signifikanten Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik darstellen.
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Bei
der Erfindung handelt es sich um eine einzigartige Katalysatorzusammensetzung,
die Silber, Gold und einen titanhaltigen Träger umfasst. Fakultativ kann
die ser Katalysator mindestens ein Promotorelement enthalten, das
ausgewählt
ist aus Elementen der Gruppe 1, Elementen der Gruppe 2, Zink, Cadmium,
den Lanthaniden-Seltenerden und den Actinidenelementen einschließlich Kombinationen
davon.
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Die
neuen Zusammensetzungen dieser Erfindung können bei der oben erwähnten direkten
Oxidation eines Olefins mit drei oder mehr Kohlenstoffatomen zu
dem entsprechenden Epoxid wirksam verwendet werden. Bei bevorzugten
Ausführungsformen
erreichen die Katalysatoren eine hohe Selektivität zu Olefinoxid bei einer guten
Umwandlung des Olefins. Wenn der Katalysator ganz oder teilweise
verbraucht ist, ist er leicht zu regenerieren. Demnach besitzt diese
Zusammensetzung wünschenswerte
Eigenschaften zum Katalysieren der direkten Oxidation von Propylen
und höheren
Olefinen zu ihren entsprechenden Olefinoxiden.
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Das
neue Verfahren dieser Erfindung umfasst das In-Berührung-bringen
eines Olefins mit drei oder mehr Kohlenstoffatomen mit Sauerstoff
in Gegenwart von Wasserstoff und einem Epoxidationskatalysator unter
Verfahrensbedingungen, die ausreichen, um das entsprechende Olefinoxid
herzustellen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Verdünnungsmittel
verwendet, wie es nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird. Die
relativen molaren Mengen an Olefin, Sauerstoff, Wasserstoff und
einem optionalen Verdünnungsmittel
können
beliebig sein, wenn sie ausreichen, um das gewünschte Olefinoxid herzustellen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
dieser Erfindung ist das verwendete Olefin ein C3-12-Olefin,
und es wird zum entsprechenden C3-12-Olefinoxid
umgewandelt. Bei einer mehr bevorzugten Ausführungsform ist das Olefin ein C3-8-Olefin, und es wird zum entsprechenden
C3-8-Olefinoxid umgewandelt. Bei einer am
meisten bevorzugten Ausführungsform
ist das Olefin Propylen, und das Olefinoxid ist Propylenoxid.
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Der
Katalysator, der bei dem oben genannten Verfahren dieser Erfindung
verwendet wird, umfasst Silber, Gold und einen titanhaltigen Träger. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Katalysator im Wesentlichen frei von Metallen der Gruppe
8. Die Metalle der Gruppe 8 umfassen Eisen, Kobalt, Nickel, Ruthenium,
Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin. Der Begriff "im Wesentlichen frei", wie er in diesem
Zusammenhang verwendet wird, bedeutet, dass die Gesamtkonzentration
dieser Metalle weniger als etwa 0,01 Gewichtsprozent beträgt, vorzugsweise
weniger als etwa 0,005 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht
der Katalysatorzusammensetzung.
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Bei
einer mehr bevorzugten Ausführungsform
umfasst der Träger
kein Metalltitanat der Gruppe 2. Bei noch einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
umfasst der Katalysator Silber, Gold und mindestens einen Promotor,
der ausgewählt
ist aus Elementen der Gruppe 1, Elementen der Gruppe 2, Zink, Cadmium,
den Lanthaniden-Seltenerden und den Actinidenelementen auf einem
titanhaltigen Träger.
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Jedes
Olefin, das drei oder mehr Kohlenstoffatome enthält, kann bei dem Verfahren
dieser Erfindung verwendet werden. Monoolefine werden bevorzugt,
aber Verbindungen, die zwei oder mehr Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen
enthalten, wie Diene, können
auch verwendet werden. Das Olefin kann ein einfacher Kohlenwasserstoff
sein, der nur Kohlenstoff- und Wasserstoffatome enthält; oder
das Olefin kann alternativ an jedem der Kohlenstoffatome mit einem
inerten Substituenten substituiert sein. Der Begriff "inert", wie er hier verwendet
wird, setzt voraus, dass der Substituent bei dem Verfahren dieser
Erfindung im Wesentlichen nicht reaktionsfähig ist. Geeignete inerte Substituenten
umfassen unter anderem Halogenide, Ether, Ester, Alkohol und aromatische
Komponenten, vorzugsweise Chlor-, C1-12-Ether-,
Ester- und Alkoholkomponenten und aromatische C6-12-Komponenten. Nicht
einschränkende
Beispiele von Olefinen, die für
das Verfahren dieser Erfindung geeignet sind, umfassen Propylen,
1-Buten, 2-Buten, 2-Methylpropen,
1-Penten, 2-Penten, 2-Methyl-1-buten, 2-Methyl-2-buten, 1-Hexen,
2-Hexen, 3-Hexen und analog die verschiedenen Isomere von Methylpenten,
Ethylbuten, Hepten, Methylhexen, Ethylpenten, Propylbuten, den Octenen,
einschließlich
vorzugsweise 1-Octen, und andere höhere Analoge von diesen; sowie
Butadien, Cyclopentadien, Dicyclopentadien, Styrol, α-Methylstyrol,
Divinylbenzol, Allylchlorid, Allylalkohol, Altylether, Allylethylether,
Allylbutyrat, Allylacetat, Allylbenzol, Allylphenylether, Allylpropylether
und Allylanisol. Vorzugsweise ist das Olefin ein unsubstituiertes
oder substituiertes C3-12-Olefin, mehr bevorzugt
ein unsubstituiertes oder substituiertes C3-8-Olefin.
Am meisten bevorzugt ist das Olefin Propylen. Viele der oben genannten
Olefine sind im Handel erhältlich;
andere können
durch chemische Verfahren hergestellt werden, die dem Fachmann bekannt
sind.
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Die
Menge des bei dem Verfahren verwendeten Olefins kann über einen
weiten Bereich schwanken, vorausgesetzt, dass das entsprechende
Olefinoxid hergestellt wird. Im Allgemeinen hängt die Menge an Olefin von
den speziellen Verfahrensmerkmalen ab, einschließlich zum Beispiel der Konstruktion
des Reaktors, des speziellen Olefins und wirtschaftlicher und sicherheitsbezogener Überlegungen.
Der Fachmann wird wissen, wie ein geeigneter Bereich von Olefinkonzentrationen
für die
speziellen Verfahrensmerkmale bestimmt wird. Normalerweise wird
auf einer Molbasis ein Überschuss
an Olefin im Verhältnis
zum Sauerstoff verwendet, da dieser Zustand die Produktivität in Bezug
auf Olefinoxid verbessert. Angesichts der vorliegenden Offenbarung ist
die Menge an Olefin normalerweise größer als etwa 1, vorzugsweise
größer als
etwa 10, und mehr bevorzugt größer als
etwa 20 Molprozent, bezogen auf die Gesamtmole von Olefin, Sauerstoff,
Wasserstoff und einem optionalen Verdünnungsmittel. Normalerweise
beträgt
die Menge an Olefin weniger als etwa 99, vorzugsweise weniger als
etwa 85, und mehr bevorzugt weniger als etwa 70 Molprozent, bezogen
auf die Gesamtmole von Olefin, Sauerstoff, Wasserstoff und einem
optionalen Verdünnungsmittel.
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Sauerstoff
ist für
das Verfahren dieser Erfindung auch erforderlich. Jede Sauerstoffquelle
ist akzeptabel, einschließlich
Luft und im Wesentlichen reiner molekularer Sauerstoff. Andere Sauerstoffquellen
können geeignet
sein, einschließlich
Ozon und Stickstoffoxide, wie Dinitrogenoxid. Molekularer Sauerstoff
wird bevorzugt. Die verwendete Menge an Sauerstoff kann über einen
weiten Bereich schwanken, vorausgesetzt, dass die Menge zur Herstellung
des gewünschten
Olefinoxids ausreichend ist. Normalerweise beträgt die Zahl von Molen Sauerstoff.
pro Mol Olefin weniger als 1. Unter diesen Bedingungen wird die
Selektivität
zu Olefinoxid verbessert, während
die Selektivität
zu Verbrennungsprodukten, wie Kohlendioxid, minimiert wird. Vorzugsweise
ist die Menge an Sauerstoff größer als
etwa 0,01, mehr bevorzugt größer als
etwa 1, und am meisten bevorzugt größer als etwa 5 Molprozent,
bezogen auf die Gesamtmole von Olefin, Wasserstoff, Sauerstoff und einem
optionalen Verdünnungsmittel.
Vorzugsweise ist die Menge an Sauerstoff kleiner als etwa 30, mehr
bevorzugt kleiner als etwa 25, und am meisten bevorzugt kleiner
als etwa 20 Molprozent, bezogen auf die Gesamtmole von Olefin, Wasserstoff,
Sauerstoff und einem optionalen Verdünnungsmittel. Über etwa
20 Molprozent kann die Konzentration an Sauerstoff in den flammbaren
Bereich für
Olefin-Wasserstoff-Sauerstoff-Mischungen fallen.
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Wasserstoff
ist für
das Verfahren dieser Erfindung auch erforderlich. In Abwesenheit
von Wasserstoff wird die Aktivität
des Katalysators signifikant herabgesetzt. Jede Wasserstoffquelle
kann bei dem Verfahren dieser Erfindung verwendet werden, einschließlich zum
Beispiel molekularer Wasserstoff, den man aus der Dehydrierung von
Alkanen und Alkoholen erhält.
Bei einer alternativen Ausführungsform
kann der Wasserstoff in dem Olefinoxidationsverfahren in situ erzeugt
werden, zum Beispiel durch Dehydrierung von Alkanen, wie Propan
oder Isobutan, oder Alkoholen, wie Isobutanol. Alternativ kann Wasserstoff
verwendet werden, um einen Katalysator-Hydrid-Komplex oder einen
Katalysator-Wasserstoff-Komplex
zu erzeugen, der dem Verfahren den notwendigen Wasserstoff zuführen kann.
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Jede
Menge an Wasserstoff kann bei dem Verfahren verwendet werden, vorausgesetzt,
dass die Menge ausreicht, um das Olefinoxid herzustellen. Geeignete
Mengen an Wasserstoff sind normalerweise größer als etwa 0,01, vorzugsweise
größer als
etwa 0,1 und mehr bevorzugt größer als
etwa 3 Molprozent, bezogen auf die Gesamtmole von Olefin, Wasserstoff,
Sauerstoff und einem optionalen Verdünnungsmittel. Geeignete Mengen
an Wasserstoff sind normalerweise kleiner als etwa 50, vorzugsweise
kleiner als etwa 30 und mehr bevorzugt kleiner als etwa 20 Molprozent,
bezogen auf die Gesamtmole von Olefin, Wasserstoff, Sauerstoff und
einem optionalen Verdünnungsmittel.
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Zusätzlich zu
den obigen Reagenzien kann es wünschenswert
sein, ein Verdünnungsmittel
in dem Reaktionsgemisch einzusetzen, obwohl dessen Verwendung optional
ist. Da das Verfahren dieser Erfindung exotherm ist, stellt ein
Verdünnungsmittel
vorteilhafterweise ein Mittel zum Entfernen und Abführen der
erzeugten Wärme
bereit. Außerdem
stellt das Verdünnungsmittel
erweiterte Konzentrationsbedingungen bereit, bei denen die Reaktionspartner
nicht entflammbar sind. Das Verdünnungsmittel
kann jedes Gas oder jede Flüssigkeit sein,
das/die das Verfahren dieser Erfindung nicht hemmt. Das spezielle
ausgewählte
Verdünnungsmittel
wird von der Art und Weise abhängen,
wie das Verfahren durchgeführt
wird. Wenn das Verfahren zum Beispiel in einer Gasphase durchgeführt wird,
umfassen geeignete gasförmige
Verdünnungsmittel
unter anderem Helium, Stickstoff, Argon, Methan, Kohlendioxid, Dampf
und Mischungen davon. Die meisten dieser Gase sind im Wesentlichen
inert in Bezug auf das Verfahren dieser Erfindung. Kohlendioxid
und Dampf müssen
nicht unbedingt inert sein, aber dies kann eine vorteilhafte fördernde
Wirkung haben. Wenn das Verfahren in einer flüssigen Phase durchgeführt wird,
kann das Verdünnungsmittel
jede oxidationsbeständige
und wärmebeständige Flüssigkeit
sein. Geeignete flüssige
Verdünnungsmittel
umfassen Aromaten, wie Benzol; chlorierte Aromaten, wie Chlorbenzol
und Dichlorbenzol; aliphatische Alkohole, wie Methanol; chlorierte
aliphatische Alkohole, wie Chlorpropanol; sowie flüssige Polyether,
Polyester und Polyalkohole.
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Wenn
es verwendet wird, ist die Menge an Verdünnungsmittel normalerweise
größer als
etwa 0,01, vorzugsweise größer als
etwa 0,1, und mehr bevorzugt größer als
etwa 15 Molprozent, bezogen auf die Gesamtmole von Olefin, Sauerstoff,
Wasserstoff und einem optionalen Verdünnungsmittel. Die Menge des
Verdünnungsmittels
ist normalerweise kleiner als etwa 90, vorzugsweise kleiner als
etwa 80, und mehr bevorzugt kleiner als etwa 70 Molprozent, bezogen
auf die Gesamtmole von Olefin, Sauerstoff, Wasserstoff und Verdünnungsmittel.
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Die
Konzentrationen von Olefin, Sauerstoff, Wasserstoff und Verdünnungsmittel,
die hierin offenbart sind, beziehen sich geeigneterweise auf die
hierin offenbarten Reaktorkonstruktionen und Verfahrensparameter.
Der Fachmann wird erkennen, dass andere Konzentrationen, als sie
hierin offenbart sind, geeigneterweise bei anderen verschiedenen
technischen Ausführungen
des Verfahrens eingesetzt werden können.
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Einzigartige
Katalysatoren, die bei dem Verfahren dieser Erfindung vorteilhafterweise
verwendet werden, umfassen Silber und Titan. Das Silber kann als
einzelne Atome und/oder in diskreten Silberteilchen und/oder, falls
ein Promotor verwendet wird, in gemischten Silber-Promotorteilchen
verwendet werden. Der formale Oxidationszustand des Silbers kann
jeder Oxidationszustand oder eine Kombination von Zuständen sein,
die für
einen aktiven Katalysator sorgen.
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Bei
einer anderen Ausgestaltung umfassen einzigartige Katalysatoren,
die vorteilhafterweise bei dem Verfahren dieser Erfindung eingesetzt
werden, Silber und Gold und Titan. Das Silber kann als einzelne
Atome und/oder in diskreten Silberteilchen und/oder in Silber-Gold-Teilchen
und/oder, falls ein Promotor verwendet wird, in gemischten Silber-Gold-Promotorteilchen
verwendet werden. Der formale Oxidationszustand von Silber und/oder
Gold kann jeder Oxidationszustand oder eine Kombination von Zuständen sein,
die für
einen aktiven Katalysator sorgen.
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Das
Titan ist vorzugsweise als ein titanhaltiger Träger vorhanden, der eine Vielfalt
von Formen annehmen kann. Das Titan liegt vorwiegend in einem positiven
Oxidationszustand vor, wie er durch Röntgenstrahl-Photoelektronen-
und Röntgenstrahl-Absorptionsspektroskopie
bestimmt wird. Mehr bevorzugt liegt das Titan in einem Oxidationszustand
von etwa +2 oder höher
vor, am meisten bevorzugt in einem Oxidationszustand von etwa +3
bis etwa +4. Nicht einschränkende
Beispiele für
titanhaltige Träger,
die geeigneterweise bei dem Katalysator dieser Erfindung verwendet
werden können,
umfassen diejenigen, die hier nachstehend beschrieben werden. Titanhaltige
Träger,
die hier nachstehend angegeben sind, die nicht das gewünschte Promotorelement/die
gewünschten
Promotorelemente enthalten, müssen
so behandelt werden, dass der Promotor/die Promotoren in den Träger eingebracht
wird (werden) oder auf diesen aufgebracht wird (werden). Träger, die
bereits Promotoren enthalten, können
eventuell ein oder mehr zusätzliche
Promotorenelemente erfordern, die dem Träger zugegeben werden.
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a. Titandioxid
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Amorphes
und kristallines Titandioxid kann geeigneterweise als titanhaltiger
Träger
verwendet werden. Die kristallinen Phasen umfassen Anatas, Rutil
und Brookit. In dieser Kategorie finden sich Verbundstoffe, die
Titandioxid auf Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Alumosilicaten oder
anderen Trägern
oder Kombinationen von Trägern
umfassen.
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Das
Titandioxid kann durch eine Anzahl von Verfahren auf den Träger aufgebracht
werden. Ein Beispiel für
die Herstellung, die hier verwendet werden kann, wird von M. Haruta
et al. in der europäischen
Patentanmeldung
EP
0709360 A1 angegeben. Allgemeiner kann der Träger vor
dem Aufbringen der Titanverbindung an Luft auf eine Temperatur zwischen
50°C und
800°C kalziniert
werden. Der Träger
wird dann mit einer Titanverbindung imprägniert, die mit den Hydroxylgruppen
auf der Oberfläche
des Trägers
schlecht reagiert. Normalerweise wird eine Lösung, die die Titanverbindung
enthält,
unter milden Bedingungen, wie einer Temperatur zwischen etwa 0°C und etwa
50°C, etwa
bei Umgebungsdruck für
eine Zeit im Bereich von etwa 30 Minuten bis etwa 24 Stunden mit
dem Träger
in Berührung
gebracht. Ein nicht einschränkendes
Beispiel für
eine geeignete Titanverbindung umfasst Titanoxidacetylacetonat oder
Titanylacetylacetonat. Das Lösungsmittel
kann jedes sein, das die Titanverbindung solubilisiert, zum Beispiel
aliphatische Alkoho le oder aliphatische und aromatische Kohlenwasserstoffe.
Nach dem In-Berührung-bringen
des Trägers
mit der Lösung,
die die Titanverbindung enthält,
wird der Träger
bei einer Temperatur zwischen etwa 0°C und etwa 150°C, vorzugsweise
zwischen etwa 50°C
und etwa 150°C,
in einem Vakuum oder in einem Strom von Luft oder einem inerten
Gas, wie Stickstoff, Argon oder Helium, getrocknet. Danach kann
der Träger
an Luft auf eine Temperatur zwischen etwa 300°C und etwa 800°C, vorzugsweise
zwischen etwa 400°C
und etwa 650°C,
kalziniert werden.
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b. Promotormetalltitanate
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Stöchiometrische
und nicht-stöchiometrische
Verbindungen, die Promotormetalltitanate umfassen, können auch
geeigneterweise als Katalysatorträger verwendet werden. Die Promotormetalltitanate
können kristallin
oder amorph sein. Nicht einschränkende
Beispiele hierfür
umfassen Titanate der Gruppe 1, Titanate der Gruppe 2 und die Lanthaniden-
und Actinidenmetalle. Vorzugsweise ist das Promotormetalltitanat
aus der aus Magnesiumtitanat, Calciumtitanat, Bariumtitanat, Strontiumtitanat,
Natriumtitanat, Kaliumtitanat und den Titanaten von Erbium, Lutetium,
Thorium und Uran bestehenden Gruppe ausgewählt.
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c. Titanosilicate
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Kristalline
und amorphe Titanosilicate, vorzugsweise diejenigen, die porös sind,
werden auch geeigneterweise als Träger verwendet. Titanosilicate
können
mikroporöse
Materialien sein, die Ti in der Struktur enthalten; dies können Zeolith-Materialien sein.
Innerhalb der Gerüststruktur
von porösen
Titanosilicaten besteht ein regelmäßiges oder unregelmäßiges System
von Poren und/oder Kanälen.
Leere Hohlräume,
die als Käfige bezeichnet
werden, können
auch vorhanden sein. Die Poren können
isoliert oder zusammenhängend
sein, und sie können
ein-, zwei- oder dreidimensional sein. Die Poren sind mehr bevorzugt
Mikroporen oder Mesoporen oder eine Kombination davon. Wie sie hier
verwendet wird, hat eine Mikropore einen Porendurchmesser (oder
eine kritische Abmessung, wie im Fall eines nicht kreisförmigen senkrechten
Querschnitts) im Bereich von etwa 4 Å bis etwa 20 Å, während eine
Mesopore einen Porendurchmesser oder eine kritische Abmessung im
Bereich von größer als
etwa 20 Å bis
etwa 500 Å aufweist.
Das kombinierte Volumen der Mikroporen und der Mesoporen umfasst
vorzugsweise etwa 70 Prozent oder mehr des gesamten Porenvolumens,
und mehr bevorzugt etwa 80 Prozent oder mehr des gesamten Porenvolumens.
Der Rest des Porenvolumens wird Makroporen umfassen, die einen Porendurchmesser
von größer als
etwa 500 Å aufweisen.
Makroporen umfassen die Hohlräume
zwischen Teilchen oder Kristalliten.
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Den
Porendurchmesser (oder die kritische Abmessung), die Porengrößenverteilung
und die Oberflächengröße des porösen Titanosilicats
kann man durch Messen von Adsorptionsisothermen und Porenvolumen erhalten.
Normalerweise erfolgen die Messungen auf dem Titanosilicat in Pulverform
unter Verwendung von Stickstoff bei 77 K oder Argon bei 88 K als
Adsorbat und unter Verwendung eines geeigneten Adsorptionsanalysegeräts, zum
Beispiel eines Geräts
vom Typ Micromeritics ASAP 2000. Die Messung des Mikroporenvolumens
wird von dem Adsorptionsvolumen von Poren mit einem Durchmesser
im Bereich von etwa 4 Å bis etwa
20 Å abgeleitet.
Ebenso wird die Messung des Mesoporenvolumens von dem Adsorptionsvolumen
von Poren mit einem Durchmesser im Bereich von größer als
etwa 20 Å bis
etwa 500 Å abgeleitet.
Anhand der Form der Adsorptionsisotherme kann eine qualitative Identifizierung
der Art von Porosität,
zum Beispiel mikroporös
oder makroporös,
vorgenommen werden. Zusätzlich
kann eine erhöhte
Porosität
mit einer vergrößerten Oberfläche korreliert
werden. Der Porendurchmesser (oder die kritische Abmessung) kann
aus den Daten unter Verwendung von Gleichungen berechnet werden,
die Charles N. Satterfield in Heterogeneous Catalysis in Practice,
McGraw-Hill Book Company, New York, 1980, S. 106-114, beschreibt.
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Außerdem können kristalline
poröse
Titanosilicate durch Röntgenbeugungsverfahren
(XRD) identifiziert werden, und zwar entweder durch Vergleichen
des XRD-Musters
des betreffenden Materials mit einem zuvor veröffentlichten Standard oder
durch Analysieren des XRD-Musters eines einzelnen Kristalls, um
die Gerüststruktur
und, falls Poren vorhanden sind, die Porengeometrie und Porengröße zu bestimmen.
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Nicht
einschränkende
Beispiele für
poröse
Titanosilicate, die geeigneterweise bei dem Verfahren dieser Erfindung
verwendet werden, umfassen poröse
amorphe Titanosilicate; poröse
geschichtete Titanosilicate; kristalline mikroporöse Titanosilicate,
wie Titansilicalit-1 (TS-1), Titansilicalit-2 (TS-2), Titanosilicat
beta (Ti-beta), Titanosilicat ZSM-12 (Ti-ZSM-12) und Titanosilicat
ZSM-48 (Ti-ZSM-48); sowie mesoporöse Titanosilicate, wie Ti-MCM-41.
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In
US-A-4,410,501 wurde von Titansilicalit und seinem charakteristischen
XRD-Muster berichtet.
TS-1 ist im Handel erhältlich,
es kann aber auch nach den in US-A-4,410,501
beschriebenen Verfahren synthetisiert werden. Von anderen Herstellungsverfahren
wurde in folgenden Schriften berichtet: A. Tuel, Zeolites, 1996, 16,
S. 108-117; von S. Gontier und A. Tuel, Zeolites, 1996, 16, S. 184-195;
von A. Tuel und Y. Ben Taarit in Zeolites, 1993, 13, S. 357-364;
von A. Tuel, Y. Ben Taarit und C. Naccache in Zeolites, 1993, 13,
S. 454-461; von A. Tuel und Y. Ben Taarit in Zeolites, 1994, 14,
S. 272-281; und von A. Tuel und Y. Ben Taarit in Microporous Materials,
1993, 1, S. 179-189.
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TS-2
kann nach den in den folgenden Druckschriften beschriebenen Verfahren
synthetisiert werden: J. Sudhakar Reddy und R. Kumar, Zeolites,
1992, 12, 95-100;
von J. Sudhakar Reddy und R. Kumar, Journal of Catalysis, 1991,
130, S. 440-446; und von A. Tuel and Y. Ben Taarit, Applied Catal.
A, General, 1993, 102, S. 69-77.
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Die
Struktur und Herstellung von Titanosilicat beta wurde in den folgenden
Druckschriften beschrieben: PCT-Patentveröffentlichung WO 94/02245 (1994);
M. A. Camblor, A. Corma und J.H. Perez-Pariente, Zeolites, 1993,
13, S. 82-87; und M. S. Rigutto, R. de Ruiter, J. P. M. Niederer
und H. van Bekkum, Stud. Surf. Sci. Cat., 1994, 84, S. 2245-2251.
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Die
Herstellung und Struktur von Ti-ZSM-12 werden von S. Gontier und
A. Tuel, ebenda, beschrieben.
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Druckschriften
zur Herstellung und Struktur von Ti-ZSM-48 umfassen R. Szostak,
Handbook of Molecular Sieves, Chapman & Hall, New York, 1992, S. 551-553;
sowie C. B. Dartt, C. B. Khouw, H. X. Li und M. E. Davis, Microporous
Materials, 1994, 2, S. 425-437; und A. Tuel und Y. Ben Taarit, Zeolites,
1996, 15, S. 164-170.
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Ti-MCM-41,
seine Struktur und Herstellung werden in den folgenden Druckschriften
beschrieben: S. Gontier und A. Tuel, Zeolites, 1996, 15, S. 601-610;
und M. D. Alba, Z. Luan und J. Klinowski, J. Phys. Chem., 1996,
100, S. 2178-2182.
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Das
Silicium-Titan-Atomverhältnis
(Si/Ti) des Titanosilicats kann jedes Verhältnis sein, das bei dem Verfahren
dieser Erfindung einen aktiven und selektiven Epoxidationskatalysator
bereitstellt. Ein insgesamt vorteilhaftes Atomverhältnis Si/Ti
ist gleich oder größer als
etwa 5/1, vorzugsweise gleich oder größer als etwa 10/1. Ein insgesamt
vorteilhaftes Atomverhältnis
Si/Ti ist gleich oder kleiner als etwa 200/1, vorzugsweise gleich
oder kleiner als etwa 100/1. Es sei angemerkt, dass sich das Atomverhältnis Si/Ti,
das hier definiert wird, auf ein Masseverhältnis bezieht, das das gesamte
Gerüsttitan
und das Titan außerhalb
des Gerüstes
einschließt.
Bei hohen Si/Ti-Verhältnissen,
zum Beispiel etwa 100/1 oder mehr, kann es wenig Titan außerhalb des
Gerüstes
geben, und das Masseverhältnis
entspricht im Wesentlichen dem Gerüstverhältnis.
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d. Titan verteilt auf
einem Träger
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Ein
weiterer geeigneter Träger
für den
Katalysator dieser Erfindung umfasst Titan verteilt auf einem Träger wie
Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Alumosilicate oder jedem anderen
Träger
oder Kombinationen von Trägern.
Dieser Träger
ist im Handel erhältlich,
oder er kann alternativ nach den hier im Anschluss beschriebenen
Verfahren hergestellt werden.
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Bei
dem oben erwähnten
Träger
sind die Titanionen im Wesentlichen in einer desorganisierten Phase über die
Oberfläche
des Siliciumdioxids verteilt. Die Titanionen in der desorganisierten
Phase können
von anderen Titanionen isoliert sein, oder alternativ können die
Titanionen durch Oxidbindungen mit anderen Titanionen in kleinen
Bereichen eines zweidimensionalen einschichtigen Netzwerks verbunden
sein. Wie auch immer die tatsächliche
Topologie aussieht, die desorganisierte Phase zeigt keine organisierte,
periodische Kristallinität.
Die desorganisierte Phase kann von einer organisierten Volumenphase
nach einem oder mehreren modernen Analyseverfahren unterschieden
werden, zum Beispiel durch hoch auflösende Transmissions-Elektronenmikroskopie
und Raman-Spektroskopie. Sichtbare Ultraviolett-Remissionsspektroskopie
und Ti K-Kantennahe Röntgenabsorpti onsspektroskopie
(Ti K-Kante XANES) können
auch nützlich
sein. Diese und andere Verfahren sind dem Fachmann bekannt.
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In
dem Träger
kann jedes Siliciumdioxid verwendet werden, vorausgesetzt, es erlaubt
eine aktive Katalysatorzusammensetzung. Die Siliciumdioxide können amorph
oder kristallin sein. Bevorzugte Siliciumdioxide sind oberflächenhydroxiliert.
Nicht einschränkende
Beispiele für
geeignete Siliciumdioxide umfassen Quarzstaub, Silicagel, gefällte Siliciumdioxide,
gefällte
Silicagele, Silicalit und Mischungen davon. Vorzugsweise ist die
Oberfläche
des Siliciumdioxids größer als
etwa 15 m2/g, mehr bevorzugt größer als
etwa 20 m2/g, und am meisten bevorzugt größer als
etwa 25 m2/g. Mehr bevorzugt ist die Oberfläche des
Siliciumdioxids kleiner als etwa 800 m2/g,
am meisten bevorzugt kleiner als etwa 600 m2/g.
-
In
dem Träger
kann jedes Aluminiumoxid verwendet werden, vorausgesetzt, es erlaubt
eine aktive Katalysatorzusammensetzung. Die Aluminiumoxide können amorph
oder kristallin sein. Bevorzugte Aluminiumoxide sind oberflächenhydroxiliert.
Vorzugsweise ist die Oberfläche
des Aluminiumoxids größer als
etwa 15 m2/g, mehr bevorzugt größer als
etwa 20 m2/g, und am meisten bevorzugt größer als
etwa 25 m2/g. Mehr bevorzugt beträgt die Oberfläche des
Aluminiumoxids weniger als etwa 800 m2/g,
am meisten bevorzugt weniger als etwa 600 m2/g.
-
Die
Titanbeladung auf dem Träger
kann jede sein, die einen aktiven Katalysator bei dem Verfahren dieser
Erfindung ergibt. Normalerweise ist die Titanbeladung größer als
etwa 0,02 Gewichtsprozent, vorzugsweise größer als etwa 0,1 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Gewicht des Trägers.
Normalerweise ist die Titanbeladung kleiner als etwa 20 Gewichtsprozent
und vorzugsweise kleiner als etwa 10 Gewichtsprozent, bezogen auf
das Gewicht des Trägers.
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Das
Verfahren zum Aufbringen der Titanionen auf den Träger ist
wichtig, um die oben beschriebene desorganisierte Titanphase zu
erhalten. Eine ungefähre
Beschreibung der hier verwendeten Herstellung wird von S. Srinivasan
et al. in dem Journal of Catalysis, 131, S. 260-275 (1991), und
von R. Castillo et al., Journal of Catalysis, 161, S. 524-529 (1996)
angegeben. Im Allgemeinen wird der Träger mit einer Titanverbindung imprägniert,
die mit den Hydroxylgruppen auf der Oberfläche des Trägers reaktionsfähig ist.
Normalerweise wird eine Lösung,
die eine reaktionsfähige
Titanverbindung enthält,
unter milden Bedingungen, wie einer Tem peratur zwischen etwa 0°C und etwa
50°C, bei
etwa Umgebungsdruck für
eine Zeit im Bereich von etwa 30 Minuten bis etwa 24 Stunden mit
dem Siliciumdioxid in Berührung
gebracht. Nicht einschränkende
Beispiele für
geeigneterweise reaktionsfähige
Titanverbindungen umfassen Titanalkoxide, wie Titanisopropoxid,
Titanpropoxid, Titanethoxid und Titanbutoxid; Titansulfat, Titanoxysulfat,
Titanhalogenide, vorzugsweise Titanchlorid; Titancarboxylate, vorzugsweise
Titanoxalat; und Organotitanhalogenide, wie Dicyclopentadientitandichlorid,
und andere Organotitanocendichloride. Vorzugsweise werden Titanalkoxide
verwendet. Das Lösungsmittel kann
jedes sein, welches die reaktionsfähige Titanverbindung solubilisiert,
zum Beispiel aliphatische Alkohole, aliphatische und aromatische
Kohlenwasserstoffe und ggf. Wasser. Nachdem der Träger mit
der Lösung,
die die reaktionsfähige
Titanverbindung enthält,
in Kontakt gebracht wurde, wird der Träger bei einer Temperatur zwischen
etwa 0°C
und etwa 150°C,
vorzugsweise zwischen etwa 50°C
und etwa 150°C,
in einem Vakuum oder in einem Strom von Luft oder einem inerten
Gas, wie Stickstoff, Argon, oder Helium, getrocknet. Danach kann
der Träger
ohne Kalzinierung oder weitere Behandlung verwendet werden. Alternativ
kann der Träger nach
dem Trocknen an Luft oder in einem inerten Gas, wie Stickstoff oder
Helium, auf eine Temperatur zwischen etwa 100°C und etwa 800°C, vorzugsweise
zwischen etwa 100°C
und etwa 650°C,
kalziniert werden.
-
Ein
alternatives Verfahren zum Aufbringen von Titan wird aus der Dampfphase
durchgeführt.
Flüchtige Titanverbindungen,
wie Titanchlorid, Titanpropoxid oder Titanisopropoxid, können in
einem Strom eines inerten Gases, wie Stickstoff, Argon oder Helium,
durch den Träger
transportiert werden. Die Titanverbindung kann erwärmt werden,
um sie zu verflüchtigen
oder in den inerten Gasstrom zu verdampfen. Der Träger kann
während
des Verfahrens erwärmt
werden. Danach kann der Träger
ohne Kalzinierung oder weitere Behandlung verwendet werden. Alternativ
kann der Träger
an Luft oder in einem inerten Gas, wie Stickstoff oder Helium, auf
eine Temperatur zwischen etwa 100°C
und etwa 800°C,
vorzugsweise zwischen etwa 100°C
und etwa 650°C,
kalziniert werden.
-
e. Titan verteilt auf
Promotormetallsilicaten
-
Noch
ein weiterer geeigneter Träger
für den
Katalysator dieser Erfindung umfasst Titan verteilt auf Promotormetallsilicaten.
Stöchiometrische
und nicht stöchiometrische
Verbindungen, die Promotormetallsilicate umfassen, können verwendet
wer den. Jedes amorphe oder kristalline Promotormetallsilicat wird
geeigneterweise verwendet. Bevorzugte Promotormetallsilicate umfassen
Silicate der Gruppe 1, Silicate der Gruppe 2, die Lanthaniden-Seltenerden
und die Actinidenmetalle, und Kombinationen davon. Nicht einschränkende Beispiele
für bevorzugte
Promotormetallsilicate umfassen natriumhaltiges Silicat, cäsiumhaltiges
Silicat, Magnesiumsilicat, Calciumsilicat, Bariumsilicat, Erbiumsilicat
und Lutetiumsilicat. Das Titan kann auf dem Promotormetallsilicat
analog zu der in Abschnitt (d) oben beschriebenen Weise verteilt
werden. Analyseverfahren wie die in Abschnitt (d) oben beschriebenen
können
verwendet werden, um die verteilte Titanphase zu identifizieren.
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f. Mischungen von Trägern
-
Jede
Kombination oder Mischung der Träger
a-e, die hier vorstehend beschrieben wurden, kann bei dem Katalysator
dieser Erfindung verwendet werden.
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Die
Silberbeladung auf den titanhaltigen Trägern (a-f) kann jede sein,
die den Katalysator dieser Erfindung ergibt. Das Silber kann entweder
vor, gleichzeitig mit oder nach der Zugabe des Titans zu dem Träger zugegeben
werden. Im Allgemeinen ist die Silberbeladung größer als etwa 0,01, vorzugsweise
größer als
etwa 0,02 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Katalysatorzusammensetzung.
Im Allgemeinen ist die Silberbeladung kleiner als etwa 20, vorzugsweise
kleiner als etwa 15 Gewichtsprozent.
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Die
Silberkomponente kann nach jedem in der Technik bekannten Verfahren,
das einen aktiven und selektiven Epoxidationskatalysator bei dem
Verfahren dieser Erfindung bereitstellt, auf den Träger aufgebracht oder
auf diesem getragen werden. Nicht einschränkende Beispiele für bekannte
Aufbringungsverfahren umfassen Imprägnieren, Ionenaustausch und
Aufbringung durch Niederschlag. Ein bevorzugtes Verfahren umfasst
das In-Berührung-bringen
des Trägers
mit einer Lösung
einer löslichen
Silberverbindung. Es können wässrige und
nichtwässrige
Lösungen
verwendet werden. Die Herstellung kann in Gegenwart von Licht oder im
Dunkeln erfolgen. Dann wird der Verbundstoff kalziniert und fakultativ
reduziert, um den Katalysator der Erfindung zu bilden.
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Bei
wässrigen
Lösungen
kann jede wasserlösliche
Silberverbindung verwendet werden, einschließlich Silbernitrat und Silbercarboxylate,
wie Silberoxalat und Silberlactat. Bei nichtwässrigen Lösungen von üblichen organischen Lösungsmitteln
kann jeder lösliche
Silberkomplex, wie ein Silberaminkomplex, verwendet werden. Normalerweise
reicht die Molarität
der löslichen
Silberverbindung von etwa 0,001 M bis zum Sättigungspunkt der löslichen
Silberverbindung, vorzugsweise von etwa 0,005 M bis etwa 0,5 M.
Die gewünschte
Menge an Träger
wird der Lösung
zugegeben, und die Mischung wird unter Luft bei einer Temperatur
zwischen etwa 20°C
und etwa 80°C
für eine
Zeit im Bereich von etwa 1 Stunde bis etwa 24 Stunden gerührt. Am
Ende dieses Zeitraums werden die Feststoffe entweder zurückgewonnen
oder getrocknet. Die Feststoffe werden nicht gewaschen, oder fakultativ
leicht mit Wasser gewaschen, wobei das Wasser fakultativ ein oder
mehr Promotorsalze enthält.
Danach wird der Verbundstoff bei einer Temperatur zwischen etwa
80°C und
etwa 120°C
getrocknet und dann in Gegenwart von Sauerstoff bei einer Temperatur
zwischen etwa 200°C
und etwa 800°C, vorzugsweise
von etwa 350°C
bis etwa 750°C,
für eine
Zeit von etwa 1 bis etwa 24 Stunden kalziniert. Die Kalzinierung
kann verwendet werden, um das Anion des Silbersalzes, wie das Nitrat
oder Lactat, abzubauen. Fakultativ kann das kalzinierte Material
mit einem Reduktionsmittel in Flüssig-
oder Gasphase, wie Wasserstoff, Ammoniak oder Hydrazin, bei einer
Temperatur zwischen etwa 20°C
und etwa 500°C,
vorzugsweise zwischen etwa 100°C
und etwa 400°C,
für eine
Zeit von etwa 1 bis etwa 24 Stunden reduziert werden, um den Katalysator
dieser Erfindung zu bilden.
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Wie
hier vorstehend angemerkt, ist der Katalysator, der Silber und den
titanhaltigen Träger
umfasst, im Wesentlichen frei von Metallen der Gruppe 8, einschließlich Eisen,
Kobalt, Nickel, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und
Platin. Der Begriff "im
Wesentlichen frei",
wie er in diesem Zusammenhang verwendet wird, bedeutet, dass die
Gesamtkonzentration dieser Metalle kleiner ist als etwa 0,01 Gewichtsprozent,
vorzugsweise kleiner als etwa 0,005 Gewichtsprozent, bezogen auf
das Gewicht der gesamten Katalysatorzusammensetzung.
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Der
Silber auf dem titanhaltigen Träger
umfassende Katalysator umfasst ferner Gold. Dieser Katalysator ist
vorzugsweise auch im Wesentlichen frei von Metallen der Gruppe 8,
wie hier vorstehend angemerkt. Im Allgemeinen ist die Goldbeladung
größer als
etwa 0 Gewichtsprozent, vorzugsweise größer als etwa 0,01 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Katalysatorzusammenset zung. Im
Allgemeinen ist die Goldbeladung kleiner als etwa 20 Gewichtsprozent,
vorzugsweise kleiner als etwa 10 Gewichtsprozent. Das vorhandene
Gold kann sich in jedem Oxidationszustand befinden. Das Gold kann
als Legierung mit dem Silber vorhanden sein.
-
Das
Gold kann gleichzeitig mit dem Silber auf den titanhaltigen Träger aufgebracht
werden, oder alternativ kann es in einem separaten Aufbringungsschritt,
entweder bevor oder nachdem das Silber aufgebracht wird, aufgebracht
werden. Die Goldkomponente kann nach jedem in der Technik bekannten
Verfahren, das einen aktiven und selektiven Epoxidationskatalysator
bei dem Verfahren dieser Erfindung bereitstellt, auf den Träger aufgebracht
oder von diesem getragen werden. Nicht einschränkende Beispiele für bekannte
Aufbringungsverfahren umfassen Imprägnieren, Ionenaustausch und
Aufbringung durch Niederschlag. Ein bevorzugtes Aufbringungsverfahren
wird offenbart von S. Tsubota, M. Haruta, T. Kobayashi, A. Ueda
und Y. Nakahara, "Preparation
of Highly Dispersed Gold on Titanium and Magnesium Oxide," in Preparation of
Catalysts V, G. Poncelet, P. A. Jacobs, P. Grange und B. Delmon,
Hrsg., Elsevier Science Publishers B.V., Amsterdam, 1991, S. 695ff.
Dieses Verfahren beinhaltet das In-Berührung-bringen des Trägers mit
einer wässrigen
Lösung
einer löslichen
Goldverbindung bei einer Temperatur und einem pH-Wert, die ausreichen,
um die Goldverbindung auf den Träger
aufzubringen oder auf diesem zur Reaktion zu bringen. Nichtwässrige Lösungen können ebenfalls
verwendet werden. Danach kann die Silberkomponente auf die hier
vorstehend beschriebene Weise auf den Träger aufgebracht werden. Danach
wird der Verbundstoff, der Silber und Gold enthält, nicht gewaschen oder leicht
gewaschen, und zwar vorzugsweise mit nicht mehr als etwa 100 ml
Waschflüssigkeit
pro Gramm Verbundstoff. Dann wird der Silber-Gold-Verbundstoff unter
Luft bei einer Temperatur zwischen etwa 150°C und etwa 800°C für eine Zeit
von etwa 1 Stunde bis 24 Stunden kalziniert. Das kalzinierte Material
kann dann in einer reduzierenden Atmosphäre, wie Wasserstoff, oder in
einer inerten Atmosphäre,
wie Stickstoff, bei einer Temperatur zwischen etwa 150°C und etwa
800°C für eine Zeit
von etwa 1 bis etwa 24 Stunden erwärmt werden.
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Bei
wässrigen
Lösungen
kann jede wasserlösliche
Goldverbindung verwendet werden, wie Chlorogoldsäure, Natriumchloraurat, Kaliumchloraurat,
Goldcyanid, Kaliumgoldcyanid und Diethylamingoldsäuretrichlorid.
Normalerweise reicht die Molarität
der löslichen
Goldverbindung von etwa 0,001 M bis zum Sättigungspunkt der löslichen
Goldverbindung, vorzugsweise von etwa 0,005 M bis etwa 0,5 M. Der
pH-Wert der wässrigen
Goldlösung
kann auf zwischen etwa 2 und etwa 11, vorzugsweise zwischen etwa
6 und etwa 9, mit jeder geeigneten Base, wie Metallhydroxide oder
-carbonate der Gruppe 1, vorzugsweise Natriumhydroxid, Natriumcarbonat,
Kaliumcarbonat, Cäsiumhydroxid
und Cäsiumcarbonat,
eingestellt werden. Die gewünschte
Menge des Trägers
wird der Lösung
zugegeben, oder umgekehrt; und gegebenenfalls wird der pH-Wert erneut
eingestellt. Danach wird die Mischung unter Luft bei einer Temperatur
zwischen etwa 20°C
und etwa 80°C
für eine Zeit
im Bereich von etwa 1 Stunde bis etwa 24 Stunden gerührt. Am
Ende dieses Zeitraums werden die Feststoffe zurückgewonnen, fakultativ mit
Wasser gewaschen, wobei das Wasser fakultativ ein oder mehr Promotormetallsalze
enthält,
vorzugsweise bei einem pH-Wert zwischen etwa 5 und etwa 11. Danach
werden die Feststoffe unter Luft bei einer Temperatur zwischen etwa
80°C und
etwa 120°C
getrocknet. Danach werden die Feststoffe mit einer Lösung, die
eine Silberverbindung enthält,
auf die vorstehend beschriebene Weise behandelt. Der Silber-Gold-Verbundstoff
wird unter Luft bei einer Temperatur zwischen etwa 150°C und etwa 800°C für eine Zeit
von etwa 1 Stunde bis 24 Stunden kalziniert. Das kalzinierte Material
kann dann in einer reduzierenden Atmosphäre wie Wasserstoff, oder in
einer inerten Atmosphäre
wie Stickstoff, bei einer Temperatur zwischen etwa 150°C und etwa
800°C für eine Zeit
von etwa 1 bis 24 Stunden erwärmt
werden.
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Der
Katalysator, der Silber und Titan umfasst, oder der Katalysator,
der Silber, Gold und einen titanhaltigen Träger umfasst, enthält vorzugsweise
ein oder mehr Promotorelemente. Jedes Metallion mit einer Wertigkeit
zwischen +1 und +7, das die Produktivität des Katalysators bei dem
Oxidationsverfahren verbessert, kann als Promotorelement verwendet
werden. Faktoren, die zu einer erhöhten Produktivität des Katalysators beitragen,
umfassen eine erhöhte
Umwandlung des Olefins, eine erhöhte
Selektivität
zum Olefinoxid, eine verminderte Produktion von Wasser und eine
verlängerte
Lebensdauer des Katalysators. Bevorzugte Promotorelemente umfassen
Elemente der Gruppe 1 und Elemente der Gruppe 2 des Periodensystems
der Elemente sowie Zink, Cadmium, die Lanthaniden-Seltenerden und
Actiniden oder Kombinationen davon, wie in dem CRC Handbook of Chemistry
and Physics, 75. Auflage, CRC Press, 1994, genannt. Elemente der
Gruppe 1 umfassen Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium; Elemente
der Gruppe 2 umfassen Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium und
Barium. Die Lanthaniden- Seltenerden-Elemente
umfassen Cerium, Praseodymium, Neodymium, Promethium, Samarium,
Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium,
Ytterbium und Lutetium. Die Actiniden-Elemente umfassen insbesondere
für die
Zwecke dieser Erfindung Thorium und Uran. Mehr bevorzugt ist das
Promotorelement Natrium, Cäsium,
Magnesium, Calcium, Barium, Lanthanum, Praseodymium, Erbium oder
Lutetium. Noch mehr bevorzugt enthält der Katalysator ein oder
mehr Promotorelemente, vorausgesetzt, dass bei Verwendung eines
Lanthanidenelements dieses in Kombination mit einem Element der
Gruppe 1 und/oder einem Element der Gruppe 2 vorhanden ist. Am meisten
bevorzugt enthält
der Katalysator eine Kombination von mindestens einem Element der
Gruppe 1 mit einem Element der Gruppe 2 und/oder einem Lanthanidenelement.
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Wenn
ein oder mehr Promotorelemente verwendet werden, ist die Gesamtmenge
des auf dem Träger aufgetragenen
Promotorelements (der Promotorelemente) normalerweise größer als
etwa 0,001 Gewichtsprozent und vorzugsweise größer als etwa 0,01 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Katalysatorzusammensetzung. Die
Gesamtmenge des auf dem Träger
aufgetragenen Promotorelements (der Promotorelemente) ist im Allgemeinen
kleiner als etwa 40, vorzugsweise kleiner als etwa 20 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators. Der Fachmann wird
erkennen, dass bei Verwendung eines Promotormetalltitanats oder
-silicats der Gewichtsprozentsatz von Promotormetall viel höher sein
kann, zum Beispiel bis zu etwa 80 Gewichtsprozent.
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Das
Promotorelement (die Promotorelemente) kann (können) gleichzeitig mit dem
Silber auf den titanhaltigen Träger
aufgebracht werden oder alternativ in einem separaten Aufbringungsschritt,
entweder bevor oder nachdem das Silber aufgebracht wird, aufgebracht
werden. Wenn Gold bei der Herstellung vorhanden ist, kann das Promotorelement
(können
die Promotorelemente) gleichzeitig mit dem Silber und/oder Gold
auf den titanhaltigen Träger
aufgebracht werden, oder alternativ in einem separaten Aufbringungsschritt,
entweder bevor oder nachdem Silber und/oder Gold aufgebracht wird,
aufgebracht werden. Alternativ kann das Promotorelement auf eine
Vorläuferform
des Katalysators aufgebracht werden, bevor das Titan zugegeben wird,
oder nachdem es zugegeben wurde, oder es kann gleichzeitig mit dem
Titan aufgebracht werden. Normalerweise wird das Promotorelement
aus einer wässrigen
oder organischen Lösung,
die ein lösliches
Promotormetallsalz enthält,
aufgebracht. Jedes Salz des Promotormetalls mit ei ner ausreichenden
Löslichkeit
kann verwendet werden; zum Beispiel sind die Metallnitrate, -carboxylate
und -halogenide, vorzugsweise die Metallnitrate, geeignet. Wenn
ein organisches Lösungsmittel
verwendet wird, kann es jedes aus einer Vielzahl von bekannten organischen
Lösungsmitteln
sein, einschließlich
zum Beispiel Alkohole, Ester, Ketone und aliphatische und aromatische
Kohlenwasserstoffe. Üblicherweise
wird der Träger
mit der Lösung
des Promotormetallsalzes unter Bedingungen in Berührung gebracht,
die ähnlich
denjenigen sind, die zum In-Berührung-bringen
des Trägers
mit der Silberlösung
verwendet werden. Nachdem das Promotormetall aufgetragen wurde,
wird fakultativ gewaschen, und wenn dies in übermäßiger Weise erfolgt, kann es
zumindest einen Teil des Promotorelements aus dem Katalysator auslaugen.
Danach werden die Kalzinierung unter Luft und fakultativ die Reduktion
mit einem Reduktionsmittel ähnlich
wie oben für
die Silberaufbringung beschrieben durchgeführt werden.
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Fakultativ
kann der Katalysator dieser Erfindung mit einem zweiten Träger, wie
Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, einem Alumosilicat, Magnesiumoxid,
Titandioxid, Kohlenstoff oder Mischungen davon, extrudiert, daran
gebunden oder darauf getragen werden. Der zweite Träger kann
dahingehend wirken, dass er die physikalischen Eigenschaften des
Katalysators, wie dessen Festigkeit oder Abnutzungsbeständigkeit,
verbessert, oder die Katalysatorteilchen aneinander bindet. Im Allgemeinen
reicht die Menge des zweiten Trägers
von etwa 0 bis etwa 95 Gewichtsprozent, bezogen auf das kombinierte
Gewicht des Katalysators und des zweiten Trägers.
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Das
Verfahren dieser Erfindung kann in einem Reaktor jeder herkömmlichen
Konstruktion durchgeführt
werden, der für
Verfahren mit Gas- oder Flüssigphasen
geeignet ist. Diese Konstruktionen umfassen allgemein Batch-, Festbett-,
Transportbett-, Fließbett-,
Bewegtbett-, Röhren-
und Sickerbettreaktoren, sowie Reaktorkonstruktionen mit kontinuierlichem
und diskontinuierlichem Strom und Schwingreaktoren. Vorzugsweise wird
das Verfahren in der Gasphase durchgeführt, und der Reaktor ist mit
Wärmeübertragungsmerkmalen
konzipiert, um die erzeugte Wärme
abzuleiten. Bevorzugte Reaktoren, die für diese Zwecke konstruiert
sind, umfassen Reaktoren mit Fließbett und Bewegtbett sowie
Schwingreaktoren, die aus mehreren parallel geschalteten und alternierend
verwendeten Katalysatorbetten konstruiert sind.
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Die
Verfahrensbedingungen für
die hier beschriebene direkte Oxidation können über einen nicht entflammbaren
und entflammbaren Bereich beträchtlich
schwanken. Es ist jedoch von Vorteil, die Bedingungen zu erkennen,
die zwischen nicht entflammbaren und entflammbaren Mischungen des
Olefins, Wasserstoff und Sauerstoff unterscheiden. Demnach kann
ein Diagramm erstellt oder konsultiert werden, das für jede gegebene
Verfahrenstemperatur und jeden gegebenen Verfahrensdruck den entflammbaren
und nicht entflammbaren Bereich von Reaktantenzusammensetzungen
zeigt, einschließlich
ggf. des Verdünnungsmittels.
Es wird angenommen, dass die mehr bevorzugten Reaktantenmischungen,
die hier vorstehend spezifiziert sind, außerhalb des entflammbaren Bereichs
liegen, wenn das Verfahren bei den mehr bevorzugten Temperaturen
und Drücken,
die hier nachstehend spezifiziert werden, betrieben wird. Trotzdem
ist ein Betrieb innerhalb des entflammbaren Bereichs möglich, wie
er von einem Fachmann gestaltet wird.
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Normalerweise
wird das Verfahren bei einer Temperatur durchgeführt, die höher als etwa Umgebungstemperatur
ist, zum Beispiel 20°C,
vorzugsweise höher
als etwa 70°C.
Normalerweise wird das Verfahren bei einer Temperatur von weniger
als etwa 250°C,
vorzugsweise weniger als etwa 225°C,
durchgeführt.
Vorzugsweise reicht der Druck von etwa Atmosphärendruck bis etwa 400 psig
(2758 kPa).
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In
Durchflussreaktoren werden die Verweilzeit der Reaktionspartner
und das Molverhältnis
der Reaktionspartner zum Katalysator durch die Raumgeschwindigkeit
bestimmt. Für
ein Gasphasenverfahren kann die stündliche Gas-Raumgeschwindigkeit ("gas hourly space
velocity", GHSV)
des Olefins über
einen weiten Bereich schwanken, ist jedoch normalerweise größer als
etwa 10 ml Olefin pro ml Katalysator pro Stunde (h–1), vorzugsweise
größer als
etwa 100 h–1,
und mehr bevorzugt größer als
etwa 1.000 h–1.
Normalerweise ist die GHSV des Olefins kleiner als etwa 50.000 h–1,
vorzugsweise kleiner als etwa 35.000 h–1,
und mehr bevorzugt kleiner als etwa 20.000 h–1.
Ebenso kann bei einem Flüssigphasenverfahren
die stündliche
Gewichts-Raumgeschwindigkeit ("weight
hourly space velocity",
WHSV) der Olefinkomponente über
einen weiten Bereich schwanken, ist jedoch normalerweise größer als
etwa 0,01 g Olefin pro g Katalysator pro Stunde (h–1),
vorzugsweise größer als
etwa 0,05 h–1,
und mehr bevorzugt größer als
etwa 0,1 h–1.
Normalerweise ist die WHSV des Olefins kleiner als etwa 100 h–1,
vorzugsweise kleiner als etwa 50 h–1,
und mehr bevorzugt kleiner als etwa 20 h–1.
Die stündlichen
Gas- und Gewichtsraumgeschwindigkeiten der Komponenten Sauerstoff,
Wasserstoff und Verdünnungsmittel
können
aus der Raumgeschwindigkeit des Olefins unter Berücksichtigung
der gewünschten
relativen Molverhältnisse
ermittelt werden.
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Wenn
ein Olefin mit mindestens drei Kohlenstoffatomen mit Sauerstoff
in Gegenwart von Wasserstoff und dem hier vorstehend beschriebenen
Katalysator in Berührung
gebracht wird, wird das entsprechende Olefinoxid (Epoxid) mit guter
Produktivität
hergestellt. Das am meisten bevorzugte erzeugte Olefinoxid ist Propylenoxid.
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Die
Umwandlung von Olefin bei dem Verfahren dieser Erfindung kann je
nach den speziell verwendeten Verfahrensbedingungen schwanken, einschließlich des
speziellen Olefins, der Temperatur, des Drucks, der Molverhältnisse
und der Form des Katalysators. Im vorliegenden Zusammenhang ist
der Begriff "Umwandlung" definiert als Molprozent
Olefin, das zu Produkten umgesetzt wird. Im Allgemeinen erhöht sich
die Umwandlung mit steigender Temperatur und steigendem Druck und
nimmt mit steigender Raumgeschwindigkeit ab. Normalerweise ist die
Olefinumwandlung größer als
etwa 0,02 Molprozent und vorzugsweise größer als etwa 0,10 Molprozent,
und mehr bevorzugt größer als
etwa 0,20 Prozent.
-
Ebenso
kann die Selektivität
zu Olefinoxid je nach den speziell verwendeten Verfahrensbedingungen schwanken.
Im vorliegenden Zusammenhang ist der Begriff "Selektivität" definiert als Molprozent umgesetztes Olefin,
das ein besonderes Produkt, wünschenswerterweise
das Olefinoxid, bildet. Im Allgemeinen wird die Selektivität zu Olefinoxid
mit steigender Temperatur abnehmen und mit steigender Raumgeschwindigkeit
zunehmen. Das Verfahren dieser Erfindung erzeugt Olefinoxide in
unerwartet hoher Selektivität.
Eine typische Selektivität
zu Olefinoxid ist bei diesem Verfahren größer als etwa 60 Molprozent,
vorzugsweise größer als
etwa 75 Molprozent, und mehr bevorzugt größer als etwa 90 Molprozent.
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Neben
dem gebildeten Epoxid wird auch Wasser als Nebenprodukt des Verfahrens
dieser Erfindung gebildet. Zusätzlich
kann Wasserstoff direkt zu Wasser umgesetzt werden. Demnach kann
es wünschenswert sein,
ein möglichst
niedriges Wasser/Olefinoxid-Molverhältnis zu erhalten. Bei bevorzugten
Ausführungsformen
dieser Erfindung ist das Wasser/Olefinoxid-Molverhältnis normalerweise
größer als
etwa 1/1, aber kleiner als etwa 75/1, und vorzugsweise kleiner als
etwa 50/1, und mehr bevorzugt kleiner als etwa 20/1.
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Wenn
die Aktivität
des Katalysators auf einen inakzeptabel niedrigen Wert abgenommen
hat, kann der Katalysator regeneriert werden. Es kann jedes dem
Fachmann bekannte Katalysatorregenerationsverfahren auf den Katalysator
dieser Erfindung angewandt werden, vorausgesetzt, der Katalysator
wird für
das hier beschriebene Oxidationsverfahren reaktiviert. Bei einem
Regenerationsverfahren wird der deaktivierte Katalysator in einem
Regenerationsgas, das Sauerstoff und gegebenenfalls ein inertes
Gas enthält,
auf eine Temperatur zwischen etwa 150°C und etwa 500°C erwärmt. Bei
einer alternativen Ausführungsform
wird vorteilhafterweise Wasser in einer Menge von vorzugsweise im
Bereich von etwa 0,01 bis etwa 100 Molprozent zum Regenerationsgas
gegeben.
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Die
Erfindung wird weiter durch eine Betrachtung der folgenden Beispiele
verdeutlicht, die rein beispielhaft für die Verwendung der Erfindung
sein sollen. Weitere Ausführungsformen
der Erfindung werden für den
Fachmann aus einer Betrachtung dieser Beschreibung oder der Praxis
der hierin offenbarten Erfindung offensichtlich werden. Wenn nicht
anders angegeben, sind alle Prozentsätze auf einer Molprozentbasis
angegeben.
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BEISPIELE
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Beispiel 1. (Nicht erfindungsgemäß)
-
Silbernitrat
(1,1720 g) wurde in Wasser (30 cm3) gelöst. Titandioxid
(Alfa/Aesar-Anatas,
15,01 g) wurde der Silberlösung
zugegeben, und die Mischung wurde 1,5 Stunden bei Raumtemperatur
gerührt.
Dann wurde die Mischung über
Nacht bei 110°C
getrocknet. Das getrocknete Material wurde zerkleinert, dann unter
einem Gemisch von Sauerstoff (20 Prozent) in Helium wie folgt kalziniert.
Die Temperatur wurde in 8 Stunden von Raumtemperatur auf 500°C erhöht und unter
dem Sauerstoff/Helium-Gemisch 5 Stunden auf 500°C gehalten. Danach wurde die
Probe auf Raumtemperatur gekühlt.
Das kalzinierte Material wurde von Raumtemperatur über 4 Stunden
in einem Gemisch von Wasserstoff (5 Prozent) in Helium auf 300°C erwärmt und
4 Stunden unter dem Wasserstoffgemisch auf 300°C gehal ten. Die Probe wurde
auf Raumtemperatur gekühlt,
um einen Katalysator zu ergeben, der Silber auf Titandioxid umfasst.
-
Der
hier vorstehend hergestellte Katalysator wurde bei der Wasseroxidation
von Propylen zu Propylenoxid getestet. Der Katalysator (5 g) wurde
in einen 10 cm
3 fassenden Durchflussreaktor
mit Festbett mit Helium-, Sauerstoff-, Wasserstoff- und Propylenströmen beschickt.
Der Gesamtdurchsatz betrug 150 cm
3/min (oder
GHSV 1.800 h
–1).
Die Zusammensetzung des Aufgabestroms war 11 Prozent Wasserstoff,
10 Prozent Sauerstoff, 30 Prozent Propylen und der Rest Helium.
Propylen, Sauerstoff und Helium wurden als reine Ströme verwendet;
Wasserstoff wurde mit Helium in einem Gemisch von 20 H
2/80
He (v/v) gemischt. Der Druck war Atmosphärendruck; die Reaktortemperatur
betrug 70°C.
Die Produkte wurden unter Verwendung eines prozessgekoppelten Gaschromatographen
(Chrompack
TM Poraplot
TM S-Säule, 25
m) mit den in Tabelle I gezeigten Ergebnissen analysiert. Tabelle
I. Direkte Oxidation von Propylen (PP) zu Propylenoxid (PO) über Ag/TiO
2-Katalysator
(a) - (a) Aufgabestrom (Mol%): 11% H2, 10% O2, 30% Propylen,
Rest Helium; Durchsatz 155 cm3/min, 70°C; Atmosphärendruck;
5 Gew.-% Ag auf TiO2.
-
Der
Katalysator wurde durch Erwärmung
auf 350°C
in einem Strom von Sauerstoff (15 Prozent) in Helium für 2 Stunden
regeneriert. Der regenerierte Katalysator wurde bei der Oxidation
von Propylen mit den in Tabelle I gezeigten Ergebnissen erneut getestet.
-
Es
zeigt sich, dass eine Zusammensetzung, die Silber auf Titandioxid
umfasst, die Wasseroxidation von Propylen zu Propylenoxid katalysieren
kann. Die Katalysatorselektivität
zu Propylenoxid verbesserte sich nach der Regeneration.
-
Beispiel 2. (Nicht erfindungsgemäß)
-
Ein
Katalysator wurde auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt.
Die folgenden Mengen von Reagenzien wurden verwendet: Titandioxid
(Degussa P25 Anatas, 15,00 g), Silbernitrat (1,1358 g) und Wasser (60
cm3). Der Katalysator wurde bei der Wasseroxidation
von Propylen zu Propylenoxid mit den in Tabelle I gezeigten Ergebnissen
getestet. Der Katalysator wurde durch Erwärmung auf 350°C in einem
Strom von Sauerstoff (15 Prozent) in Helium für 2 Stunden regeneriert. Der
regenerierte Katalysator wurde bei der Oxidation von Propylen mit
den in Tabelle I gezeigten Ergebnissen erneut getestet.
-
Es
zeigt sich, dass eine Zusammensetzung, die Silber auf Titandioxid
umfasst, die Wasseroxidation von Propylen zu Propylenoxid katalysieren
kann. Die Katalysatorselektivität
und die Wasserstoffeffizienz, gemessen anhand des Wasser/Propylenoxid-Molverhältnisses,
verbessern sich, wenn ein Degussa-Titandioxid im Gegensatz zu dem Alfa/Aesar-Titandioxid
verwendet wird. Der Katalysator verbessert sich auch nach der Regeneration.
-
Beispiel 3 (a-c). (Nicht
erfindungsgemäß)
-
Drei
Katalysatoren, die Silber auf Titandioxid umfassten, wurden auf
die in Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt. Die verwendeten
Mengen an Titandioxid (Degussa P25 Titandioxid) waren wie folgt:
(a) 14,94 g; (b) 15,06 g; (c) 15,00 g. Die verwendeten Mengen an
Silbernitrat waren wie folgt: (a) 1,1238 g; (b) 2,2706 g; (c) 3,4053
g. Wasser (60 cm
3) wurde bei jeder Herstellung
verwendet. Die Elementaranalyse, zum Beispiel durch Neutronenaktivierungsanalyse
(NAA), war bei 3(a) folgendermaßen:
3,95 Gewichtsprozent Silber; 0,29 Gewichtsprozent Natrium; und 55,4
Gewichtsprozent Titan. (Es wurde festgestellt, dass das verwendete
Titandioxid 0,27 Prozent Natrium enthielt.) Die Silberkonzentration
bei den Beispielen 3(b) und 3(c) waren ungefähr 10 und 15 Gewichtsprozent.
Die Katalysatoren wurden bei der Wasseroxidation von Propylen zu
Propylenoxid auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise mit den in
Tabelle II gezeigten Ergebnissen getestet. Tabelle
II. Propylen (PP) zu Propylenoxid (PO) über Ag/TiO
2-Katalysator
(a) - (a) Aufgabestrom (Mol%): 11% Wasserstoff,
10% Sauerstoff, 30% Propylen, Rest Helium; Durchsatz 150 cm3/min; Atmosphärendruck.
-
Beispiel 4. (Nicht erfindungsgemäß)
-
Vier
Katalysatoren (4a-d) wurden hergestellt, um die Wirkung der Silberbeladung
mit Hilfe eines mit Magnesium aktivierten Silbers auf Titandioxidkatalysator
zu testen. Zur Herstellung der Katalysatoren wurde Titandioxid vom
Typ Degussa P25 verwendet. Die Mengen der Reaktionspartner sind
in Tabelle III dargestellt. Die Menge an Magnesiumnitrat wurde in
jeder Probe konstant gehalten. Das Atomverhältnis von Magnesium zu Silber
war also bei jeder Probe anders.
-
Tabelle
III. Für
Ag und Mg auf TiO
2 verwendete Reagenzien
-
Das
Silbernitrat und Magnesiumnitrat wurden in Wasser (60 cm3) gelöst.
Das Titandioxid wurde der Silber- und Magnesiumlösung zugegeben, und die Lösung wurde
1 Stunde bei Raumtemperatur gerührt.
Der Kolben, der das Gemisch ent hielt, wurde bei 110°C über Nacht
in einen Trockenofen gegeben. Das resultierende getrocknete Material
wurde zerkleinert und dann in 8 Stunden von Raumtemperatur auf 500°C kalziniert und
5 Stunden in einem Gemisch von Sauerstoff (20 Prozent) in Helium
auf 500°C
gehalten. Das kalzinierte Material wurde auf Raumtemperatur gekühlt, dann
in 4 Stunden in einem Gemisch von Wasserstoff (5 Prozent) in Helium
von Raumtemperatur auf 300°C
erwärmt
und 4 Stunden auf 300°C
gehalten.
-
Die
Katalysatoren wurden bei der Wasseroxidation von Propylen zu Propylenoxid
auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise mit den in Tabelle IV gezeigten
Ergebnissen getestet. Tabelle
IV. Propylen (PP) zu Propylenoxid (PO) über Ag(Mg)/TiO
2-Katalysator
(a) - (a) Aufgabestrom (Mol%): 11% Wasserstoff,
10% Sauerstoff, 30% Propylen, Rest Helium; Durchsatz 150 cm3/min; Atmosphärendruck
-
Wenn
die Angaben in Beispiel 4 mit den Angaben bei den Experimenten 1-3
verglichen werden, zeigt sich, dass der Magnesiumpromotor die Katalysatorleistung
hinsichtlich der Umwandlung von Propylen und der Selektivität zu Propylenoxid
verbesserte. Außerdem
verringerte sich das Wasser/Propylenoxid-Molverhältnis, wenn das Promotorelement
verwendet wurde.
-
Beispiel 5. (Nicht erfindungsgemäß)
-
Acht
Katalysatoren wurden hergestellt, um die Wirkung von verschiedenen
Promotoren (P) mit einem Katalysator, der Silber auf Titandioxid
(Degussa P25) umfasste, zu testen. Die Reagenzien und die Mengen, die
jeweils bei der Herstellung verwendet wurden, sind in Tabelle V
gezeigt. Das Silber wurde konstant bei etwa 5 Gewichtsprozent auf
Titandioxid gehalten. Die Menge des Promotornitrats wurde bei jeder
Probe konstant gehalten. Dies änderte
das Atomverhältnis
von Promotor zu Silber (P/Ag) bei jeder Probe, wie in Tabelle V
gezeigt. Das Herstellungsverfahren war ähnlich wie in Beispiel 4, mit
der Ausnahme, dass das Kalzinierungsprofil folgendermaßen war:
Kalziniert in 4 Stunden von Raumtemperatur auf 500°C und 5 Stunden
in 20 Prozent Sauerstoff in Helium auf 500°C gehalten. Dann wurden die
Materialien auf 80°C
gekühlt,
in 4 Stunden in 5 Prozent Wasserstoff in Helium von 80°C auf 300°C erwärmt und
4 Stunden auf 300°C
gehalten. Die Elementaranalyse, zum Beispiel durch NAA, war bei
5(a) folgendermaßen:
4,17 Prozent Silber; 1,03 Prozent Natrium und 54,4 Prozent Titan,
als Gewichtsprozentsätze.
Die Transmissions-Elektronenmikroskopie zeigte, dass die Silberkristallite
größenmäßig im Bereich
von 15-90 Å in
dem frischen Katalysator lagen, wobei sie einen durchschnittlichen
Durchmesser von 44 Å hatten.
-
Tabelle
V. Reagenzien, die für
Ag und (Promotor) auf TiO
2 verwendet wurden
-
Die
Katalysatorproben 5a-5h wurden bei der Wasseroxidation von Propylen
zu Propylenoxid auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise mit den
in Tabelle VI gezeigten Ergebnissen getestet. Tabelle
VI. Ag(P)/TiO
2 Reaktionsfähigkeit
bei verschiedenen Temperaturen
- (a)
Aufgabestrom (Mol%): 11% Wasserstoff, 10% Sauerstoff, 30% Propylen,
Rest Helium; Katalysator: 5% Ag (P)/TiO2;
Durchsatz 150 cm3/min; Atmosphärendruck.
-
Es
zeigt sich, dass Zusammensetzungen, die Silber, ein Promotorelement,
ausgewählt
aus Gruppe 1, Gruppe 2 oder den Lanthaniden, und Titandioxid umfassen,
bei der Wasseroxidation von Propylen zu Propylenoxid als Katalysatoren
wirkten. Wenn Beispiel 5 mit den Beispielen 1 und 2 verglichen wird,
zeigt sich, dass die Zugabe des Promotors die Umwandlung und die
Selektivität
erhöhte
und die Wasserstoffeffizienz des Verfahrens verbesserte.
-
Die
Katalysatoren 5a-5d und 5g-h wurden durch Erwärmung auf 350°C in einem
Gemisch von Sauerstoff (10 Prozent) in Helium regeneriert. Nach
der Regeneration wurden die Katalysatoren bei der Wasseroxidation
von Propylen mit den in Tabelle VI gezeigten Ergebnissen getestet.
Unter ähnlichen
Verfahrensbedingungen zeigten die regenerierten Katalysatoren eine
Aktivität
und Selektivität,
die mit denjenigen der frischen Katalysatoren vergleichbar oder
besser waren.
-
Die
Aktivität
der Katalysatoren 5a und 5b nach der Regeneration wurde in Abhängigkeit
von der Zeit mit den in Tabelle VII gezeigten Ergebnissen überwacht. Tabelle
VII. Aktivität
der regenerierten Katalysatoren 5a und 5b
(a) - (a) Aufgabestrom (Mol%): 11% Wasserstoff,
10% Sauerstoff, 30% Propylen, Rest Helium; 80°C; Durchsatz 150 cm3/min;
Atmosphärendruck.
-
Es
ist in Tabelle VII zu sehen, dass die regenerierten Katalysatoren
5(a) und 5(b) über
eine Laufzeit von 18 Stunden eine hohe Selektivität zu Propylenoxid
und eine gute Umwandlung von Propylen bewahrten.
-
Der
Katalysator 5(a), der mit Natrium aktiviertes Silber auf Titandioxid
umfasste, wurde ein zweites Mal durch Erwärmung auf 350°C in einem
Gemisch aus Sauerstoff (10 Prozent) in Helium regeneriert. Der Katalysator
wurde nach dieser Regeneration bei dem Wasseroxidationsverfahren
bei verschiedenen Temperaturen mit den in Tabelle VIII gezeigten
Ergebnissen getestet. Tabelle
VIII. Aktivität
des Katalysators 5(a) nach zwei Regenerationen
(a) - a) Aufgabestrom (Mol%): 11% Wasserstoff,
10% Sauerstoff, 30% Propylen, Rest Helium; Katalysator 5a: 5% Ag
(P)/TiO2; Durchsatz 150 cm3/min;
Atmosphärendruck.
-
Es
ist in Tabelle VIII zu sehen, dass der Natrium-aktivierte Silberkatalysator,
der zweimal regeneriert worden war, nach jeder Regeneration eine
gute Umwandlung und eine hohe Selektivität bewahrte. Der Katalysator
war bei 110°C
aktiv und selektiv. Die Elementaranalyse, zum Beispiel durch NAA
bei 5(a) nach der Verwendung, war folgendermaßen: 4,10 Prozent Silber; 1,07
Prozent Natrium; und 55,0 Prozent Titan, als Gewichtsprozentsätze.
-
Herstellung von Titanosilicalit
TS-1 mit Si/Ti = 100
-
Tetraethylorthosilicat
(Fisher TEOS, 832,5 g) wurde in ein 4 Liter fassendes Becherglas
aus Edelstahl abgewogen und 30 Minuten mit Stickstoffgas besprengt.
Titan-n-butoxid (DuPont, Ti(O-n-Bu)4) wurde
aus einer Spritze in das Silicat eingespritzt. Das Gewicht des Titan-n-butoxids,
das dem TEOS zugegeben wurde, betrug 14,07 g, ermittelt durch Differenzbildung.
Es bildete sich eine klare gelbe Lösung. Die Lösung wurde erwärmt und
unter Stickstoff etwa 3 Stunden gerührt. Die Temperatur schwankte
von 50°C
bis 130°C.
Die Lösung
wurde dann in einem Eisbad abgeschreckt.
-
Eine
Lösung
von 40 Gewichtsprozent Tetrapropylammoniumhydroxid (TPAOH, 710,75
g) wurde in eine Polyethylenflasche abgewogen, die mit einem Deckel
verschlossen und in ein Eisbad gegeben wurde. Das TPAOH wurde der
abgeschreckten TEOS-Lösung
unter kräftigem
Rühren
durch ein oben aufgehängtes Rührwerk zugetropft.
Nachdem die Hälfte
des TPAOH zugegeben worden war, wurde die TEOS-Lösung trüb und begann, einzudicken.
Innerhalb von fünf
Minuten gefror die Lösung
vollständig.
Zu diesem Zeitpunkt wurde der Rest TPAOH zugegeben, das Gel wurde
mit einem Spatel aufgebrochen und das Rühren wurde wieder aufgenommen.
Entionisiertes Wasser (354 g) wurde zugegeben und die Lösung wurde
auf Raumtemperatur erwärmt.
Nach 5 Stunden hatten sich die Feststoffe weitgehend gelöst, und
eine zusätzliche
Menge an entionisiertem Wasser (708 g) wurde zugegeben. Das Rühren wurde über Nacht
fortgesetzt und ergab ein klares gelbes Synthesegel, das keine Feststoffe
enthielt.
-
Das
Synthesegel wurde in einen 1 Gallone (3,785 Liter) fassenden Autoklaven
aus Edelstahl gegossen und verschlossen. Der Autoklav wurde auf
120°C und
dann allmählich
auf 160°C
erwärmt,
wo er 6 Tage gehalten wurde. Der Reaktorinhalt wurde die ganze Zeit über gerührt. Am
Ende der Reaktionszeit wurde der Autoklav gekühlt, und es wurde eine milchig-weiße Suspension
gewonnen. Die Feststoffe wurden gewonnen, gewaschen, zentrifugiert
und in entionisiertem Wasser resuspendiert. Die Feststoffe wurden
filtriert, bei Raumtemperatur getrocknet, langsam auf 550°C erwärmt und
bei dieser Temperatur 8 Stunden kalziniert.
-
Es
zeigte sich, dass der Feststoff eine MFI-Struktur hatte, was durch
XRD ermittelt wurde. Raman-Spektren zeigten keinerlei kristallines
Titandioxid. Es wurde ein Si/Ti-Atomverhältnis von 100 festgestellt, gemessen
durch Röntgenfluoreszenz
(XRF). Ausbeute an Titansilicalit: 106 g.
-
Beispiel 6. (Nicht erfindungsgemäß)
-
Der
Titanosilicat-TS-1-Träger,
hergestellt wie oben beschrieben, wurde mit Silber und Natrium-Promotor
auf die in Beispiel 5(a) beschriebene Weise beladen. Die verwendeten
Reagenzien waren die folgenden: TS-1-Träger (5,25 g); Silbernitrat
(0,3833 g); Natriumnitrat (0,1590 g). Das Natrium/Silber-Atomverhältnis war 0,83.
Der hergestellte Katalysator wurde bei der Wasseroxidation von Propylen
zu Propylenoxid mit den in Tabelle IX gezeigten Ergebnissen getestet. Tabelle
IX. Aktivität
von Silber (Natrium-aktiviert) auf Ti-haltigen Trägern
(a) - (a) Aufgabestrom (Mol%): 11% Wasserstoff,
10% Sauerstoff, 30% Propylen, Rest Helium; Katalysator 6: 5% Ag
(Na)/TS-1; Katalysator 7: 5% Ag(Na)/Ti/SiO2;
Durchsatz 150 cm3/min; Atmosphärendruck.
-
Es
zeigt sich, dass ein Katalysator, der Silber und Natrium auf Titanosilicat
TS-1 umfasst, bei der Wasseroxidation von Propylen zu Propylenoxid über die
Laufzeit von mehr als 5 Stunden aktiv und selektiv ist. Der Katalysator
von Beispiel 6 wurde durch Erwärmung
auf 350°C
in einem Gemisch von Sauerstoff (14 Prozent) in Helium und Halten
auf 350°C
für 1 Stunde
regeniert. Der regenerierte Katalysator wurde bei der Wasseroxidation
von Propylen zu Propylenoxid auf die in Beispiel 1 beschriebene
Weise getestet. Der regenerierte Katalysator blieb während einer
gesamten Laufzeit von 9 Stunden aktiv. Nach 9 Stunden betrug die
Umwandlung von Propylen bei 100°C
0,070 Prozent und die Selektivität
zu Propylenoxid betrug 93,8 Prozent. Das Molverhältnis von Wasser zu Propylenoxid
war 25,6.
-
Beispiel 7. (Nicht erfindungsgemäß)
-
Es
wurde ein Katalysator hergestellt, der Silber und Natrium auf einem
Träger
aus Titan verteilt auf Siliciumdioxid umfasste. Der Träger wurde
von der PQ Corporation bezogen und umfasste Siliciumdioxidkügelchen
(Xerogel-Siliciumdioxidkügelchen
mit 4 mm Durchmesser) auf denen Titan aufgebracht war. Der Träger wurde
bei 600°C
in Stickstoff vorbehandelt und 1 Stunde gehalten und dann bei 600°C in einem
Sauerstoff(10%)-Gemisch in Helium vier Stunden kalziniert. Der Träger wurde
dann gekühlt,
zerkleinert und mit Silber und Natrium beladen, wie in Beispiel
5(a) beschrieben. Die Mengen der Reagenzien waren die folgenden: Ti/Siliciumdioxid-Träger, 5,26
g; Silbernitrat, 0,3877 g; Natriumnitrat, 0,1604 g. Das Natrium/Silber-Atomverhältnis war
0,83.
-
Der
Katalysator wurde bei der Wasseroxidation von Propylen zu Propylenoxid
mit den in Tabelle IX gezeigten Ergebnissen wie in Beispiel 1 beschrieben
getestet. Es zeigt sich, dass ein Katalysator, der Silber und Natrium
auf einem Träger
aus Titan verteilt auf Siliciumdioxid umfasst, bei der Wasseroxidation
von Propylen zu Propylenoxid aktiv und selektiv war. Bei 90°C betrug
die Umwandlung von Propylen 0,038 Prozent bei einer Selektivität zu Propylenoxid
von 85,7 Prozent.
-
Beispiel 8. (Erfindungsgemäß)
-
Es
wurde ein Katalysator hergestellt, um die Wirkung von Gold mit Silber
und Natrium auf Titandioxid zu testen. Chlorogoldsäure [0,3767
g HAuCl4·xH2O
(49,28% Au)] wurde in Wasser (800 ml) gelöst und auf 70°C erwärmt. Der
pH-Wert der Lösung
wurde mit Natriumcarbonat auf 7,5 eingestellt. Als Nächstes wurde
der Lösung
Titandioxid (15,04 g TiO2 vom Typ Degussa
P25) zugegeben, und der pH-Wert
wurde mit Natriumcarbonat auf 7,5 eingestellt. Die Mischung wurde
1 Stunde bei 70°C
gerührt,
dann auf Raumtemperatur gekühlt. Die
Feststoffe wurden filtriert. Die Feststoffe wurden in Wasser (500
cm3) resuspendiert und 5 Minuten gerührt, dann
filtriert. Die Feststoffe wurden bei 110°C 4 Stunden getrocknet, dann
zu einem Pulver zerkleinert. Dieses Material von Gold auf Titandioxid
wurde einer Wasserlösung
(60 cm3) zugegeben, die Silbernitrat (1,1230
g) und Natriumnitrat (0,4856 g) enthielt. Die Mischung wurde 1 Stunde
bei Raumtemperatur gerührt.
Der Kolben, der das Gold auf Titandioxid und die Silber- und Natriumlösung enthielt,
wurde über
Nacht bei 110°C
in einen Ofen gegeben, um das Material zu trocknen. Das getrocknete
Material wurde zerkleinert und dann in 4 Stunden von Raumtemperatur
auf 500°C
kalziniert und 5 Stunden in Sauerstoff (20 Prozent) in Helium auf
500°C gehalten.
Die Materialien wurden auf 80°C
gekühlt,
dann in 4 Stunden in Wasserstoff (5 Prozent) in Helium von 80°C auf 300°C erwärmt und
4 Stunden auf 300°C
gehalten, um einen Katalysator der Erfindung zu ergeben. Die Elementaranalyse,
zum Beispiel durch NAA, für
den frischen Katalysator dieses Beispiels war folgendermaßen: 4,04
Prozent Silber; 0,85 Prozent Gold; 1,10 Prozent Natrium; und 54,3
Prozent Titan, als Gewichtsprozentsätze.
-
Der
Katalysator wurde bei der Wasseroxidation von Propylen zu Propylenoxid
mit den in Tabelle X gezeigten Ergebnissen wie in Beispiel 1 beschrieben
getestet. Tabelle
X. 4% Ag und 0,9% Au und Na auf TiO
2 - (a) Aufgabestrom (Mol%): 11% Wasserstoff,
10% Sauerstoff, 30% Propylen, Rest Helium; Durchsatz 150 cm3/min; Atmosphärendruck.
-
Aus
Tabelle X ist ersichtlich, dass ein Katalysator, der Silber, Gold
und Natrium auf Titandioxid umfasst, bei der Wasseroxidation von
Propylen zu Propylenoxid aktiv und selektiv ist. Auch die Wasserstoffeffizienz
ist gut.
-
Beispiel 9. (Nicht erfindungsgemäß)
-
Zehn
Katalysatoren wurden hergestellt, um die Wirkung sowohl der Silberbeladung
als auch der Natriumbeladung auf das Titandioxid (Degussa P25) zu
testen. Bei einem Satz von Katalysatoren wurde die Silberbeladung
konstant auf etwa 5 Gewichtsprozent gehalten. Bei dem anderen Satz
von Katalysatoren wurde die Natriumbeladung konstant auf etwa 1,6
Gewichtsprozent gehalten. Die Reagenzien und die Mengen, die jeweils
bei der Herstellung verwendet wurden, sind in Tabelle XI gezeigt.
Das Herstellungsverfahren war ähnlich
wie in Beispiel 4, mit der Ausnahme, dass das Kalzinierungsprofil
folgendermaßen
war: Kalziniert in 4 Stunden von Raumtemperatur auf 500°C und 4 Stunden
in 20 Prozent Sauerstoff in Helium auf 500°C gehalten. Dann wurden die
Materialien auf Raumtemperatur gekühlt, in 4 Stunden in 5 Prozent
Wasserstoff in Helium von Raumtemperatur auf 300°C erwärmt und 4 Stunden auf 300°C gehalten.
-
Tabelle
XI. Reagenzien, die für
Ag und Na auf P25 TiO
2 verwendet wurden
-
Die
Katalysatorproben 9a-9j wurden bei der Wasseroxidation von Propylen
zu Propylenoxid auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise mit den
in Tabelle XII gezeigten Ergebnissen getestet. Tabelle
XII. Ag(P)/TiO
2 Reaktionsfähigkeit
bei verschiedenen Temperaturen
(a) - (a)
Aufgabestrom (Mol%): 11% Wasserstoff, 10% Sauerstoff, 30% Propylen,
Rest Helium; Katalysator: Ag (Na)/TiO2;
Durchsatz 150 cm3/min; Atmosphärendruck;
-
Es
zeigt sich, dass Zusammensetzungen, die Silber, einen Promotor,
ausgewählt
aus Gruppe 1, Gruppe 2 oder den Lanthaniden, und Titandioxid umfassen,
bei der Wasseroxidation von Propylen zu Propylenoxid als Katalysatoren
wirken. Wenn Beispiel 9 mit den Beispielen 1 und 2 verglichen wird,
zeigt sich, dass die Zugabe des Promotors die Umwandlung und die
Selektivität
erhöht
und die Wasserstoffeffizienz des Verfahrens verbessert. Wenn eine
höhere
Menge Natrium verwendet wurde, ergab eine geringere Menge [etwa
1 Gewichtsprozent] Silber einen aktiven Katalysator, wie bei 9f.
-
Die
Katalysatoren 9f-9j wurden durch Erwärmung auf 400°C in einem
Gemisch von Sauerstoff (10 Prozent) und Wasser (1,5 Prozent) in
Helium regeneriert. Unter ähnlichen
Verfahrensbedingungen zeigten die regenerierten Katalysatoren eine
Aktivität
und Selektivität,
die mit denjenigen der frischen Katalysatoren vergleichbar oder
besser waren, wie in Tabelle XII gezeigt.
-
Beispiel 10. (Nicht erfindungsgemäß)
-
Der
Katalysator von 9g wurde auch bei der Wasseroxidation von trans-2-Buten
zu 2,3-Butylenoxid verwendet. Der Katalysator (5 g) wurde in einen
10 cm
3 fassenden Durchflussreaktor mit Festbett
mit Strömen von
Helium, Sauerstoff, Wasserstoff und trans-2-Buten gegeben. Der Gesamtdurchsatz
betrug 100 cm
3/min (oder GHSV 1.200 h
–1).
Die Zusammensetzung des Aufgabestroms war 6,4 Prozent Wasserstoff,
7,6 Prozent Sauerstoff, 30 Prozent trans-2-Buten und der Rest Helium.
Trans-2-Buten und Helium wurden als reine Ströme verwendet; Wasserstoff wurde
mit Helium in einem Gemisch von 20 H
2/80
He (v/v) gemischt; Sauerstoff wurde mit Helium in einem Gemisch
von 20 O
2/80 He (v/v) gemischt. Der Druck
war Atmosphärendruck;
die Temperaturen sind in Tabelle XIII gezeigt. Die Produkte wurden
unter Verwendung eines prozessgekoppelten Gaschromatographen (Chrompack
TM Poraplot
TM S-Säule, 25
m) mit den in Tabelle XIII gezeigten Ergebnissen analysiert. Der
Katalysator wurde durch Erwärmung
auf 350°C
in einem Strom von Sauerstoff (13 Prozent) in Helium von 75 cm
3/min (GHSV 900-h
–1)
etwa 12 Stunden regeneriert. Der regenerierte Katalysator wurde
bei der Oxidation von trans-2-Buten mit den in Tabelle XIII gezeigten
Ergebnissen erneut getestet. Tabelle
XIII. Direkte Oxidation von trans-2-Buten (BB) zu 2,3-Butenoxid
(BO) über
Ag(Na)/TiO
2-Katalysator
(a) - (a) Aufgabestrom (Mol%): 6,4% Wasserstoff,
7,6% Sauerstoff, 30% trans-2-Buten, Rest Helium; Durchsatz 100 cm3/min; Atmosphärendruck.
-
Aus
Tabelle XIII ist ersichtlich, dass ein Katalysator, der Silber und
Natrium auf Titandioxid umfasst, bei der Wasseroxidation von trans-2-Buten
zu 2,3-Butenoxid aktiv und selektiv ist.
-
Beispiel 11. (Nicht erfindungsgemäß)
-
Fünf Katalysatoren
wurden hergestellt, um die Wirkung von gemischten Promotoren (P)
bei einem Katalysator, der Silber auf Titandioxid (Degussa P25)
umfasst, zu testen. Die Reagenzien und die Mengen, die jeweils bei
der Herstellung verwendet wurden, sind in Tabelle XIV gezeigt. Silber
und Natrium wurden auf dem Titandioxid konstant gehalten. Die Menge
des zweiten Promotornitrats wurde in jeder Probe konstant gehalten. Das
Herstellungsverfahren war ähnlich
wie in Beispiel 4, mit der Ausnahme, dass das Kalzinierungsprofil
folgendermaßen
war: Kalziniert von Raumtemperatur in 4 Stunden auf 500°C und 4 Stunden
in 20 Prozent Sauerstoff in Helium auf 500°C gehalten. Dann wurden die
Materialien auf 75°C
gekühlt,
in 4 Stunden in 5 Prozent Wasserstoff in Helium von 75°C auf 300°C erwärmt und
4 Stunden auf 300°C
gehalten.
-
Tabelle
XIV. Reagenzien, die für
Ag und (gemischten Promotor) auf P25 TiO
2 verwendet
wurden
-
Die
Katalysatorproben 11a-11e wurden bei der Wasseroxidation von Propylen
zu Propylenoxid auf die in Beispiel 1 beschriebene Weise mit den
in Tabelle XV gezeigten Ergebnissen getestet. Tabelle
XV. Reaktionsfähigkeit
von Ag (gemischter Promotor)/TiO
2 bei verschiedenen
Temperaturen
(a) - (a)
Aufgabestrom (Mol%): 11% Wasserstoff, 10% Sauerstoff, 30% Propylen,
Rest Helium; Durchsatz 150 cm3/min; Atmosphärendruck.
-
Es
zeigt sich, dass Zusammensetzungen, die Silber, eine Mischung von
Promotoren, ausgewählt
aus Gruppe 1, Gruppe 2 oder den Lanthaniden, und Titandioxid umfassen,
bei der Wasseroxidation von Propylen zu Propylenoxid als Katalysatoren
wirken. Wenn die Beispiele 11a-11e mit den Beispielen 1 und 2 und
den Beispielen 5c, d, e, g, h, verglichen werden, zeigt sich, dass
die Zugabe eines zweiten Promotors die Umwandlung und/oder die Selektivität erhöht und/oder
die Wasserstoffeffizienz des Verfahrens verbessert.
-
Die
Katalysatoren 11a-11e wurden durch Erwärmung auf 350°C in einem
Gemisch von Sauerstoff (10 Prozent) in Helium regeneriert. Unter ähnlichen
Verfahrensbedingungen zeigten die regenerierten Katalysatoren eine
Aktivität
und Selektivität,
die mit denjenigen der frischen Katalysatoren vergleichbar oder
besser waren.
-
Die
Aktivität
des Katalysators 11b nach der Regeneration wurde in Abhängigkeit
von der Zeit mit den in Tabelle XV gezeigten Ergebnissen überwacht.
-
Beispiel 12. (Nicht erfindungsgemäß)
-
Die
folgenden Mengen von Reagenzien wurden verwendet: Titandioxid (Degussa
Formed P25 Anatas, Träger
7701 4,5 × 4,5
mm Tabletten 92,5 g), Silbernitrat (7,0800 g), Natriumnitrat (3,0256
g) und Wasser (27 cm
3). Die Pellets wurden
mit der Lösung
imprägniert
und dann in der überschüssigen Lösung gedreht.
Das Material wurde bei 110°C
unter Mischen getrocknet, bis es trocken erschien, dann bei 110°C über Nacht
getrocknet. Das resultierende getrocknete Material wurde dann in
2 Stunden von Raumtemperatur auf 500°C kalziniert und 4 Stunden in
einem Gemisch von Sauerstoff (20 Prozent) in Helium auf 500°C gehalten.
Das kalzinierte Material wurde auf Raumtemperatur gekühlt, dann
in 4 Stunden in einem Gemisch von Wasserstoff (5 Prozent) in Helium
von Raumtemperatur auf 300°C
erwärmt
und 4 Stunden auf 300°C
gehalten. Der Katalysator wurde zerkleinert, und der Teil mit einer
Größe von 20-40
Mesh (0,84-0,42 mm) wurde bei der Wasseroxidation von Propylen zu
Propylenoxid mit den in Tabelle XVI gezeigten Ergebnissen getestet. Tabelle
XVI. Direkte Oxidation von Propylen (PP) zu Propylenoxid (PO) über Ag(Na)/TiO
2-Katalysator
(a) - (a) Aufgabestrom (Mol%): 7% H2,
7% O2, 30% Propylen, Rest Helium; Durchsatz
2000 cm3/min; 125°C; Druck 17,2 bar (250 psia);
5 Gew.-% Ag (Na) auf TiO2 20-40 Mesh.
-
Es
zeigt sich, dass eine Zusammensetzung, die Silber und Natrium auf
Titandioxid umfasst, die Wasseroxidation von Propylen zu Propylenoxid
bei 17,2 bar (250 psia) katalysieren kann.