EP2061596A1 - Catalysts from vpo precursors having a defined particle size distribution, production and use thereof - Google Patents

Catalysts from vpo precursors having a defined particle size distribution, production and use thereof

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EP2061596A1
EP2061596A1 EP07788271A EP07788271A EP2061596A1 EP 2061596 A1 EP2061596 A1 EP 2061596A1 EP 07788271 A EP07788271 A EP 07788271A EP 07788271 A EP07788271 A EP 07788271A EP 2061596 A1 EP2061596 A1 EP 2061596A1
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EP
European Patent Office
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catalyst
precursor
vpo
agglomerates
additive
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Withdrawn
Application number
EP07788271A
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Andreas Raichle
Cornelia Dobner
Gunter Scherhag
Thomas Grassler
Andreas Kern
Martin Karches
Peter Walzel
Karsten Monse
Gerhard Schaldach
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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    • B01J37/343Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation of ultrasonic wave energy

Definitions

  • the promoter components are added before, during or after the reaction of the vanadium pentoxide in the presence of the reducing organic solvent or with the phosphorus compound. Alternatively, it is possible to add it after completion of the precipitation (preferably at reduced temperature) and, if appropriate, a renewed heating.
  • the content of promoters is generally in total in the finished catalyst generally not more than about 5 wt .-%, each calculated as oxide.
  • the proportion of crystalline vanadyl pyrophosphate can be adjusted.
  • the catalysts of the invention can be used for the gas phase oxidation of hydrocarbons, in particular for the production of maleic anhydride by gas phase oxidation of hydrocarbons having at least four carbon atoms.
  • the process according to the invention can be carried out at a pressure below normal pressure (for example up to 0.05 MPa abs) or above normal pressure (for example up to 10 MPa abs). Preference is given to a pressure of 0.1 to 1.0 MPa abs, more preferably 0.15 to 0.7 MPa abs.
  • Catalyst precursor D-1 was prepared as in Example A-1, with the difference that instead of VPO precursor A, the significantly coarser VPO precursor D was used.
  • the catalyst prepared in this way was examined for its abrasion resistance (compare abrasion test) and its catalytic performance (see catalytic tests). The corresponding values are summarized in Table 5.
  • the preparation of the catalyst 3 was carried out as described in Example 1, with the difference that instead of the catalyst precursor A-1, the catalyst precursor A-2 was used.
  • the catalyst prepared in this way was examined for its abrasion resistance (compare abrasion test) and its catalytic performance (see catalytic tests). The corresponding values are summarized in Table 5. Due to the coarser SiO 2 species used, the catalyst shows a still acceptable, but not optimal abrasion resistance.
  • the preparation of the catalyst 5 was carried out as described in Example 1, with the difference that instead of the catalyst precursor A-1, the catalyst precursor C-1 was used.
  • the catalyst prepared in this way was examined for its abrasion resistance (compare abrasion test) and its catalytic performance (see catalytic tests). The corresponding values are summarized in Table 5. With good abrasion resistance, the yield of MSA achievable with this catalyst is clearly below the target value due to the encapsulation with SiC "2.

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Abstract

Disclosed are a catalyst precursor or catalyst and a method for the production thereof. According to said method, a) a suspension is produced which contains a vanadium, phosphorus, and oxygen-containing precursor (VPO precursor), the ultrasonically dispersed particles of which have an average diameter d<SUB>50, primary particles</SUB> of less than 1.3 µm in an aqueous solution and which are provided in the form of agglomerates having an average diameter d<SUB>50, agglomerates</SUB> of 2 to 20 µm in water, the average diameters of the primary particles and the agglomerates of the VPO precursor being determined by means of laser diffraction according to ISO 13320, b) the suspension is spray dried, and c) if necessary, the catalyst precursor obtained in step b) is transformed into the catalyst by means of a thermal treatment. Also disclosed is the use of said catalyst for gas phase oxidation of hydrocarbons.

Description

Katalysatoren aus VPO-Vorstufen mit definierter Teilchengrößenverteilung, deren Herstellung und Verwendung. Catalysts from VPO precursors with defined particle size distribution, their preparation and use.
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft Katalysatorvorstufen bzw. Katalysatoren, die erhältlich sind durch Sprühtrocknung einer Suspension, die eine Vanadium-, Phosphor- und Sauerstoff enthaltende Vorstufe (VPO-Vorstufe) enthält. Die so erhaltende Katalysatorvorstufe kann ggf. durch nachfolgende thermischer Behandlung in den Katalysator überführt werden. Die mit Ultraschall dispergierten Primärpartikel der VPO-Vorstufe weisen in wässriger Lösung einen mittleren Durchmesser dso, pnmarpamkei kleiner als 1 ,3 μm auf und liegen in Wasser in Form von Agglomeraten mit einem mittleren Durchmesser dso, Aggiomerate von 2 μm bis 20 μm vor. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zu Herstellung dieser Katalysatorvorstufen bzw. Katalysatoren und die Verwendung der Katalysatoren zur Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in Gegenwart der erfindungsgemäßen Katalysatoren. Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist eine VPO-Vorstufe, deren mit Ultraschall dispergierte Primärpartikel in wässriger Lösung einen mittleren Durchmesser dso, pnmarpamkei kleiner als 1 ,3 μm aufweisen und die in Wasser in Form von Agglomeraten mit einem mittleren Durchmesser dso, Aggiomerate von 2 μm bis 20 μm vorliegt, wobei die mittleren Durchmesser der Primärpartikel sowie der Aggiomerate der VPO-Vorstufe durch Laserbeugung nach ISO 13320 ermittelt werden.The present invention relates to catalyst precursors or catalysts obtainable by spray-drying a suspension containing a vanadium-, phosphorus- and oxygen-containing precursor (VPO precursor). The thus obtained catalyst precursor can optionally be converted into the catalyst by subsequent thermal treatment. The ultrasonically dispersed primary particles of the VPO precursor have an average diameter dso, pnmarpamkei less than 1.3 μm in aqueous solution and are present in water in the form of agglomerates with a mean diameter d 50, agglomerates of from 2 μm to 20 μm. Moreover, the present invention relates to processes for preparing these catalyst precursors or catalysts and to the use of the catalysts for the gas phase oxidation of hydrocarbons. The present invention further relates to a process for the preparation of maleic anhydride by gas phase oxidation of hydrocarbons having at least four carbon atoms in the presence of the catalysts of the invention. Another object of this invention is a VPO precursor whose ultrasonically dispersed primary particles in aqueous solution have a mean diameter dso, pnmarpamkei smaller than 1, 3 microns and in water in the form of agglomerates with a mean diameter dso, agglomerates of 2 microns to 20 microns, wherein the average diameter of the primary particles and the agglomerates of the VPO precursor by laser diffraction according to ISO 13320 are determined.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale des erfindungsgemäßen Gegenstands nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It is understood that the above-mentioned and below to be explained features of the subject invention can be used not only in the combination given but also in other combinations, without departing from the scope of the invention.
Vanadium-, Phosphor- und Sauerstoff enthaltende Katalysatoren (VPO-Katalysatoren) werden zur katalytischen Oxidation von geeigneten Kohlenwasserstoffen in der Gasphase eingesetzt (siehe Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition, 2000 electronic release, Chapter „Maleic and Fumaric Acids, Maleic Anhydride - Pro- duction"). Ein wichtiges Verfahren unter Einsatz solcher Katalysatoren ist die Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch Oxidation von C4-Kohlenwasserstoffen, die beispielsweise in Festbett- oder Wirbelschichtreaktoren erfolgen kann. Das Wirbelschichtverfahren ermöglicht eine bessere Wärmeabfuhr und damit die Verwendung höherer Kohlenwasserstoffkonzentrationen. Im Wirbelschichtverfahren werden die eingesetzten Katalysatoren jedoch starken mechanischen Beanspruchung ausgesetzt, was zu einem verstärkten Abrieb der Katalysatoren führt. In der Fachliteratur werden verschiedene Methoden zur Herstellung von VPO- Katalysatoren beschrieben, die zum Ziel haben, die Abriebsfestigkeit von VPO- Katalysatoren zu verbessern, damit diese für die Gasphasenoxidation im Wirbelbettverfahren einsetzbar sind.Vanadium-, phosphorus- and oxygen-containing catalysts (VPO catalysts) are used for the catalytic oxidation of suitable hydrocarbons in the gas phase (see Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6 th Edition, 2000 electronic release, Chapter "Maleic and Fumaric Acids, Maleic Anhydride An important process using such catalysts is the production of maleic anhydride by oxidation of C4 hydrocarbons, which can be carried out, for example, in fixed-bed or fluidized-bed reactors.The fluidized bed process enables better heat removal and thus the use of higher hydrocarbon concentrations However, fluidized bed processes, the catalysts used are exposed to strong mechanical stress, resulting in increased abrasion of the catalysts. The technical literature describes various methods for the preparation of VPO catalysts with the aim of improving the abrasion resistance of VPO catalysts, so that they can be used for gas-phase oxidation in the fluidized bed process.
Durch Imprägnierung können vorgeformte Trägermaterialien, die bereits eine hohe Abriebsfestigkeit aufweisen, mit einer katalytisch aktiven Masse getränkt werden. In US 4,455,434 wird beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung von VPO-Kataly- satoren durch Imprägnierung eines Trägermaterials mit einer Vanadiumalkoxid-Lösung und einer phosphorsäurehaltigen Lösung beschrieben. Solche Katalysatoren besitzen eine nicht zufriedenstellende Aktivität, da der Anteil der aktiven Masse im Vergleich zum Trägermaterial vergleichsweise gering ist.Impregnation allows preformed carrier materials, which already have a high abrasion resistance, to be impregnated with a catalytically active material. No. 4,455,434 describes, for example, a process for the preparation of VPO catalysts by impregnation of a support material with a vanadium alkoxide solution and a solution containing phosphoric acid. Such catalysts have an unsatisfactory activity, since the proportion of active material is relatively low compared to the support material.
In der Regel erfolgt die Herstellung von VPO-Katalysatoren durch Sprühtrocknung ei- ner Suspension einer Vanadium-, Phosphor- und Sauerstoff enthaltenden Vorstufe. Zur Erhöhung der Abriebsfestigkeit der VPO-Katalysatoren können vor der Sprühtrocknung Beimischungen von Partikeln mit ausreichender mechanischer Festigkeit, wie beispielsweise Siliziumdioxid, zugegeben werden. Durch geeignete Wahl der Größe der Partikel können hierbei sowohl eingebettete als auch gekapselte Katalysatoren herge- stellt werden.As a rule, the preparation of VPO catalysts is carried out by spray-drying a suspension of a vanadium, phosphorus and oxygen-containing precursor. To increase the abrasion resistance of the VPO catalysts, admixtures of particles having sufficient mechanical strength, such as, for example, silicon dioxide, may be added before the spray drying. By suitable choice of the size of the particles in this case both embedded and encapsulated catalysts can be produced.
Bei den eingebetteten Katalysatoren ist die zur Erzielung der Festigkeit erforderliche Spezies gleichmäßig über den gesamten Partikelquerschnitt des sprühgetrockneten Katalysators verteilt. Verfahren zur Herstellung solcher Katalysatoren sind in der DE-A-1 951 536 und der DE-A-1 966 418 offenbart. Die Erzielung einer hohen mechanischen Festigkeit wird durch einen hohen Anteil an Inertmaterial begünstigt, während die Aktivität des Katalysators durch einen hohen Aktivmassenanteil erhöht wird. In der Regel muss deshalb eine für den jeweiligen Einsatzzweck geeignete Balance zwischen diesen Eigenschaften gefunden werden.In the case of embedded catalysts, the species required to provide strength is distributed evenly throughout the particle cross-section of the spray-dried catalyst. Methods for preparing such catalysts are disclosed in DE-A-1 951 536 and DE-A-1 966 418. The achievement of a high mechanical strength is favored by a high proportion of inert material, while the activity of the catalyst is increased by a high proportion of active material. As a rule, a suitable balance between these properties must therefore be found for the respective application.
Bei gekapselten Katalysatoren befinden sich die inerten Partikel im wesentlichen in einer äußeren Schale des sprühgetrockneten Katalysatorteilchens, welche dadurch gebildet wird, dass die inerten Partikel mit der beim Sprühtrocknen verdampfenden Flüssigkeit an die Oberfläche des Katalysatorteilchens fließen und dort polymerisieren. Gekapselte Katalysatoren können beispielsweise durch die in EP-A-O 225 062,In the case of encapsulated catalysts, the inert particles are located substantially in an outer shell of the spray-dried catalyst particle which is formed by the inert particles flowing with the spray-drying liquid flowing to the surface of the catalyst particle and polymerizing there. Encapsulated catalysts can be prepared, for example, by the methods described in EP-A-0 225 062, US Pat.
US 5, 302, 566 oder US 6, 362, 128 beschriebenen Verfahren erhalten werden. Die Verkapselung durch die Bildung einer äußeren Schale aus Inertmaterial bietet Schutz gegen Abrieb, kann aber die Diffusion der Substrate durch die äußere Schale beeinträchtigen. Die Zugabe der schalenbildenden Inertpartikel kann zudem die Verarbei- tung während der Herstellung erschweren, da diese die Stabilität der Suspension der VPO-Katalysatorstufe herabsetzen, da schalenbildende Inertpartikel bereits in der Suspension zur Polymerisation und somit zu einem unerwünschten Anstieg der Viskosität neigen.US 5,302,566 or US 6,362,128. Encapsulation by the formation of an outer shell of inert material provides protection against abrasion, but may interfere with the diffusion of the substrates through the outer shell. In addition, the addition of the shell-forming inert particles can complicate the processing during the production, since these reduce the stability of the suspension of the VPO catalyst stage, since shell-forming inert particles already in the Suspension tend to polymerize and thus to an undesirable increase in viscosity.
Weitere Methoden zur Erhöhung der Abriebsfestigkeit von VPO-Katalysatoren beruhen auf einer Modifizierung der VPO-Vorstufe. So wird in US 4, 525, 471 ein Katalysator mit verbesserten mechanischen Eigenschaften erhalten, der durch a) Verdichten der VPO-Vorstufe durch Tablettierung oder Pelletierung; b) Zerkleinerung der verdichteten VPO-Vorstufe durch Vermählen auf eine Partikelgröße von weniger als 1 μm und c) anschließender Sprühtrocknung einer Suspension, welche die zerkleinerten Partikel der VPO-Vorstufe enthält, erhalten wird. Eine ähnliche Methode wird in US 5, 498, 731 offenbart. In dieser Veröffentlichung werden Katalysatoren mit guten mechanischen Eigenschaften durch Sprühtrocknung einer Lösung erzielt, die durch Zerkleinerung einer VPO-Vorstufe in einer Strahlmühle erhalten werden. Die Teilchen der mechanisch zerkleinerten VPO-Vorstufe sind nicht mehr als 3 μm groß und weisen eine enge Teilchengrößenverteilung (d2s/d75 ≤ 6) auf.Other methods of increasing the abrasion resistance of VPO catalysts rely on modification of the VPO precursor. Thus, in US Pat. No. 4,525,471, a catalyst with improved mechanical properties obtained by a) compacting the VPO precursor by tableting or pelleting; b) comminuting the compacted VPO precursor by grinding to a particle size of less than 1 micron and c) then spray-drying a suspension containing the comminuted particles of the VPO precursor. A similar method is disclosed in US 5,498,731. In this publication, catalysts having good mechanical properties are obtained by spray-drying a solution obtained by comminuting a VPO precursor in a jet mill. The particles of the mechanically comminuted VPO precursor are not more than 3 μm in size and have a narrow particle size distribution (d2s / d75 ≦ 6).
In EP-A-0608837 wird die Teilchengröße der VPO-Vorstufe nicht durch mechanische Verfahren, sondern bereits während des Herstellungsprozesses der VPO-Vorstufe eingestellt. Durch Reduktion eines Vanadiumalkoxids als fünfwertige Vanadiumverbin- düng und anschließende gezielte Hydrolyse des Vanadiumalkoxids in Gegenwart einer Phosphorverbindung werden gemäß Beispielen Partikel mit einer Größe von ungefähr 5 μm erhalten, welche dann durch Sprühtrocknung zu den entsprechenden Katalysatoren weiterverarbeitet werden.In EP-A-0608837, the particle size of the VPO precursor is adjusted not by mechanical processes but already during the manufacturing process of the VPO precursor. By reduction of a vanadium alkoxide as a pentavalent vanadium compound and subsequent selective hydrolysis of the vanadium alkoxide in the presence of a phosphorus compound, particles having a size of about 5 μm are obtained according to the examples, which are then further processed by spray-drying to give the corresponding catalysts.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von VPO-Vorstufen mit Primärpartikeln von ungefähr 100 nm wird in der chinesischen Patentschrift CN-A-131 1058 beschrieben. Die offenbarungsgemäß erhaltenen Primärpartikel der VPO-Vorstufe werden durch Tablettierung, mechanische Zerkleinerung und Siebung zu Katalysatoren weiterverarbeitet. Die so erhaltenen Katalysatoren weisen eine Partikelgröße von 25 bis 40 Mesch (420 bis 707 μm) auf und werden zur Gasphasenoxidation von Butan zu Maleinsäureanhydrid eingesetzt.Another method for producing VPO precursors having primary particles of about 100 nm is described in Chinese Patent CN-A-131 1058. The primary particles of the VPO precursor obtained in accordance with the disclosure are further processed into catalysts by tableting, mechanical comminution and sieving. The catalysts thus obtained have a particle size of from 25 to 40 mesh (420 to 707 μm) and are used for the gas-phase oxidation of butane to maleic anhydride.
In JP-02055211 werden kristalline VPO-Vorstufen mit einer charakteristischen Kristallit- teilchengrößenverteilung beschrieben, wobei 30 Vol.-% der Kristallite eine Größe von weniger als 1 μm aufweisen. Die Herstellung solcher VPO-Vorstufen erfolgt durch Reduktion einer fünfwertigen Vanadiumverbindung in einem Gemisch aus Isobutanol und Toluol. Die Katalysatoren, die durch Sprühtrocknung aus den beschriebenen VPO- Vorstufen hergestellt wurden, ermöglichen eine Ausbeute von Maleinsäureanhydrid bei der Oxidation von Butan von 54,6%.JP-02055211 describes crystalline VPO precursors having a characteristic crystallite particle size distribution, with 30% by volume of the crystallites having a size of less than 1 μm. The preparation of such VPO precursors is carried out by reduction of a pentavalent vanadium compound in a mixture of isobutanol and toluene. The catalysts prepared by spray-drying from the VPO precursors described allow for a yield of maleic anhydride in the oxidation of butane of 54.6%.
In US 4, 510, 258 und US 4,511 , 670 wird die Widerstandsfähigkeit einer feinverteilten, festen VPO-Vorstufe gegen Abrieb durch eine Säurebehandlung erhöht. Die Feinver- teilung wird durch Vermahlung erzielt, wodurch Teilchen von weniger als 10 μm (Beispiel 0,5 μm) entstehen. Die Säurebehandlung begünstigt bei der Trocknung (Sprühtrocknung) eine Agglomeration der Teilchen der VPO-Vorstufe und führt somit zu größeren Katalysatorteilchen, die eine erhöhte Abriebsfestigkeit aufweisen sollen.In US Pat. Nos. 4, 510, 258 and US Pat. No. 4,511,670, the resistance of a finely divided solid VPO precursor to abrasion by acid treatment is increased. The fine Division is achieved by grinding, whereby particles of less than 10 microns (example, 0.5 microns) arise. The acid treatment during drying (spray drying) favors an agglomeration of the particles of the VPO precursor and thus leads to larger catalyst particles which are to have an increased abrasion resistance.
Mittels der vorliegenden Erfindung sollen verbesserte Katalysatoren für die Gaspha- senoxidation von Kohlenwasserstoffen, insbesondere für die Herstellung von Maleinsäureanhydrid, zur Verfügung gestellt werden. Erfindungsgemäß wurde gefunden, dass Katalysatoren erhältlich durch folgende VerfahrensschritteBy means of the present invention, improved catalysts for the gas phase oxidation of hydrocarbons, in particular for the production of maleic anhydride, are provided. According to the invention, it has been found that catalysts can be obtained by the following process steps
a) Herstellung einer Suspension, enthaltend eine Vanadium-, Phosphor- und Sauerstoff enthaltende Vorstufe (VPO-Vorstufe), deren mit Ultraschall dispergierte Primärpartikel in wässriger Lösung einen mittleren Durchmesser dso, pnmarpamkei kleiner als 1 ,3 μm aufweisen und die in Wasser in Form von Agglomeraten mit einem mittleren Durchmesser dso, Aggiomerate von 2 μm bis 20 μm vorliegt, wobei die mittleren Durchmesser der Primärpartikel sowie der Aggiomerate der VPO- Vorstufe durch Laserbeugung nach ISO 13320 ermittelt werden und b) Sprühtrocknung der Suspension, wobei die so erhaltene Katalysatorvorstufe ggf. durch c) thermische Behandlung in den Katalysator überführt wird,a) Preparation of a suspension containing a vanadium, phosphorus and oxygen-containing precursor (VPO precursor) whose ultrasonically dispersed primary particles in aqueous solution have an average diameter dso, pnmarpamkei smaller than 1, 3 microns and in water in the form of agglomerates with a mean diameter dso, agglomerates of 2 .mu.m to 20 .mu.m are present, wherein the average diameter of the primary particles and the agglomerates of the VPO precursor are determined by laser diffraction according to ISO 13320 and b) spray-drying the suspension, wherein the catalyst precursor thus obtained if necessary is transferred by c) thermal treatment in the catalyst,
ein besonders gutes Eigenschaftsprofil aufweisen.have a particularly good property profile.
Da geeignete VPO-Vorstufen durch verschiedene Synthesevarianten hergestellt und weiterverarbeitet werden können, ist es möglich, vorhandene Infrastruktur bei der Herstellung der Vorstufen selber, als auch bei der Weiterverarbeitung der VPO-Vorstufen zu Katalysatoren zu nutzen. Somit wird dem Anwender ein hohes Maß an Flexibilität und Wirtschaftlichkeit ermöglicht. Insbesondere zeichnen sich die Katalysatoren, die aus den VPO-Vorstufen hergestellt werden, durch ein ausgewogenes Eigenschaftspro- fil aus. So weisen diese ein ausgewogenes Verhältnis von mechanischer Beanspruch- barkeit, insbesondere Abriebfestigkeit, Aktivität sowie Selektivität auf. Insbesondere ist die Abriebfestigkeit gegenüber konventionellen Katalysatoren verbessert, welches vorteilhaft in einem Wirbelbettverfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid ist. Das insgesamt verbesserte Eigenschaftsprofil der Katalysatoren ermöglicht eine optimierte Wirtschaftlichkeit des Verfahrens, beispielsweise durch ein günstiges Verhältnis von Aktivmassenanteil zu Inertmaterial sowie durch hohe Standzeiten bei einer hohen Belastung des Katalysators. Die erfindungsgemäßen Katalysatoren zeichnen sich zudem im Verfahren durch eine gute Handhabbarkeit und eine gute Fähigkeit zur Wärmeübertragung aus.Since suitable VPO precursors can be prepared and processed by various synthesis variants, it is possible to use existing infrastructure in the preparation of the precursors themselves, as well as in the further processing of the VPO precursors to catalysts. This allows the user a high degree of flexibility and cost-effectiveness. In particular, the catalysts which are prepared from the VPO precursors are characterized by a balanced property profile. Thus, they have a balanced ratio of mechanical resistance, in particular abrasion resistance, activity and selectivity. In particular, the abrasion resistance is improved over conventional catalysts, which is advantageous in a fluidized bed process for the production of maleic anhydride. The overall improved property profile of the catalysts allows optimized economy of the process, for example, by a favorable ratio of active material content to inert material and by long service life with a high load of the catalyst. The catalysts of the invention are also characterized in the process by a good handling and a good ability to heat transfer.
Ziel dieser Erfindung war es weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch Oxidation von Kohlenwasserstoffen mit mindestens vier Kohlenstoff- atomen, insbesondere n-Butan, unter Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysatoren zur Verfügung zu stellen.The object of this invention was also a process for the preparation of maleic anhydride by oxidation of hydrocarbons having at least four carbon atoms. atoms, in particular n-butane, using the catalysts of the invention are available.
Weiterhin wurden die eingangs beschriebenen Vanadium-, Phosphor- und Sauerstoff- enthaltenden VPO-Vorstufen gefunden, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die mit Ultraschall dispergierten Primärpartikel der VPO-Vorstufe in wässriger Lösung einen mittleren Durchmesser dso, pnmarpamkei kleiner als 1 ,3 μm aufweisen, und dass die VPO- Vorstufe in Wasser in Form von Agglomeraten mit einem mittleren Durchmesser dso, Aggiomerate von 2 μm bis 20 μm vorliegt, wobei die mittleren Durchmesser der Primärparti- kel sowie der Aggiomerate der VPO-Vorstufe durch Laserbeugung nach ISO 13320 ermittelt werden.Furthermore, the above-described vanadium, phosphorus and oxygen-containing VPO precursors were found, which are characterized in that the ultrasonically dispersed primary particles of the VPO precursor in aqueous solution have a mean diameter dso, pnmarpamkei smaller than 1, 3 microns and that the VPO precursor is present in water in the form of agglomerates with a mean diameter d 50, agglomerates of 2 μm to 20 μm, the mean diameters of the primary particles and the agglomerates of the VPO precursor being determined by laser diffraction according to ISO 13320 ,
Herstellung der VPO-Vorstufe:Preparation of the VPO precursor:
Die erfindungsgemäßen VPO-Vorstufen sind aus Primärpartikeln aufgebaut. Als Primärpartikel werden in der Regel diejenigen Teilchen oder Partikel bezeichnet, die durch geeignete physikalische Methoden als Individuen noch erkennbar sind. Aggiomerate sind lockere Zusammenballungen von Primärteilchen, deren Zusammenhalt so gering ist, dass sie durch Dispergieren zerteilt werden können. Unter Dispergieren wird entsprechend das Zerteilen von Agglomeraten in einem flüssigen Medium in kleinere Teilchen oder Partikel verstanden. Dispergieren kann durch den Eintrag von Energie in das flüssige Medium vorgenommen werden. Die Energie kann beispielsweise durch starkes Rühren, insbesondere mittels einem Dissolver (Rührscheibengerät) oder Ultraschall eingetragen werden. Bei Ultraschall erfolgt das Einbringen der mechanischen Energie über Schallwellen, welche in der Lage sind, die Aggiomerate zu zerteilen. Unter dem Begriff Primärpartikel werden in der nachfolgenden Beschreibung solche Teilchen verstanden, die unter den Bedingungen der nachfolgend beschriebenen Methode zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung (PGV) der Primärpartikel vorliegen und deren PGV mittels dieser Methode bestimmt wird.The VPO precursors according to the invention are composed of primary particles. As primary particles, those particles or particles are usually referred to, which are still recognizable as individuals by suitable physical methods. Agglomerates are loose aggregations of primary particles whose cohesion is so low that they can be broken up by dispersing. By dispersion is meant according to the division of agglomerates in a liquid medium into smaller particles or particles. Dispersing can be done by introducing energy into the liquid medium. The energy can be introduced, for example, by vigorous stirring, in particular by means of a dissolver (stirring disk device) or ultrasound. In the case of ultrasound, the mechanical energy is introduced via sound waves which are capable of dividing the agglomerates. In the following description, the term primary particles is understood as meaning those particles which are present under the conditions of the method described below for determining the particle size distribution (PGV) of the primary particles and whose PGV is determined by means of this method.
Unter dem Begriff Aggiomerate werden nachfolgend solche Teilchen verstanden, die unter den Bedingungen der nachfolgend beschriebenen Methode zur Bestimmung der PGV der Aggiomerate vorliegen und deren PGV mittels dieser Methode bestimmt wird.The term agglomerates is understood below to mean those particles which are present under the conditions of the method described below for determining the PGV of the agglomerates and whose PGV is determined by means of this method.
Zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung (PGV) der Primärpartikel wird zunächst eine Mischung von Wasser und der VPO-Vorstufe angesetzt. Die Konzentration der VPO-Vorstufe beträgt 2 g in 100 ml Wasser.To determine the particle size distribution (PGV) of the primary particles, a mixture of water and the VPO precursor is first prepared. The concentration of VPO precursor is 2 g in 100 ml of water.
Die Mischung von VPO-Vorstufe und Wasser wird mittels Ultraschall bei einer Leistung von 240 Watt dispergiert. Die Mischung wird direkt aus dem Gefäß, in dem die Disper- gierung mittels Ultraschall vorgenommen wird, kontinuierlich in die Messzelle des Analysegerätes gepumpt. Die Bestimmung der PGV erfolgt mittels Laserbeugung nach ISO 13320. Der als Messergebnis erhaltene mittlere Partikeldurchmesser dso, Pnmarpamkei (Medianwert) ist hierbei so definiert, dass 50% des Gesamtpartikelvolumens aus Primärpartikeln mit diesem oder einem kleineren Durchmesser bestehen. Die Bestimmung der PGV der Primärpartikel und damit des mittleren Durchmessers der Primär- partikel dso, pnmarpamkei erfolgt nach der in den Beispielen beschriebenen Ausführungsform.The mixture of VPO precursor and water is dispersed by means of ultrasound at a power of 240 watts. The mixture is pumped directly from the vessel, in which the dispersion is carried out by means of ultrasound, continuously into the measuring cell of the analyzer. The determination of the PGV is carried out by means of laser diffraction ISO 13320. The average particle diameter dso, Pnmarpamkei (median value) obtained as the measurement result is defined here such that 50% of the total particle volume consists of primary particles with this or a smaller diameter. The determination of the PGV of the primary particles and thus of the mean diameter of the primary particles dso, pnmarpamkei takes place according to the embodiment described in the examples.
Die Bestimmung der PGV der Agglomerate wird ebenfalls mittels Laserbeugung ausgeführt. Im Gegensatz zu der obenstehenden Messvorschrift wird allerdings nur so viel Energie eingetragen, dass die Agglomerate nicht dispergiert, sondern lediglich aufgerührt werden. Die Agglomerate der VPO-Vorstufe können nach Herstellung der Messlösung durch Sedimentation einen lockeren Bodensatz von geringer Dichte bilden. Das Rückgängigmachen dieses Vorgangs, beispielsweise durch leichtes Rühren, wird im folgenden als Aufrühren bezeichnet. Die Messung der PGV der Agglomerate erfolgt somit im aufgerührten Zustand. Da die Bildung der Agglomerate und damit auch die PGV der Agglomerate sowohl von der Konzentration, als auch von dem Energieeintrag beim Aufrühren abhängig ist, sollte die Bestimmung der PGV bevorzugt unter den untenstehend genannten Bedingungen erfolgen, um eine Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.The determination of the PGV of the agglomerates is also carried out by means of laser diffraction. In contrast to the measurement procedure above, however, only so much energy is entered that the agglomerates are not dispersed, but merely agitated. The agglomerates of the VPO precursor can form a loose sediment of low density after sedimentation of the measurement solution. The undoing of this process, for example by gentle stirring, is hereinafter referred to as stirring. The measurement of the PGV of the agglomerates thus takes place in the stirred state. Since the formation of the agglomerates and thus also the PGV of the agglomerates is dependent both on the concentration and on the energy input during stirring, the determination of the PGV should preferably be carried out under the conditions mentioned below in order to ensure reproducibility of the results.
Die Bestimmung der PGV der Agglomerate erfolgt in einer Mischung aus 2 g VPO- Vorstufe und 100 ml Wasser. Die VPO-Vorstufe sollte trocken eingesetzt werden, d.h. der für Reste eines verbliebenen organischen Lösungsmittels charakteristische Kohlenstoffgehalt sollte weniger als 5 Gew.-% betragen.The determination of the PGV of the agglomerates is carried out in a mixture of 2 g VPO precursor and 100 ml of water. The VPO precursor should be used dry, i. the carbon content characteristic of residual organic solvent should be less than 5% by weight.
Das Ansetzen der Mischung erfolgt in einem Becherglas mit einem Volumen von 150 ml. Unmittelbar vor der Messung wird die Mischung aufgerührt. Dies erfolgt mittels eines Magnetrührers bei einer Drehzahl n von 600 Umdrehungen pro Minute. Die Rührdauer beträgt mindestens 30 Sekunden, jedoch maximal bis 60 Sekunden. Die so dispergierte Mischung wird kontinuierlich in die Messzelle des Laserbeugungsgerätes gepumpt, wo die Bestimmung der volumenbezogenen Partikelgrößenverteilung nach ISO 13320 erfolgt. Der als Messergebnis erhaltene mittlere Partikeldurchmesser dso, Agglomerate (Medianwert) ist hierbei so definiert, dass 50% des Gesamtpartikelvolumens aus Primärpartikeln mit diesem oder einem kleineren Durchmesser bestehen. Die Be- Stimmung der PGV der Agglomerate und damit dso, Agglomerate erfolgt nach der in den Beispielen angegebenen Ausführungsform.The preparation of the mixture is carried out in a beaker with a volume of 150 ml. Immediately before the measurement, the mixture is stirred. This is done by means of a magnetic stirrer at a speed n of 600 revolutions per minute. The stirring time is at least 30 seconds, but not longer than 60 seconds. The thus dispersed mixture is pumped continuously into the measuring cell of the laser diffraction apparatus, where the determination of the volume-related particle size distribution according to ISO 13320 is carried out. The mean particle diameter dso, agglomerates (median value) obtained as the measurement result is here defined such that 50% of the total particle volume consists of primary particles with this or a smaller diameter. The mood of the PGV of the agglomerates and thus dso, agglomerates takes place according to the embodiment given in the examples.
Erfindungsgemäß sollen die mit Ultraschall dispergierten Primärpartikel der VPO- Vorstufe in wässriger Lösung einen mittleren Durchmesser dso, Pπmarpartikei kleiner als 1 ,3 μm aufweisen. Bevorzugt liegt der mittleren Durchmesser dso, Pπmarpartikei in einem Bereich von 0,5 bis 1 ,0 μm und besonders bevorzugt liegt der mittleren Durchmesser dso, Pπmarpartikei in einem Bereich von 0,6 bis 0,85 μm. Weiterhin soll der mittlere Durchmesser der Agglomerate dso, Agglomerate in einem Bereich von 2 bis 20 μm, bevorzugt in einem Bereich von 2,5 bis 15 μm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 10 μm liegen.According to the invention, the primary particles of the VPO precursor dispersed in ultrasound in aqueous solution should have an average diameter dso, particle size less than 1.3 μm. Preferably, the mean diameter dso, Pπmarpartikei is in a range of 0.5 to 1, 0 .mu.m and more preferably, the average diameter dso, Pπmarpartikei is in a range of 0.6 to 0.85 microns. Furthermore, the average diameter of the agglomerates dso, agglomerates in a range of 2 to 20 microns, preferably in a range of 2.5 to 15 microns and more preferably in a range of 3 to 10 microns.
Weitere Parameter, die eine vorteilhafte VPO-Vorstufe kennzeichnen können, sind der Durchmesser dio, pnmarpamkei und der Durchmesser dgo, pnmarpamkei. Der Durchmesser dio, pπmarpartikei ist so definiert, dass 10% des Gesamtpartikelvolumens aus Primärpartikeln mit diesem oder einem kleineren Durchmesser bestehen. Der Durchmesser dgo, pπmarpar- tikei ist in Analogie dazu so definiert, dass 90% des Gesamtpartikelvolumens aus Parti- kel mit diesem oder einem kleineren Durchmesser bestehen, dio, Pnmarpamkei sollte in der Regel weniger als 1 ,3 μm betragen, vorzugsweise im Bereich von 0,15 bis 0,8 μm und besonders bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 0,6 μm liegen, dgo, pnmarpamkei beträgt üblicherweise weniger als 5 μm. Bevorzugt liegt dgo, pπmarpamkei in einem Bereich von 0,5 bis 4 μm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,8 bis 3 μm.Other parameters that can characterize an advantageous VPO precursor are the diameter dio, pnmarpamkei and the diameter dgo, pnmarpamkei. The diameter dio pπmarpartikei is defined so that 10% of the total particle volume consists of primary particles with this or a smaller diameter. The diameter dgo, pπmarpar- tikei is analogously defined so that 90% of the total particle volume consist of particles with this or a smaller diameter, the membrane should normally be less than 1.3 μm, preferably in the range of 0.15 to 0.8 microns and more preferably in the range of 0.2 to 0.6 microns, dgo, pnmarpamkei is usually less than 5 microns. Preferably dgo, pπmarpamkei is in a range of 0.5 to 4 microns and more preferably in a range of 0.8 to 3 microns.
Eine vorteilhafte VPO-Vorstufe kann weiterhin durch die Kenngrößen dio, Aggiomerate Und dgo, Agglomerate charakterisiert werden. Die Durchmesser d-io, Agglomerate und dgo, Agglomerate sind so definiert, dass 10% bzw. 90% des Gesamtpartikelvolumens aus Agglomeraten mit diesem oder einem kleineren Durchmesser bestehen. Der Durchmesser dio, Agglomerate sollte in der Regel weniger als 10 μm betragen. Bevorzugt liegt dio, Agglomerate im Bereich von 0,2 bis 6 μm und besonders bevorzugt im Bereich von 0,4 bis 4,5 μm. dgo, Agglomerate beträgt üblicherweise weniger als 40 μm. Bevorzugterweise beträgt dgo, Agglomerate im Bereich von 1 bis 30 μm und besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 20 μm.An advantageous VPO precursor may further be characterized by the parameters dio, A gg iomerate and dgo, agglomerates. The diameters d-io, agglomerates and dgo, agglomerates are defined so that 10% and 90% of the total particle volume consist of agglomerates with this or a smaller diameter. The diameter dio, agglomerates should be less than 10 microns in the rule. Preference is given to dio, agglomerates in the range of 0.2 to 6 microns and more preferably in the range of 0.4 to 4.5 microns. dgo, agglomerates is usually less than 40 microns. Preferably dgo, agglomerates in the range of 1 to 30 microns and more preferably in the range of 3 to 20 microns.
Folgende Interpretation, die aber nicht einschränkend für die Erfindung sein soll, kann den Zusammenhang zwischen der Partikelgrößenverteilung der Primärpartikel sowie der Agglomerate der VPO-Zwischenstufen und den Eigenschaften der Katalysatoren beschreiben: Die Primärpartikelgröße ist maßgeblich für die katalytische Aktivität der aus den Primärpartikeln hergestellten Katalysatoren, da mit abnehmender Primärparti- kelgröße die katalytische Oberfläche zunimmt. Gleichzeitig nehmen mit zunehmender Oberfläche die Haftkräfte zwischen den Primärpartikeln zu, was die Abriebfestigkeit der Katalysatorpartikel erhöht. Die Primärpartikel müssen aber auch eine gewisse Agglomerationsneigung (die außer von der Primärpartikelgröße auch von deren Oberflächenbeschaffenheit abhängt) aufweisen, da diese mit dem mechanischen Zusammen- halt der Primärpartikel im Katalysatorpartikel und damit mit der Abriebsfestigkeit der aus den VPO-Vorstufen hergestellten Katalysatoren einhergeht.The following interpretation, which is not intended to be limiting for the invention, can describe the relationship between the particle size distribution of the primary particles and the agglomerates of the VPO intermediates and the properties of the catalysts: The primary particle size is decisive for the catalytic activity of the catalysts prepared from the primary particles, as the catalytic surface increases with decreasing primary particle size. At the same time, the adhesion forces between the primary particles increase with increasing surface area, which increases the abrasion resistance of the catalyst particles. However, the primary particles must also have a certain tendency to agglomerate (which, apart from the primary particle size, also depends on their surface condition), since this is accompanied by the mechanical cohesion of the primary particles in the catalyst particle and thus by the abrasion resistance of the catalysts prepared from the VPO precursors.
Solche Katalysatoren, die aus den erfindungsgemäßen Vorstufen erhältlich sind, weisen erfindungsgemäß eine vergleichsweise bessere Abriebsfestigkeit auf als Katalysa- toren, die aus nicht-erfindungsgemäßen VPO-Vorstufen erhalten wurden. Erfindungsgemäße VPO-Vorstufen liegen vor, wenn die Primärpartikel der VPO- Vorstufe im Ultraschall-dispergierten Zustand einen mittleren Durchmesser dso von weniger als 1 ,3 μm aufweisen und im aufgerührten Zustand die VPO-Vorstufe in Form von Agglomeraten einen mittleren Durchmesser dso von 2 μm bis 20 μm vorliegt.Such catalysts, which are obtainable from the precursors according to the invention, have according to the invention a comparatively better abrasion resistance than catalysts obtained from non-inventive VPO precursors. Inventive VPO precursors are present when the primary particles of the VPO precursor in the ultrasonically dispersed state have a mean diameter d 50 of less than 1.3 μm and in the stirred state the VPO precursor in the form of agglomerates has a mean diameter d 50 of 2 μm to 20 microns is present.
VPO-Vorstufen mit einer solchen Partikelgrößenverteilung können sowohl durch mechanische Zerkleinerung der VPO-Vorstufen als auch direkt durch eine geeignete Synthese der VPO-Vorstufen hergestellt werden.VPO precursors having such a particle size distribution can be prepared both by mechanical comminution of the VPO precursors and directly by appropriate synthesis of the VPO precursors.
In einer möglichen Ausführungsform kann die PGV der Primärpartikel sowie der Ag- glomerate durch mechanische Zerkleinerung einer VPO-Vorstufe eingestellt werden.In one possible embodiment, the PGV of the primary particles and the agglomerates can be adjusted by mechanical comminution of a VPO precursor.
Geeignete Verfahren zur mechanischen Zerkleinerung von VPO-Vorstufen können beispielsweise den Patentschriften DE 3429164, US 4525471 , US 5302566 oder US 5498731 entnommen werden. Als besonders geeignete Verfahren zur mechanischen Zerkleinerung ist die Mahlung der getrockneten VPO-Vorstufe in einer Kugelmühle oder Strahlmühle. Weitere geeignete Verfahren sind beispielsweise aus LJII- mann's Encyclopedia, 6th Edition, Electronic Release, Kapitel „Size Reduction", zu entnehmen. Ob die VPO-Vorstufen nach der mechanischen Zerkleinerung eine erfin- dungsgemäße Verteilung der PGV in Bezug auf dso, pnmarpamkei und dso, Aggiomerate aufweist, kann vom Fachmann mittels der offenbarten Analysemethoden zur Bestimmung von dso, Primarpartikel Und dsθ, Aggiomerate leicht nachgewiesen Wβrdβn.Suitable processes for the mechanical comminution of VPO precursors can be found for example in the patents DE 3429164, US 4525471, US 5302566 or US 5498731. Particularly suitable methods for mechanical comminution are the milling of the dried VPO precursor in a ball mill or jet mill. Other suitable methods can be found for example from Ullmann's Encyclopedia, 6 th Edition, Electronic Release, Chapter "Size Reduction". Whether the VPO precursor after mechanical crushing a inventions dung proper distribution of PGV regarding dso pnmarpamkei and dso, agglomerates, can easily be detected by a person skilled in the art by means of the analytical methods disclosed for the determination of dso, primary particles and dsO.
In einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Partikelverteilung der VPO-Vorstufe direkt durch eine geeignete Synthese eingestellt werden, indem man folgende Schritte vornimmt:In a further embodiment, the particle distribution of the VPO precursor according to the invention can be adjusted directly by a suitable synthesis by carrying out the following steps:
I) Umsetzung einer fünfwertigen Vanadiumverbindung in einem organischen, reduzierenden Lösungsmittel oder einer Mischung von organischen, reduzierenden Lösungsmitteln,I) reacting a pentavalent vanadium compound in an organic, reducing solvent or a mixture of organic, reducing solvents,
II) Zugabe eines Polyols,II) addition of a polyol,
III) Zugabe einer Phosphorverbindung,III) addition of a phosphorus compound,
IV) Isolierung der im vorherigen Reaktionsschritt entstandenen VPO-Vorstufe,IV) isolation of the VPO precursor formed in the previous reaction step,
V) Trocknung der VPO-Vorstufe.V) drying of the VPO precursor.
Im ersten Verfahrensschritt I) erfolgt die Umsetzung einer fünfwertigen Vanadiumverbindung in einem organischen, reduzierenden Lösungsmittel oder einer Mischung von organischen, reduzierenden Lösungsmitteln.In the first process step I), the reaction of a pentavalent vanadium compound in an organic, reducing solvent or a mixture of organic, reducing solvents.
Als fünfwertige Vanadiumverbindung wird bevorzugt Vanadiumpentoxid (V2O5) eingesetzt. Es ist allerdings auch möglich Vanadinsäure oder Salze der Vanadinsäure, wie Vanadyloxalat, Vanadylchlorid oder Ammoniumetavanadat als Ausgangsstoffe zu nehmen. Vanadiumpentoxid wird bevorzugt in einem Kornbereich von 50 bis 500 μm eingesetzt. Liegen deutlich größere Partikel vor, so wird der Feststoff in der Regel vor dessen Einsatz zerkleinert und gegebenenfalls gesiebt. Geeignete Apparate sind beispielsweise Kugelmühlen oder Planetenmühlen.Vanadium pentoxide (V2O5) is preferably used as the pentavalent vanadium compound. However, it is also possible to use vanadic acid or salts of vanadic acid, such as vanadyl oxalate, vanadyl chloride or ammonium tetavanadate as starting materials to take. Vanadium pentoxide is preferably used in a particle size range of 50 to 500 μm. If significantly larger particles are present, the solid is usually comminuted before being used and optionally sieved. Suitable apparatus are, for example, ball mills or planetary mills.
Die fünfwertige Vanadiumverbindung wird durch Umsetzung mit einem organischen, reduzierenden Lösungsmittel oder einer Mischung von organischen, reduzierenden Lösungsmitteln zumindest zum Teil reduziert.The pentavalent vanadium compound is at least partially reduced by reaction with an organic reducing solvent or a mixture of organic reducing solvents.
Geeignete organische, reduzierende Lösungsmittel enthalten in der Regel eine oxidati- onsfähige funktionelle Gruppe. Insbesondere sind organische Lösungsmittel geeignet, die eine oder mehrere Hydroxylgruppen enthalten, wie primäre oder sekundäre oder verzweigte, gesättigte Alkohole mit 3 bis 6 Kohlenstoffatomen, cycloaliphatische Alkohole oder aromatische Alkohole. Beispiele für solche primären oder sekundären, un- verzweigten oder verzweigten C3- bis Cβ-Alkohole sind n-Propanol (1-Propanol), Iso- propanol (2-Propanol), n-Butanol (1-Butanol), sek.-Butanol (2-Butanol), Isobutanol (2-Methyl-1-propanol), 1-Pentanol, 2-Pentanol, 3-Pentanol, 2-Methyl-1-butanol, 3-Methyl-1-butanol, 3-Methyl-2-butanol, 2,2-Dimethyl-1-propanol, 1-Hexanol, 2-Hexanol, 3-Hexanol, 2-Methyl-1-hexanol, 3-Methyl-1-pentanol, 4-Methyl-1-pentanol, 3-Methyl-2-pentanol, 4-Methyl-2-pentanol, 2,2-Dimethyl-1-butanol, 2,3-Dimethyl-1- butanol oder 3,3-Dimethyl-1-butanol, 3,3-Dimethyl-2-butanol. Als cycloaliphatische Alkohole kommen insbesondere Cyclopentanol oder Cyclohexanol in Betracht. Als aromatischer Alkohol ist Benzylalkohol geeignet.Suitable organic, reducing solvents generally contain an oxidizable functional group. In particular, organic solvents are suitable which contain one or more hydroxyl groups, such as primary or secondary or branched, saturated alcohols having 3 to 6 carbon atoms, cycloaliphatic alcohols or aromatic alcohols. Examples of such primary or secondary, unbranched or branched C 3 to C 6 alcohols are n-propanol (1-propanol), isopropanol (2-propanol), n-butanol (1-butanol), sec-butanol (2-butanol), isobutanol (2-methyl-1-propanol), 1-pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 3-methyl-2 -butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, 1-hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, 2-methyl-1-hexanol, 3-methyl-1-pentanol, 4-methyl-1-pentanol, 3 Methyl 2-pentanol, 4-methyl-2-pentanol, 2,2-dimethyl-1-butanol, 2,3-dimethyl-1-butanol or 3,3-dimethyl-1-butanol, 3,3-dimethyl -2-butanol. Suitable cycloaliphatic alcohols are, in particular, cyclopentanol or cyclohexanol. Benzyl alcohol is suitable as the aromatic alcohol.
Bevorzugt werden n-Propanol (1-Propanol), n-Butanol (1-Butanol), IsobutanolPreference is given to n-propanol (1-propanol), n-butanol (1-butanol), isobutanol
(2-Methyl-1-propanol), 1-Pentanol, 2-Methyl-1-butanol, 3-Methyl-1-butanol, Cyclohexanol und Benzylalkohol als organisches, reduzierendes Lösungsmittel eingesetzt.(2-methyl-1-propanol), 1-pentanol, 2-methyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, cyclohexanol and benzyl alcohol used as an organic, reducing solvent.
Weiterhin können geeignete Mischungen der vorstehend genannten organischen, re- duzierenden Lösungsmittel eingesetzt werden. Insbesondere geeignet sind Mischungen der vorstehend genannten Alkohole, insbesondere Mischungen von Isobutanol und Benzylalkohol. Nachfolgend werden unter dem Begriff „organischen, reduzierenden Lösungsmittel" auch oben beschriebene Mischungen von organischen, reduzierenden Lösungsmitteln verstanden.Furthermore, suitable mixtures of the abovementioned organic, reducing solvents can be used. Particularly suitable are mixtures of the abovementioned alcohols, in particular mixtures of isobutanol and benzyl alcohol. Hereinafter, the term "organic, reducing solvent" is also understood as meaning mixtures of organic, reducing solvents described above.
Gegebenfalls kann die Umsetzung mit dem organischen, reduzierenden Lösungsmittel in Gegenwart weiterer als Reduktionsmittel geeigneter Verbindungen erfolgen. Beispiele für solche Verbindungen sind Oxalsäure, Hydrazin, Hydroxylamin oder Ameisensäure.Optionally, the reaction with the organic, reducing solvent in the presence of further suitable as a reducing agent compounds. Examples of such compounds are oxalic acid, hydrazine, hydroxylamine or formic acid.
Die Menge an organischen, reduzierenden Lösungsmittel und gegebenenfalls weiterer eingesetzter Reduktionsmittel sollte größer sein als die für die Reduktion des Vanadi- ums von der Oxidationsstufe +5 auf eine Oxidationsstufe im Bereich +4,0 bis +4,9 stö- chiometrisch erforderlichen Menge. Im allgemeinen beträgt das molare Verhältnis der funktionellen Gruppen des reduzierenden, organischen Reduktionsmittels zur fünfwer- tigen Vanadiumverbindung 10 bis 25 zu 1 und bevorzugt 12 bis 20 zu 1.The amount of organic, reducing solvent and optionally further reducing agent used should be greater than that for the reduction of the vanadium amount required stoichiometrically from oxidation state +5 to an oxidation state in the range +4.0 to +4.9. In general, the molar ratio of the functional groups of the reducing organic reducing agent to the pentavalent vanadium compound is 10 to 25 to 1, and preferably 12 to 20 to 1.
Wird als fünfwertige Vanadiumverbindung Vanadiumpentoxid eingesetzt, so beträgt der Feststoffgehalt des Vanadiumpentoxid in dem reduzierenden, organischen Lösungsmittel in der Regel 0,1 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 8 Gew.-% und besonders bevorzugt 1 bis 4 Gew.-%. Bei anderen fünfwertigen Vanadiumverbindungen liegt der Feststoffgehalt üblicherweise ebenfalls in den vorstehend genannten Bereichen.If vanadium pentoxide is used as the pentavalent vanadium compound, the solids content of the vanadium pentoxide in the reducing organic solvent is generally from 0.1 to 15% by weight, preferably from 0.5 to 8% by weight and more preferably from 1 to 4% by weight. -%. In other pentavalent vanadium compounds, the solids content is usually also in the above ranges.
Das Umsetzen der fünfwertigen Vanadiumverbindung mit dem reduzierenden, organischen Lösungsmittel kann in geeigneten Reaktionsapparaten, beispielsweise einem Rührkessel, unter Mischung erfolgen. Als Mischaggregate kommen Rührer mit unter- schiedlichen Rührgeometrien in Betracht, wie beispielsweise Scheibenrührer, Impeller- rührer, Schrägblattrührer oder Propellerrühren.The reaction of the pentavalent vanadium compound with the reducing organic solvent may be carried out in suitable reactors, for example a stirred tank, with mixing. Stirrers with different stirring geometries, such as, for example, disk stirrers, impeller stirrers, inclined blade stirrers or propeller stirring, are suitable as mixing units.
Die Umsetzung der fünfwertigen Vanadiumverbindung in dem organischen, reduzierenden Lösungsmittel erfolgt üblicherweise unter Erwärmen und unter Vermischung.The reaction of the pentavalent vanadium compound in the organic reducing solvent is usually carried out with heating and mixing.
Die Umsetzung erfolgt im Allgemeinen unter starker Durchmischung, in der Regel durch geeignete Rührvorrichtungen wie Rührer und dergleichen. Der Energieeintrag durch Rühren beträgt in der Regel 0,1 bis 1 W/kg, bevorzugt 0,15 bis 0,8 W/kg und besonders bevorzugt 0,28 bis 0,35 W/kg.The reaction generally takes place with thorough mixing, as a rule by means of suitable stirring devices such as stirrers and the like. The energy input by stirring is usually 0.1 to 1 W / kg, preferably 0.15 to 0.8 W / kg and more preferably 0.28 to 0.35 W / kg.
Der gewählte Temperaturbereich ist von verschiedenen Faktoren abhängig, beispielsweise dem Siedepunkt des zugegebenen organischen, reduzierenden Lösungsmittels. In der Regel beträgt die Temperatur von 80 bis 1600C, bevorzugt 100 bis 1200C.The temperature range selected depends on various factors, for example the boiling point of the added organic reducing solvent. In general, the temperature of 80 to 160 0 C, preferably 100 to 120 0 C.
Die flüchtigen Verbindungen, wie beispielsweise Wasser, das organische, reduzierende Lösungsmittel und dessen Abbauprodukte, wie etwa Aldehyd oder Carbonsäure verdampfen aus der Reaktionsmischung und können entweder abgeführt oder partiell oder vollständig kondensiert und zurückgeführt werden. Bevorzugt ist die partielle oder vollständige Rückführung durch Erhitzen unter Rückfluss. Besonders bevorzugt ist die vollständige Rückführung unter Rückfluss.The volatile compounds, such as water, the organic reducing solvent and its degradation products, such as aldehyde or carboxylic acid, evaporate from the reaction mixture and can be either removed or partially or completely condensed and recycled. Preference is given to partial or complete recycling by heating under reflux. Particularly preferred is the complete recirculation under reflux.
Die Umsetzung bei erhöhter Temperatur beansprucht im Allgemeinen mehrere Stunden. Üblicherweise liegt die Dauer der Umsetzung der fünfwertigen Vanadiumverbindung mit dem reduzierenden, organischen Lösungsmittel bei 1 bis 30 Stunden, bevor- zugt bei 2 bis 10 Stunden, insbesondere 3 bis 5 Stunden. Vor Zugabe des Polyols (Verfahrensschritt II)) erfolgt in der Regel eine Abkühlung von der im Verfahrensschritt I eingestellten Temperatur auf eine Temperatur, die deutlich unterhalb der Rückflusstemperatur des organischen, reduzierenden Lösungsmittels liegt. Diese Temperatur liegt beispielsweise im Bereich von 20 bis 1200C, bevorzugt im Bereich von 50 bis 1100C und besonders bevorzugt von 80 bis 1000C. Die Abkühlung erfolgt in der Regel linear. Abkühlrampen betragen beispielsweise 5 bis 120°C/h, bevorzugt 10 bis 100°C/h und besonders bevorzugt 25 bis 85°C/h.The reaction at elevated temperature generally takes several hours. The duration of the reaction of the pentavalent vanadium compound with the reducing organic solvent is usually from 1 to 30 hours, preferably from 2 to 10 hours, in particular from 3 to 5 hours. Before the addition of the polyol (process step II)), a cooling is generally carried out from the temperature set in process step I to a temperature which is significantly below the reflux temperature of the organic, reducing solvent. This temperature is for example in the range of 20 to 120 0 C, preferably in the range of 50 to 110 0 C and particularly preferably from 80 to 100 0 C. The cooling is usually linear. Cooling ramps are for example 5 to 120 ° C / h, preferably 10 to 100 ° C / h and particularly preferably 25 to 85 ° C / h.
Im Verfahrensschritt (II) erfolgt die Zugabe eines Polyols.In process step (II), the addition of a polyol takes place.
Als Polyole werden vor allem zweiwertige aliphatische Alkohole, wie Ethylen-, Propy- lenglykole bzw. höherkettige Glykole, Diglykole und/oder polymere Polyole, insbesondere Polyetherpolyole, eingesetzt. Geeignete Polyetherole sind im Allgemeinen PoIy- etherdiole aus Ethylenoxid und/oder Propylenoxid mit einem Molekulargewicht von 500 g/mol bis ungefähr 20 000 g/mol. Diese können einzeln oder als beliebige Gemische mehrerer Alkohole untereinander oder auch mit tri- und/oder höherfunktionellen Alkoholen und/oder Polyolen, wie z.B. Trimethylolpropan bzw. Glyzerin, verwendet werden.The polyols used are especially dihydric aliphatic alcohols, such as ethylene glycols, propylene glycols or higher-chain glycols, diglycols and / or polymeric polyols, in particular polyether polyols. Suitable polyetherols are generally polyethylene glycols of ethylene oxide and / or propylene oxide having a molecular weight of 500 g / mol to about 20,000 g / mol. These can be used individually or as any mixtures of several alcohols with one another or else with tri- and / or higher-functional alcohols and / or polyols, such as, for example, Trimethylolpropane or glycerol, are used.
Die eingesetzten Polyole sind in der Regel mit dem organischen, reduzierenden Lösungsmittel gut mischbar. Bevorzugt eingesetzte Polyole sind zweiwertige aliphatische Alkohole, wie Ethylenglykol. Propylenglykol. Diethylenglykol, 1 ,3-Propandiol, 1 ,4- Butandiol, 1 ,5-Pentandiol oder 1 ,6- Hexandiol und Polyetherdiole mit einem Molekulargewicht von 500 bis 20 000 g/mol.The polyols used are generally readily miscible with the organic, reducing solvent. Preferably used polyols are dihydric aliphatic alcohols, such as ethylene glycol. Propylene glycol. Diethylene glycol, 1, 3-propanediol, 1, 4-butanediol, 1, 5-pentanediol or 1, 6-hexanediol and polyether diols having a molecular weight of 500 to 20,000 g / mol.
Besonders bevorzugt werden zweiwertige aliphatische Alkohole, wie Ethylenglykol. Propylenglykol, Diethylenglykol, 1 ,4-Butandiol oder 1 ,6- Hexandiol und Polyetherdiole mit einem Molekulargewicht von 1000 bis 10000 g/mol eingesetzt.Particularly preferred are dihydric aliphatic alcohols, such as ethylene glycol. Propylene glycol, diethylene glycol, 1, 4-butanediol or 1,6-hexanediol and polyether diols having a molecular weight of 1000 to 10000 g / mol used.
Die Einsatzmengen der eingesetzten Polyolkomponente sollte so gewählt werden, dass das Massenverhältnis von Polyol zur fünfwertigen Vanadiumverbindung im Bereich von 0,05 bis 2 kg Polyol pro kg Vanadiumverbindung, bevorzugt im Bereich von 0,3 bis 1 ,5 kg Polyol pro kg Vanadiumverbindung und besonders bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 1.2 kg Polyol pro kg Vanadiumkomponente liegt.The amounts of polyol component used should be selected so that the mass ratio of polyol to pentavalent vanadium compound in the range of 0.05 to 2 kg of polyol per kg of vanadium compound, preferably in the range of 0.3 to 1, 5 kg of polyol per kg of vanadium compound and especially preferably in the range of 0.5 to 1.2 kg of polyol per kg of vanadium component.
Nach der Zugabe der Polyolkomponente kann die Reaktionsmischung ggf. erwärmt werden. Bevorzugt wird nach Zugabe der Polyolkomponente die Reaktionsmischung auf die Rückflusstemperatur des verwendeten reduzierenden, organischen Lösungsmittels erwärmt. Das Aufheizen erfolgt bevorzugt linear. Aufheizrampen betragen bei- spielsweise 5 bis 80°C/h, bevorzugt 20 bis 60°C/h und besonders bevorzugt 35 bis 65°C/h. Nach dem Erreichen der erhöhten Temperatur kann das Reaktionsgemisch noch einige Zeit, z.B. noch 0,5 bis 10 Stunden, bevorzugt 0,75 bis 5 Stunden und besonders bevorzugt 1 bis 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten werden.After the addition of the polyol component, the reaction mixture can optionally be heated. Preferably, after addition of the polyol component, the reaction mixture is heated to the reflux temperature of the reducing organic solvent used. The heating is preferably carried out linearly. Heating ramps are, for example, 5 to 80.degree. C./h, preferably 20 to 60.degree. C./h, and particularly preferably 35 to 65.degree. C./h. After reaching the elevated temperature, the reaction mixture for some time, for example 0.5 to 10 hours, preferably 0.75 to 5 hours and more preferably 1 to 2 hours are kept at this temperature.
Im Verfahrensschritt III) erfolgt die Zugabe einer Phosphorverbindung.In process step III), the addition of a phosphorus compound takes place.
Vor Zugabe der Phosphorverbindung wird in der Regel das Reaktionsgemisch wie oben beschrieben auf eine Temperatur, die deutlich unter Rückflusstemperatur liegt, abgekühlt. Die Abkühlung erfolgt in der Regel linear. Abkühlrampen betragen beispielsweise 5 bis 120°C/h, bevorzugt 20 bis 80°C/h und besonders bevorzugt 30 bis 50°C/h.Before the phosphorus compound is added, the reaction mixture is generally cooled to a temperature which is significantly below the reflux temperature, as described above. The cooling is usually linear. Cooling ramps are for example 5 to 120 ° C / h, preferably 20 to 80 ° C / h and particularly preferably 30 to 50 ° C / h.
Die Zugabe der Phosphorverbindung erfolgt in der Regel bei einer Temperatur von 20 bis 900C, bevorzugt bei einer Temperatur von 30 bis 800C und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von 40 bis 700C.The addition of the phosphorus compound is generally carried out at a temperature of 20 to 90 0 C, preferably at a temperature of 30 to 80 0 C and particularly preferably at a temperature of 40 to 70 0 C.
Als geeignete fünf- oder dreiwertige Phosphorverbindung seien beispielsweise Ortho-, Pyro-, Polyphosphorsäure, Phosphorsäureester und phosphorige Säure genannt. Bevorzugt wird eine fünfwertige Phosphorverbindung, besonders bevorzugt Orthophosphorsäure (H3PO4), Pyrophosphorsäure (H4P2O7), Polyphosphorsäure (Hn+2Pnθ3n+i mit n > 3) oder deren Mischungen eingesetzt. Weiterhin kann eine Mischung aus Ortho-, Pyro- und Polyphosphorsäure eingesetzt werden, die durch Einbringung von Phosphorpentoxid in Wasser oder wässriger Phosphorsäure (85 bis 100%) hergestellt wird.Examples of suitable five- or trivalent phosphorus compounds include ortho, pyrophosphate, polyphosphoric acid, phosphoric acid esters and phosphorous acid. A pentavalent phosphorus compound is preferred, especially orthophosphoric acid (H3PO4), pyrophosphoric acid (H4P2O7), polyphosphoric acid (H n + 2Pnθ3n + i with n> 3) inserted or mixtures thereof. Furthermore, a mixture of ortho-, pyro- and polyphosphoric acid can be used, which is prepared by incorporation of phosphorus pentoxide in water or aqueous phosphoric acid (85 to 100%).
Das molare Verhältnis der Phosphorverbindung zur Vanadiumverbindung kann z.B. 1 ,0 bis 1 ,3 zu 1 und besonders bevorzugt 1 ,2 bis 1 ,3 zu 1 betragen.The molar ratio of the phosphorus compound to the vanadium compound may be e.g. 1, 0 to 1, 3 to 1 and particularly preferably 1, 2 to 1, 3 to 1.
Nach der Zugabe der Phosphorverbindung kann die Reaktionsmischung ggf. erwärmt werden. Bevorzugt wird nach Zugabe der Phosphorverbindung die Reaktionsmischung auf die Rückflusstemperatur des verwendeten reduzierenden, organischen Lösungsmittels erwärmt. Das Aufheizen erfolgt bevorzugt linear. Aufheizrampen betragen beispielsweise 5 bis 70°C/h, bevorzugt 10 bis 60°C/h und besonders bevorzugt 30 bis 50°C/h. Nach dem Erreichen der erhöhten Temperatur kann das Reaktionsgemisch noch einige Zeit, z.B. noch 0,1 bis 24 Stunden, bevorzugt 1 bis 15 Stunden und bevor- zugt 3 bis 8 Stunden bei dieser Temperatur gehalten werden.After the addition of the phosphorus compound, the reaction mixture can optionally be heated. Preferably, after addition of the phosphorus compound, the reaction mixture is heated to the reflux temperature of the reducing organic solvent used. The heating is preferably carried out linearly. Aufheizrampen be, for example, 5 to 70 ° C / h, preferably 10 to 60 ° C / h and particularly preferably 30 to 50 ° C / h. After reaching the elevated temperature, the reaction mixture may remain for some time, e.g. for a further 0.1 to 24 hours, preferably 1 to 15 hours and preferably for 3 to 8 hours at this temperature.
Des Weiteren können bei der Herstellung der VPO-Vorstufe sogenannte Promotor- Komponenten zugegeben werden. Als geeignete Promotoren sind die Elemente der 1. bis 15. Gruppe des Periodensystems sowie deren Verbindungen genannt. Geeignete Promotoren sind beispielsweise in WO 97/12674 und WO 95/26817 sowie inFurthermore, in the preparation of the VPO precursor so-called promoter components can be added. Suitable promoters are the elements of groups 1 to 15 of the periodic table and their compounds. Suitable promoters are described, for example, in WO 97/12674 and WO 95/26817 and in US Pat
US 5,137,860, US 5,296,436, US 5,158,923 und US 4,795,818 beschrieben. Bevorzugt werden als Promotoren Verbindungen der Elemente Kobalt, Molybdän, Eisen, Zink, Hafnium, Zirkon, Lithium, Titan, Chrom, Mangan, Nickel, Kupfer, Bor, Silicium, Antimon, Zinn, Niob und Wismut, besonders bevorzugt Molybdän, Eisen, Kobalt, Niob, Zink, Antimon, Wismut, Lithium. Die promotierten VPO-Vorstufen und die daraus hergestellten Katalysatoren können einen oder mehrere Promotoren enthalten. Im Allge- meinen werden die Promotor-Komponenten vor, während oder nach der Umsetzung des Vanadiumpentoxids in Gegenwart des reduzierenden, organischen Lösungsmittels oder mit der Phosphorverbindung zugegeben. Alternativ ist eine Zugabe nach Ab- schluss der Fällung (bevorzugt bei reduzierter Temperatur) und ggf. ein erneutes Erhitzen möglich. Der Gehalt an Promotoren beträgt in der Regel in Summe im fertigen Ka- talysator im Allgemeinen nicht mehr als etwa 5 Gew.-%, jeweils als Oxid gerechnet.US 5,137,860, US 5,296,436, US 5,158,923 and US 4,795,818. Preferred promoters are compounds of the elements cobalt, molybdenum, iron, zinc, Hafnium, zirconium, lithium, titanium, chromium, manganese, nickel, copper, boron, silicon, antimony, tin, niobium and bismuth, more preferably molybdenum, iron, cobalt, niobium, zinc, antimony, bismuth, lithium. The promoted VPO precursors and the catalysts prepared therefrom may contain one or more promoters. In general, the promoter components are added before, during or after the reaction of the vanadium pentoxide in the presence of the reducing organic solvent or with the phosphorus compound. Alternatively, it is possible to add it after completion of the precipitation (preferably at reduced temperature) and, if appropriate, a renewed heating. The content of promoters is generally in total in the finished catalyst generally not more than about 5 wt .-%, each calculated as oxide.
Geeignete Promotor-Komponenten sind beispielsweise die Acetate, Acetylacetonate, Oxalate, Oxide oder Alkoxide der zuvor genannten Promotormetalle, wie etwa Co- balt(ll)-acetat, Cobalt(ll)-acetylacetonat, Cobalt(ll)-chlorid, Molybdän(VI)-oxid, Molyb- dän(lll)-chlorid, Eisen(lll)-acetylacetonat, Eisen(lll)-chlorid, Zink(ll)-oxid, Zink(ll)- acetylacetonat, Lithiumchlorid, Lithiumoxid, Bismut(lll)-chlorid, Bismut(lll)- ethylhexanoat, Nickel(ll)-ethylhexanoat, Nickel(ll)-oxalat, Zirkonylchlorid, Zirkon(IV)- butoxid, Silizium(IV)-ethoxid, Niob(V)-chlorid und Niob(V)-oxid. Für weitere Details sei auf die zuvor genannten WO-Offenlegungsschriften und US-Patente verwiesen.Suitable promoter components are, for example, the acetates, acetylacetonates, oxalates, oxides or alkoxides of the abovementioned promoter metals, such as cobalt (II) acetate, cobalt (II) acetylacetonate, cobalt (II) chloride, molybdenum (VI) oxide, molybdenum (III) chloride, iron (III) acetylacetonate, iron (III) chloride, zinc (II) oxide, zinc (II) acetylacetonate, lithium chloride, lithium oxide, bismuth (III) chloride , Bismuth (III) ethyl hexanoate, nickel (II) ethyl hexanoate, nickel (II) oxalate, zirconyl chloride, zirconium (IV) butoxide, silicon (IV) ethoxide, niobium (V) chloride and niobium (V). oxide. For further details, reference is made to the aforementioned WO publications and US patents.
Im Verfahrensschritt IV) erfolgt die Isolierung der im vorherigem Reaktionsschritt entstandenen VPO-Vorstufe.In process step IV), the isolation of the VPO precursor formed in the previous reaction step takes place.
Vor der Isolierung des im Verlaufe der Reaktion gebildeten Feststoffes kann gegebe- nenfalls noch eine Abkühlphase, sowie eine Lagerungs- oder Alterungsphase der abgekühlten Reaktionsmischung erfolgen. Eine Lagerungs- oder Alterungsphase erfolgt beispielsweise durch stehen lassen des gebildeten Niederschlags in einem Temperaturbereich von 20 bis 500C ohne Rühren. Die Dauer der Lagerungs- oder Alterungsphase beträgt üblicherweise 1 bis 24 Stunden, bevorzugt 3 bis 20 und besonders be- vorzugt 8 bis 15 Stunden.Before the isolation of the solid formed in the course of the reaction, a cooling phase may optionally be carried out, as well as a storage or aging phase of the cooled reaction mixture. A storage or aging phase, for example, by leaving the precipitate formed in a temperature range of 20 to 50 0 C without stirring. The duration of the storage or aging phase is usually 1 to 24 hours, preferably 3 to 20 and more preferably 8 to 15 hours.
Geeignete Verfahren zur Isolierung des gebildeten Niederschlags von dem reduzierenden, organischen Lösungsmittel sind Verdampfung des Lösungsmittels, Filtration, Zentrifugation oder Dekantieren. Bevorzugt wird der Niederschlag durch Filtration von dem reduzierenden, organischen Lösungsmittel abgetrennt.Suitable methods for isolating the precipitate formed from the reducing organic solvent are evaporation of the solvent, filtration, centrifugation or decantation. Preferably, the precipitate is separated by filtration from the reducing organic solvent.
Die Filtration kann beim erfindungsgemäßen Verfahren prinzipiell in den bekannten, zur Filtration geeigneten Vorrichtungen durchgeführt werden. Als Beispiele geeigneter Vorrichtungen seien Nutschen, Plattenfilter und Zentrifugen (z.B. Stülpfilterzentrigugen) genannt. Bevorzugt ist der Einsatz einer Nutsche. Als geeignete Filtermedien seien Filterpapiere, poröse Filterfolien, engmaschige Netze und Gewebe genannt, wobei engmaschige Netze und Gewebe im Allgemeinen bevorzugt sind. Bevorzugt ist die Durchführung einer Druckfiltration. Besonders bevorzugt ist der Einsatz einer beheizbaren Druckfilternutsche, welche in einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform mit einem beheizbaren Rührer ausgestattet ist. Der beheizbare Rührer kann dabei zum Aufwirbeln der Suspension, zum Glattstreichen des Filterkuchens, zum Wärme- eintrag beim anschließenden Trocknungsvorgang, sowie zur Auflockerung beim Pro- duktaustrag dienen.The filtration can be carried out in the inventive method in principle in the known, suitable for filtration devices. Examples of suitable devices are suction filters, plate filters and centrifuges (eg inverting filter centrigug). The use of a suction filter is preferred. Suitable filter media are filter papers, porous filter sheets, tight meshes and fabrics, with dense nets and fabrics generally being preferred. Preferably, the Carrying out a pressure filtration. Particularly preferred is the use of a heated Druckfilternutsche, which is equipped in a very particularly preferred embodiment with a heated stirrer. The heatable stirrer can be used for stirring up the suspension, for smoothing out the filter cake, for heat input during the subsequent drying process, and for loosening up the product discharge.
In der Regel wird die Druckfiltration bei einem absoluten Druck von 0,1 bis 2 MPa, bevorzugt 0,2 bis 1 ,0 MPa und besonders bevorzugt 0,3 bis 0,5 MPa oberhalb der Filter- nutsche und bei einer Temperatur von 10 bis 500C, besonders bevorzugt von 20 bis 300C durchgeführt.In general, the pressure filtration at an absolute pressure of 0.1 to 2 MPa, preferably 0.2 to 1, 0 MPa and more preferably 0.3 to 0.5 MPa above the filter suction and at a temperature of 10 to 50 0 C, more preferably carried out from 20 to 30 0 C.
Der isolierte Niederschlag kann ungewaschen oder gewaschen weiterverarbeitet werden. Das Waschen des isolierten Niederschlags hat den Vorteil, dass noch anhaftende Reste des Alkohols (II) sowie dessen Abbauprodukte weiter verringert werden können. Als geeignete Lösungsmittel für den Waschvorgang seien beispielsweise Alkohole, aliphatische und/oder aromatische Kohlenwasserstoffe (z.B. Pentan, Hexan, Benzine, Benzol, Toluol, XyIoIe), Ketone (z.B. 2-Propanon (Aceton), 2-Butanon, 3-Pentanon), Ether (z.B. 1 ,2-Dimethoxyethan, Tetrahydrofuran, 1 ,4-Dioxan) oder deren Mischungen genannt. Wird der isolierte Niederschlag gewaschen, so wird bevorzugt eines der bei der vorhergehenden Umsetzung gewählten organischen, reduzierenden Lösungsmittel und/oder Aceton eingesetzt. Bevorzugt erfolgt die Waschung des isolierten Niederschlages in der Druckfiltrationsnutsche durch mindestens einen, bevorzugt 1 bis 20 und besonders bevorzug 3 bis 10 Resuspendierungvorgänge. Während eines Re- suspendierungsvorgangs wird der Nutschkuchen nach dem Trockenblasen durch Zugabe eines Lösungsmittel in der Filternutsche unter Rühren in Suspension gebracht und anschließend das Lösungsmittel vom Filterkuchen wieder abgetrennt. Nach der Resuspendierung erfolgt in der Regel ein erneutes Trockenblasen des Nutschkuchens unter Einleitung eines Inertgases. Bevorzugterweise erfolgt die Resuspendierung in Aceton.The isolated precipitate can be processed unwashed or washed. The washing of the isolated precipitate has the advantage that still adhering residues of the alcohol (II) and its degradation products can be further reduced. Examples of suitable solvents for the washing process are alcohols, aliphatic and / or aromatic hydrocarbons (eg pentane, hexane, benzines, benzene, toluene, xylene), ketones (eg 2-propanone (acetone), 2-butanone, 3-pentanone), Ethers (eg, 1, 2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 1, 4-dioxane) or mixtures thereof called. If the isolated precipitate is washed, it is preferred to use one of the organic, reducing solvents and / or acetone selected in the preceding reaction. The washing of the isolated precipitate in the pressure filtration filter is preferably carried out by at least one, preferably 1 to 20 and particularly preferably 3 to 10, resuspension procedures. During a resuspension process, the filter cake is brought into suspension after being blown dry by addition of a solvent in the filter chute with stirring and then the solvent is separated from the filter cake again. After resuspension is usually a re-blowing the Nutschkuchens dry under introduction of an inert gas. Preferably, the resuspension is carried out in acetone.
Im Verfahrensschritt V) wird der Niederschlag wird nach der Isolierung getrocknet.In process step V), the precipitate is dried after isolation.
Als Trocknung wird im Allgemeinen eine Temperaturbehandlung im Bereich von 30 bis 250°C angesehen, welche in der Regel bei einem Druck von 0,0 ("Vakuum") bisDrying is generally considered to be a temperature treatment in the range of 30 to 250 ° C, which is usually at a pressure of 0.0 ("vacuum") to
0,1 MPa abs ("Atmosphärendruck") durchgeführt wird. Bei einer Trocknung unter Vakuum kann gegenüber einer Trocknung unter Atmosphärendruck in der Regel eine niedrigere Temperatur angewandt werden. Die gegebenenfalls bei der Trocknung ü- berstehende Gasatmosphäre kann Sauerstoff, Wasserdampf und/oder Inertgase, wie etwa Stickstoff, Kohlendioxid oder Edelgase enthalten. Bevorzugt führt man die Trocknung bei einem Druck von 1 bis 30 kPa abs, besonders bevorzugt 10 bis 20 kPa abs und einer Temperatur von 50 bis 2000C, besonders bevorzugt zwischen 100 und 1500C, unter sauerstoffhaltiger oder sauerstofffreier Restgasatmosphäre, wie beispielsweise Luft oder Stickstoff, durch. Bevorzugt führt man die Trocknung unter einer sauerstofffreien Restgasatmosphäre durch. Die Trocknung kann beispielsweise in der zur Filtration eingesetzten Vorrichtung oder in einem separaten Apparat, zum Beispiel einem Trockenschrank oder einem kontinuierlich arbeitenden Bandtrockner durchgeführt werden. Bevorzugt wird die Trocknung in der zur Filtration eingesetzten Vorrichtung durchgeführt. Die Dauer der Trocknung kann mehrere Stunden betragen. Die Dauer der Trocknung richtet sich nach dem Rest-Kohlenstoffgehalt, der 5 Gew.-% oder weniger und bevorzugt zwischen 1 ,0 und 2,5 Gew.-% in der getrockneten VPO- Vorstufe betragen soll. In der Regel ergibt sich daraus eine Trocknungsdauer zwischen 1 und 50 Stunden, bevorzugt zwischen 5 und 30 Stunden und besonders bevorzugt zwischen 10 und 25 Stunden.0.1 MPa abs ("atmospheric pressure") is performed. Drying under vacuum usually allows a lower temperature to be used than drying under atmospheric pressure. The gaseous atmosphere optionally present during drying may contain oxygen, water vapor and / or inert gases, such as nitrogen, carbon dioxide or noble gases. Preferably, the drying is carried out at a pressure of 1 to 30 kPa abs, more preferably 10 to 20 kPa abs and a temperature of 50 to 200 0 C, more preferably between 100 and 150 0 C, under oxygen-containing or oxygen-free residual gas atmosphere, such as air or nitrogen, by. The drying is preferably carried out under an oxygen-free residual gas atmosphere. The drying can be carried out, for example, in the device used for filtration or in a separate apparatus, for example a drying cabinet or a continuous belt dryer. Preferably, the drying is carried out in the apparatus used for filtration. The duration of the drying can be several hours. The duration of the drying depends on the residual carbon content, which should amount to 5% by weight or less and preferably between 1, 0 and 2.5% by weight in the dried VPO precursor. As a rule, this results in a drying time of between 1 and 50 hours, preferably between 5 and 30 hours and more preferably between 10 and 25 hours.
Die erfindungsgemäßen VPO-Vorstufen können zur Herstellung von Katalysatorvorstu- fen bzw. Katalysatoren für die Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen, insbesondere Butan, eingesetzt werden.The VPO precursors according to the invention can be used for the preparation of catalyst precursors or catalysts for the gas phase oxidation of hydrocarbons, in particular butane.
Die vorliegende Erfindung betrifft demnach außerdem Katalysatorvorstufen bzw. Katalysatoren, die durch folgende Verfahrensschritte erhältlich sind:The present invention accordingly also relates to catalyst precursors or catalysts obtainable by the following process steps:
a) Herstellung einer Suspension, enthaltend eine Vanadium-, Phosphor- und Sauerstoff enthaltende Vorstufe (VPO-Vorstufe), deren mit Ultraschall dispergierte Primärpartikel in wässriger Lösung einen mittleren Durchmesser dso, pnmarpamkei kleiner als 1 ,3 μm aufweisen und die in Wasser in Form von Agglomeraten mit einem mitt- leren Durchmesser dso, Aggiomerate von 2 μm bis 20 μm vorliegt, wobei die mittlerena) Preparation of a suspension containing a vanadium, phosphorus and oxygen-containing precursor (VPO precursor) whose ultrasonically dispersed primary particles in aqueous solution have an average diameter dso, pnmarpamkei smaller than 1, 3 microns and in water in the form of agglomerates with an average diameter dso, agglomerates of 2 microns to 20 microns is present, the middle
Durchmesser der Primärpartikel sowie der Aggiomerate der VPO-Vorstufe durch Laserbeugung nach ISO 13320 ermittelt werden, b) Sprühtrocknung der Suspension und c) ggf. Überführung der in Schritt b) erhaltenen Katalysatorvorstufe in den Katalysator durch thermische Behandlung.Diameter of the primary particles and of the agglomerates of the VPO precursor are determined by laser diffraction according to ISO 13320, b) spray-drying the suspension and c) optionally converting the catalyst precursor obtained in step b) into the catalyst by thermal treatment.
a) Herstellung der Suspensiona) Preparation of the suspension
Die erfindungsgemäßen Katalysatorvorstufen bzw. Katalysatoren werden durch Sprüh- trocknung einer Suspension hergestellt, die die erfindungsgemäße VPO-Vorstufe enthält. Als geeignetes Suspensionsmedium wird in der Regel Wasser verwendet.The catalyst precursors or catalysts according to the invention are prepared by spray-drying a suspension which contains the VPO precursor according to the invention. As a suitable suspension medium usually water is used.
Der Kohlenstoffgehalt in der VPO-Vorstufe beträgt üblicherweise 5 Gew.-% oder weni- ger, bevorzugt zwischen 1 ,0 und 2,5 Gew.-%. Der Massenanteil der trockenen, erfindungsgemäßen VPO-Vorstufe in der Suspension sollte so gewählt werden, dass die Viskosität der Suspension in einem für die Sprühtrocknung verarbeitbaren Bereich liegt. Die Viskosität der Suspension ist unter anderem auch von der durchschnittlichen Partikelgröße der VPO-Vorstufe abhängig. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in Abhängigkeit des mittleren Durchmessers der Agglomerate dso, Aggbmerate der Massenanteil der VPO-Vorstufe an der Suspension wie folgt eingestellt wird:The carbon content in the VPO precursor is usually 5 wt .-% or less, preferably between 1, 0 and 2.5 wt .-%. The mass fraction of the dry VPO precursor according to the invention in the suspension should be selected so that the viscosity of the suspension is in a range which can be processed for spray drying. Among other things, the viscosity of the suspension is dependent on the average particle size of the VPO precursor. It has proved to be advantageous if, depending on the average diameter of the agglomerates dso, Aggbmerate, the mass fraction of the VPO precursor to the suspension is set as follows:
2 μm < dso, Aggiomerate< 5 μm: bevorzugt 10 bis 35 Gew.-% VPO-Vorstufe, beson- ders bevorzugt 15 bis 25 Gew.-% VPO-Vorstufe, bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Suspension.2 μm <dso, agglomerates <5 μm: preferably 10 to 35 wt.% VPO precursor, particularly preferably 15 to 25 wt.% VPO precursor, based on the total mass of the suspension used.
5 μm < dso, Aggiomerate< 10 μm: bevorzugt 15 bis 40 Gew.-% VPO-Vorstufe, besonders bevorzugt 20 bis 35 Gew.-% VPO-Vorstufe, bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Suspension.5 μm <dso, agglomerates <10 μm: preferably 15 to 40% by weight VPO precursor, more preferably 20 to 35% by weight VPO precursor, based on the total mass of the suspension used.
10 μm < dso, Aggiomerate≤ 20 μm: bevorzugt 20 bis 50 Gew.-% VPO-Vorstufe, besonders bevorzugt 25 bis 40 Gew.-% VPO-Vorstufe, bezogen auf die Gesamtmasse der eingesetzten Suspension.10 μm <dso, agglomerates <20 μm: preferably 20 to 50 wt.% VPO precursor, particularly preferably 25 to 40 wt.% VPO precursor, based on the total mass of the suspension used.
Die Suspension kann geeignete Zusatzstoffe enthalten. Zusatzstoffe sind Substanzen, die nicht die eigentlich aktive Komponente darstellen, sondern die beispielsweise als Füllstoff oder Binder fungieren können. Geeignete Zusatzstoffe können beispielsweise aus der Gruppe bestehend aus Siliciumdioxid, Zirkoniumdioxid, Zinkoxid, Aluminium- oxid, Boroxid, Titandioxid, Germaniumoxid, Eisenoxid ausgewählt werden. Bevorzugt wird als Zusatzstoff Siliciumdioxid eingesetzt.The suspension may contain suitable additives. Additives are substances that are not actually the active component, but that can act as fillers or binders, for example. Suitable additives may, for example, be selected from the group consisting of silica, zirconium dioxide, zinc oxide, aluminum oxide, boron oxide, titanium dioxide, germanium oxide, iron oxide. Preferably, silicon dioxide is used as additive.
Die Zusatzstoffe können zumindest teilweise in kolloidaler Form eingesetzt werden. Kolloidale Form bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der mittlere Durchmesser der Zusatzstoffpartikel (dso, Zusatzstoff) im Bereich von 4 bis 100 nm liegt.The additives can be used at least partially in colloidal form. Colloidal form in this context means that the average diameter of the additive particles (dso, additive) is in the range of 4 to 100 nm.
Der mittlere Durchmesser dso, Zusatzstoff ist so definiert, dass 50% des Gesamtpartikelvolumens der Siliciumdioxidpartikel mit diesem oder einen kleineren Durchmesser bestehen. Eine geeignete Methode zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung der Silici- umdioxidpartikel ist beispielsweise die Laserbeugung nach ISO 13320. In der Regel kann der Wert für dso, sihαumdioxid auch vom jeweiligen Hersteller von Siliciumdioxidparti- keln und/oder Silicumdioxid-Dispersionen in Erfahrung gebracht werden. Die Zusatzstoffe in kolloidaler Form liegen in der Regel als SoI vor, in dem die Zusatzstoffpartikel in einem flüssigen Medium dispergiert sind.The mean diameter dso, additive is defined to be 50% of the total particle volume of the silica particles having this or a smaller diameter. A suitable method for determining the particle size distribution of the silicon dioxide particles, for example, the laser diffraction according to ISO 13320. In general, the value for dso, sihαumdioxid also by the respective manufacturer of silica particles and / or silica dispersions can be learned. The additives in colloidal form are usually present as sol, in which the additive particles are dispersed in a liquid medium.
Bevorzugt wird ein Silica-Sol eingesetzt, bei dem der Zusatzstoff Siliciumdioxid in kolloidaler Form in Wasser dispergiert ist. Der mittlere Durchmesser dso, Zusatzstoff der zugegebenen Zusatzstoffe in kolloidaler Form liegt in der Regel im Bereich von 4 bis 15 nm, bevorzugt im Bereich von 4 bis 10 nm und besonders bevorzugt im Bereich von 4 bis 8 nm. Insbesondere liegt mittlere Durchmesser des dispergierten Siliciumdioxids im SoI üblicherweise im Bereich von 4 bis 15 nm, bevorzugt im Bereich von 5 bis 10 nm und besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 8 nm. Beispiele für geeignete kommerziell erhältliche Silica-Sole sind Nalco® 2326 (Firma Nalco Co., Naperville, IL, USA; d5o, Zusatzstoff: 5 nm, 15 Gew.-% SiO2, pH = 9, NH4 + als Gegenion), Ludox® SM30 (Firma Grace Davison, Worms, D; dso, Zusatzstoff: 7 nm, 30 Gew.-% SiO2, pH = 10, Na+ als Gegenion) oder Ludox® HS40 (Firma Grace Davison, Worms, D; dso, Zusatzstoff: 12 nm, 40 Gew.-% SiO2, pH = 10, Na+ als Gegenion).Preference is given to using a silica sol in which the additive silicon dioxide in colloidal form is dispersed in water. The mean diameter d 50, additive of the added additives in colloidal form, is generally in the range from 4 to 15 nm, preferably in the range from 4 to 10 nm and particularly preferably in the range from 4 to 8 nm. In particular, the mean diameter of the dispersed silicon dioxide is in the sol usually in the range of 4 to 15 nm, preferably in the range of 5 to 10 nm and particularly preferably in the range of 5 to 8 nm. Examples of suitable commercially available silica sols are Nalco® 2326 (Nalco Co., Naperville, IL, USA; d 5 o, additive: 5 nm, 15% by weight SiO 2 , pH = 9, NH 4 + as counterion), Ludox® SM30 (Grace Davison, Worms, D; dso, additive: 7 nm , 30% by weight SiO 2 , pH = 10, Na + as counter ion) or Ludox® HS40 (Grace Davison, Worms, D; dso, additive: 12 nm, 40% by weight SiO 2 , pH = 10, Na + as counterion).
Der Zusatzstoff kann auch als Siliciumdioxid in Form von Polykieselsäure vorliegen.The additive may also be present as silica in the form of polysilicic acid.
Als Polykieselsäure wird im Rahmen der Erfindung das Kondensationsprodukt von Monokieselsäure oder Orthokieselsäure (Si(OH)4) bezeichnet, das in einem pH-Bereich zwischen 1 bis 4 polymerisiert wurde und aus Siliciumdioxidpartikeln besteht, die in der Regel einen mittleren Durchmesser von weniger als 3 bis 4 nm aufweisen. Bereits nach einigen Stunden neigt Polykieselsäure bei Raumtemperatur zur Vergelung. Der Grad und die Geschwindigkeit der weiteren Polymerisation (Vergelung) ist von ver- schiedenen Faktoren abhängig, wie dem eingestellten pH-Wert, der Silicium-In the context of the invention, the polysilicic acid is the condensation product of monosilicic acid or orthosilicic acid (Si (OH) 4 ) which has been polymerized in a pH range between 1 and 4 and consists of silicon dioxide particles which as a rule have an average diameter of less than 3 to 4 nm. After just a few hours, polysilicic acid tends to gel at room temperature. The degree and rate of further polymerisation (gelling) depends on various factors, such as the set pH, the silicon
Konzentration und der Temperatur. Unter alkalischen Bedingungen wandelt sich Polykieselsäure rasch in Silica um, das in kolloidaler Form vorliegt. Silica in kolloidaler Form weist definitionsgemäß im Allgemeinen einen mittleren Partikeldurchmesser von 5 nm oder mehr auf. Silica in kolloidaler Form kann in einem pH-Bereich zwischen 8 und 10 stabilisiert werden. Da Polykieselsäure bei Raumtemperatur in der Regel schon nach wenigen Stunden zu Vergelung neigt, ist es bei dieser Ausführungsform erforderlich die Polykieselsäure vor der Sprühtrocknung frisch anzusetzen. Die Herstellung erfolgt typischerweise aus einer handelsüblichen Natriumsilikatlösung (z.B. Natronwasserglas der Firma Merck KGaA,: ca. 27 Gew.-% SiO2 und ca. 8 Gew.-% Na2O, pH = 11 ) durch sauren lonenaustausch. Beim lonenaustausch werden Na+- Ionen durch HsO+-lonen ersetzt. Aufgrund der Kondensationsneigung der Polykieselsäure ist es vorteilhaft die Suspension in kühlbaren Behältern herzustellen. Die Temperatur der Suspension sollte in der Regel in einem Bereich von 0 bis 200C und bevorzugt von 5 bis 100C liegen.Concentration and temperature. Under alkaline conditions, polysilicic acid rapidly transforms to silica, which is in colloidal form. By definition, silica in colloidal form generally has a mean particle diameter of 5 nm or more. Silica in colloidal form can be stabilized in a pH range between 8 and 10. Since polysilicic acid usually tends to gel at room temperature after only a few hours, in this embodiment it is necessary to freshly prepare the polysilicic acid before spray-drying. The preparation is typically carried out from a commercially available sodium silicate solution (eg soda waterglass from Merck KGaA ,: about 27 wt .-% SiO 2 and about 8 wt .-% Na 2 O, pH = 11) by acidic ion exchange. In ion exchange, Na + ions are replaced by HsO + ions. Due to the tendency to condensation of the polysilicic acid, it is advantageous to prepare the suspension in coolable containers. The temperature of the suspension should generally be in a range of 0 to 20 0 C and preferably from 5 to 10 0 C.
Der mittlere Durchmesser dso, Zusatzstoff von Polykieselsäure kann aus den oben beschriebenen Gründen zeitlich veränderbar sein. In den Berechnungen zur Bestimmung des Verhältnisses (dso, pnmarpamkei/ dso, Zusatzstoff) wurde deshalb für den mittleren Durchmesser dso, Zusatzstoff von Polykieselsäure, die wie oben beschrieben frisch hergestellt wurde, ein Wert von 1 nm angenommen. Bezogen auf die Trockenmasse des Katalysators werden in der Regel 3 bis 25 Gew.- %, bevorzugt 6 bis auf 15 Gew.-% und besonders bevorzugt 7 bis 10 Gew.-% Zusatzstoffe eingesetzt, berechnet als entsprechendes Oxid des eingesetzten Zusatzstoffs, z.B. als SiÜ2 oder ÜO2. Bevorzugt werden in der Regel 3 bis 25 Gew.-%, bevorzugt 6 bis 15 Gew.-% und besonders bevorzugt 7 bis 10 Gew.-% Silizium eingesetzt, berechnet als SiÜ2 , bezogen auf die Trockenmasse des Katalysators.The mean diameter dso, additive of polysilicic acid may be temporally changeable for the reasons described above. In the calculations for determining the ratio (dso, pnmarpamkei / dso, additive), therefore, a value of 1 nm was assumed for the mean diameter dso, additive of polysilicic acid prepared fresh as described above. Based on the dry mass of the catalyst are usually 3 to 25% by weight, preferably 6 to 15 wt .-% and particularly preferably 7 to 10 wt .-% additives used, calculated as the corresponding oxide of the additive used, for example as SiÜ2 or ÜO2. As a rule, from 3 to 25% by weight, preferably from 6 to 15% by weight and more preferably from 7 to 10% by weight, of silicon are used, calculated as SiO 2, based on the dry mass of the catalyst.
Die eingesetzten Zusatzstoffe können teilweise oder vollständig als Siliciumdioxid in Form von Polykieselsäure vorliegen.The additives used may be partially or completely present as silica in the form of polysilicic acid.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt bei den Zusatzstoffen der Anteil von Siliciumdioxid in Form von Polykieselsäure 50 Gew.-% oder weniger, besonders bevorzugt 25 Gew.-% oder weniger und besonders bevorzugt 6 Gew.-% oder weniger, bezogen auf die Summe der Trockenmasse der insgesamt zugesetzten Zusatzstoffe. In dieser bevorzugten Ausführungsform werden Zusatzstoffpartikel in kolloidaler Form in die Suspension eingesetzt, die im Verhältnis zu der Primarpartikelgröße der erfindungsgemäßen VPO-Vorstufe ausreichend groß sind. Das Verhältnis der Durchmesser der Primärpartikel der VPO-Vorstufe zu dem Durchmesser der Partikel des eingesetzten Zusatzstoffes (d 50, Zusatzstoff) sollte in dieser besonderen Ausführungsform im Bereich 90 bis 170 liegen. Dadurch werden nach erfolgter Sprühtrocknung der Suspension in der Regel sogenannte „eingebettete Katalysatoren" erhalten. Solche Katalysatoren weisen eine Morphologie auf, bei der die Zusatzstoffpartikel über den gesamten Querschnitt des sprühgetrockneten Pulvers verteilt sind.In a preferred embodiment, the proportion of silicon dioxide in the form of polysilicic acid in the additives is 50% by weight or less, more preferably 25% by weight or less, and particularly preferably 6% by weight or less, based on the sum of the dry matter the total added additives. In this preferred embodiment, additive particles in colloidal form are used in the suspension, which are sufficiently large in relation to the primary particle size of the VPO precursor according to the invention. The ratio of the diameters of the primary particles of the VPO precursor to the diameter of the particles of the additive used (d 50, additive) should be in the range from 90 to 170 in this particular embodiment. As a result, after the spray drying of the suspension, so-called "embedded catalysts" are generally obtained, Such catalysts have a morphology in which the additive particles are distributed over the entire cross section of the spray-dried powder.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Zusatzstoffe zugegeben, deren Partikelgröße im Vergleich zu der Primärpartikelgröße der erfindungsgemäßen VPO-Vorstufe ausreichend klein ist, um sogenannte „gekapselte Katalysatoren" herzustellen. Die Morphologie von „gekapselten Katalysatoren" unterscheidet sich von der Morphologie von „eingebetteten Katalysatoren" dadurch, dass sich die Zusatzstoffe nach erfolgter Sprühtrocknung in der Regel in der äußeren Schale der durch Sprühtrocknung gebildeten Katalysatoren befinden. „Gekapselte Katalysatoren" werden bevorzugt gebildet, wenn das Verhältnis der mittleren Durchmesser der Primärpartikel der Vanadium-, Phosphor und Sauerstoff enthaltenden VPO-Vorstufe zum Durchmesser der Zusatzstoff-Partikel von (dso, Pnmarpamkei/ dso, Zusatzstoff) mehr als 500 beträgt.In a further preferred embodiment, additives are added whose particle size is sufficiently small in comparison to the primary particle size of the VPO precursor according to the invention to produce so-called "encapsulated catalysts." The morphology of "encapsulated catalysts" differs from the morphology of "embedded catalysts". in that the additives are usually in the outer shell of the spray-formed catalysts after spray drying. "Encapsulated catalysts" are preferably formed when the ratio of the average diameters of the primary particles of the vanadium-, phosphorus- and oxygen-containing VPO precursor to the diameter of the additive particles of (dso, Pnmarpamkei / dso, additive) is more than 500.
Es ist für diese bevorzugte Ausführungsform deshalb vorteilhaft den Zusatzstoff wei- testgehend als Siliciumdioxid in Form von Polykieselsäure einzusetzen, um ein zur Bildung von gekapselten Katalysatoren erforderliches Größenverhältnis (dso, pnmarpamkei/ dso, Innerststoffe) von 500 oder mehr zu erreichen. Die Zusatzstoffe können aber auch in kolloidaler Form oder als Mischung der beiden Formen vorliegen, wenn das entsprechende Größenverhältnis (dso, pnmarpamkei/ dso, Innerststoffe) im Bereich von 500 oder mehr liegt. Bevorzugt liegen die Zusatzstoffe als Siliciumdioxid in kolloidaler Form, als Silici- umdioxid in Form von Polykieselsäure oder als Mischung vor, die sowohl Siliciumdioxid in kolloidaler Form als auch Siliciumdioxid in Form von Polykieselsäure enthält. Bevorzugt wird als Zusatzstoff Siliciumdioxid in Form von Polykieselsäure eingesetzt.It is therefore advantageous for this preferred embodiment to use the additive as a silica in the form of polysilicic acid in order to achieve a size ratio (dso, pnmarpamkei / dso, innards) of 500 or more required for the formation of encapsulated catalysts. However, the additives may also be present in colloidal form or as a mixture of the two forms if the corresponding size ratio (dso, pnmarpamkei / dso, inner substances) is in the range of 500 or more. Preferably, the additives are in the form of silica in colloidal form, as silicon dioxide in the form of polysilicic acid or as a mixture containing both silica in colloidal form and silica in the form of polysilicic acid. Silica in the form of polysilicic acid is preferably used as additive.
Damit das entsprechende Größenverhältnis (dso, Pnmarpamkei/ dso, Zusatzstoff) im Bereich von 500 oder mehr liegt, ist es vorteilhaft, wenn die mittleren Durchmesser der Primärpartikel der eingesetzten VPO-Vorstufe mindestens 0,65 μm, bevorzugt mindestens 0,7μm und besonders bevorzugt mindestens 0,8 μm betragen.In order for the corresponding size ratio (dso, Pnmarpamkei / dso, additive) is in the range of 500 or more, it is advantageous if the average diameter of the primary particles of the VPO precursor used at least 0.65 .mu.m, preferably at least 0.7 .mu.m and more preferably at least 0.8 microns.
Es ist auch möglich, Katalysatoren zu erhalten, die eine Morphologie aufweisen, die sowohl Elemente der „eingebetteten Katalysatoren" als auch der „gekapselten Katalysatoren" aufweisen. Eine solche Morphologie kann dergestalt aussehen, dass sich ein Großteil der Zusatzstoffpartikel in der Nähe der äußeren Oberfläche befindet, ein Teil der Zusatzstoffpartikel jedoch über den gesamten Partikelquerschnitt verteilt vorliegt. Weiterhin kann eine Mischmorphologie so aussehen, dass die Schale aus Zusatzstoffpartikeln mehr oder weniger große Lücken aufweist. Katalysatoren mit einer solchen Misch-Morphologie können beispielsweise erhalten werden, wenn das Verhältnis der mittleren Durchmesser der Primärpartikel zu dem mittleren Durchmesser der Zusatzstoffpartikel (dδO, Primarpartikel/ d 50, Zusatzstoff) im Bereich Vθn 170 bJS 500 Nβgt.It is also possible to obtain catalysts having a morphology comprising both "embedded catalyst" and "encapsulated catalyst" elements. Such a morphology may look like that most of the additive particles are near the outer surface, but some of the additive particles are distributed over the entire particle cross-section. Furthermore, a mixed morphology can be such that the shell of additive particles has more or less large gaps. Catalysts having such a mixed morphology can be obtained, for example, if the ratio of the average diameter of the primary particles to the mean diameter of the additive particles (dδO, primary particles / d 50, additive) in the range Vθn 170 bJS 500 Nβgt.
Die Morphologie der Katalysatoren kann beispielsweise durch Elektronenmikroskopie in Verbindung mit energiedispersiver Röntgenanalyse (EDX) bestimmt werden.The morphology of the catalysts can be determined, for example, by electron microscopy in conjunction with energy-dispersive X-ray analysis (EDX).
Weiterhin kann die Suspension Sprühhilfsmittel enthalten. Als Sprühhilfsmittel sind beispielsweise zu nennen Cellulosederivate, Polyvinylpyrrolidone, Copolymere aus Vinylpyrrolidon und Vinylacetat, Stärkederivate, Polyvinylalkohole oder wasserlösliche Dispergiermittel vom Typ Sokalan® (BASF AG). Die Sprühhilfsmittel werden in der Regel in Mengen von 0 bis 20 Gew.-%, insbesondere 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung der Suspension, zugegeben.Furthermore, the suspension may contain spray aids. Examples of suitable spraying aids are cellulose derivatives, polyvinylpyrrolidones, copolymers of vinylpyrrolidone and vinyl acetate, starch derivatives, polyvinyl alcohols or water-soluble dispersants of the Sokalan® type (BASF AG). The spray aids are generally added in amounts of 0 to 20 wt .-%, in particular 1 to 10 wt .-%, based on the composition of the suspension.
Die Suspension sollte vor der Sprühtrocknung in der Regel homogenisiert und die Zusatzstoffe ausreichend dispergiert werden. Eine Homogenisierung und Dispergierung kann durch intensives Rühren erfolgen. In einer vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die gleichzeitige Verwendung eines Propellerrührers und eines Ultra-Turrax-Rührers. Die Kombination der beiden Rührer ermöglicht eine optimale Mischung bzw. Homogenisierung sowie eine Dispergierung der Partikel in der Suspension befindlichen Feststoffpartikel. In der Regel wird die Homogenisierung und Dispergierung in einem gekühlten Doppelmantelgefäß durchgeführt.The suspension should generally be homogenized before spray-drying and the additives should be sufficiently dispersed. Homogenization and dispersion can be carried out by intensive stirring. In an advantageous embodiment, the simultaneous use of a propeller stirrer and an Ultra Turrax stirrer takes place. The combination of the two stirrers allows optimum mixing or homogenization and dispersion of the particles in the suspension of solid particles. In general, the homogenization and dispersion is carried out in a cooled jacketed vessel.
b) Sprühtrocknung der Suspension Die Herstellung des Sprühpulvers (Katalysatorvorstufe) erfolgt durch Sprühtrocknung der Suspension durch Zerstäuben der Suspension in ein inertes Gas. Entweder kann die Zerstäubungstemperatur so gewählt werden, dass die Suspension die für die Zerstäubung geeignete Viskosität besitzt, oder der Feststoffgehalt der Suspension kann so gewählt werden, dass die Suspension die geeignete Viskosität bei einer bestimmten Zerstäubungstemperatur hat, wobei letzteres bevorzugt wird. Im allgemeinen wird die Suspension bei Raumtemperatur zerstäubt.b) spray-drying the suspension The preparation of the spray powder (catalyst precursor) is carried out by spray-drying the suspension by spraying the suspension into an inert gas. Either the sputtering temperature can be chosen so that the suspension has the viscosity suitable for sputtering, or the solids content of the suspension can be chosen so that the suspension has the appropriate viscosity at a particular sputtering temperature, the latter being preferred. In general, the suspension is atomized at room temperature.
Die Viskosität der in der Sprühturmvorlage befindlichen Suspension kann wie oben stehend beschrieben durch den Anteil an zugegebener VPO-Vorstufe eingestellt werden.The viscosity of the suspension present in the spray tower original can be adjusted as described above by the proportion of added VPO precursor.
Zur weiteren Absenkung der Viskosität können Fliess- bzw. Dispergiermittel eingesetzt werden. Geeignete Fliess- bzw. Dispergiermittel sind beispielsweise Fliess- bzw. Dispergiermittel vom Typ Sokalan® (Hersteller: BASF Aktiengesellschaft).Fluxing or dispersing agents can be used to further reduce the viscosity. Suitable flow or dispersants are, for example, flow or dispersants of the type Sokalan® (manufacturer: BASF Aktiengesellschaft).
Zur Zerstäubung können Zerstäuber wie Druckdüsen, pneumatische Zerstäuber, Rotationszerstäuber (Zerstäuberrad) oder Ultraschallzerstäuber verwendet werden. Bevorzugt wird ein laminar betriebener Rotationszerstäuber (LAMROT) verwendet. Ein sol- eher Rotationszerstäuber ist beispielsweise in WO 94/213843 beschrieben.For atomization, atomizers such as pressure nozzles, pneumatic atomizers, rotary atomizers or ultrasonic atomizers can be used. Preferably, a laminar operated rotary atomizer (LAMROT) is used. Such a rotary atomizer is described, for example, in WO 94/213843.
Nach der Zerstäubung können die Flüssigkeitströpfchen in einer Trockenkammer beispielsweise in einem Sprühturm bekannter Bauart getrocknet werden (s. z.B. K. Masters: Spray Drying Handbook, Leonhard Hill Books, London, 1972).After atomization, the liquid droplets may be dried in a drying chamber, for example, in a spray tower of known type (see, for example, K. Masters: Spray Drying Handbook, Leonhard Hill Books, London, 1972).
Die Trocknung sollte in der Regel in einem ausreichend großen Sprühturm erfolgen, so dass eine langsame und gleichmäßige Trocknung des Sprühpulvers gewährleistet wird.As a rule, drying should take place in a sufficiently large spray tower so that a slow and uniform drying of the spray powder is ensured.
Wird zur Zerstäubung der Suspension ein LAMROT-Rotationszerstäuber verwendet, ist beispielsweise der Durchmesser des Sprühturms typischerweise größer als 1 ,5 m. Vorzugsweise sollte der Durchmesser des Sprühturms in diesem Falle zwischen 2 und 4 m betragen und die Gesamthöhe des Spühturms vorzugsweise zwischen 2 und 10 m betragen.If a LAMROT rotary atomizer is used to atomize the suspension, for example, the diameter of the spray tower is typically greater than 1.5 m. Preferably, the diameter of the spray tower in this case should be between 2 and 4 m and the total height of the spray tower should preferably be between 2 and 10 m.
Die zur Verdampfung des Suspensionsmediums erforderliche Wärme wird dabei bevorzugt am Kopf des Turmes durch ein inertes Trocknungsgas zugeführt. Als Trocknungsgas eignet sich vor allem Luft. Es können aber auch andere Gase wie Stickstoff oder Kohlendioxid verwendet werden. Die Gastemperatur am Kopf des Trockenturms ist vorzugsweise größer als die Verdampfungstemperatur des Suspensionsmediums. Bei der Verwendung von Wasser als Suspensionsmedium beträgt sie 1000C oder mehr. Bevorzugt liegt sie im Bereich von 120 bis 1500C. Zu hohe Temperaturen am Kopf des Sprühturms können eine zu schnelle Trocknung und damit eine reduzierte Abriebfestigkeit der Katalysatorpartikel bewirken.The heat required for the evaporation of the suspension medium is preferably supplied at the top of the tower by an inert drying gas. The drying gas is above all air. However, other gases such as nitrogen or carbon dioxide can be used. The gas temperature at the top of the drying tower is preferably greater than the evaporation temperature of the suspension medium. When using water as the suspension medium, it is 100 ° C. or more. It is preferably in the range from 120 to 150 ° C. Too high temperatures on Head of the spray tower can cause too fast drying and thus a reduced abrasion resistance of the catalyst particles.
Vorzugsweise strömt das Trocknungsgas zusammen mit den Flüssigkeitströpfchen durch den Trockenturm und wird am Ausgang des Turmes zusammen mit dem Trockengut abgesaugt. Die Gastemperatur am Ausgang des Turmes (Austrittstemperatur) hängt von dem gewünschten Restgehalt des Suspensionsmediums im Pulver ab. Die Austrittstemperatur liegt üblicherweise im Bereich von 80 bis 1300C, bevorzugt im Bereich von 90 bis 1100C.Preferably, the drying gas flows together with the liquid droplets through the drying tower and is sucked off at the outlet of the tower together with the dry matter. The gas temperature at the outlet of the tower (outlet temperature) depends on the desired residual content of the suspension medium in the powder. The outlet temperature is usually in the range of 80 to 130 0 C, preferably in the range of 90 to 110 0 C.
Das Pulver kann im allgemeinen wie üblich durch Filter oder Zyklone von dem Gasstrom getrennt werden. Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Pulver werden bevorzugt Zyklone zur Feststoffabtrennung verwendet.The powder can generally be separated from the gas stream by filters or cyclones, as usual. Cyclones for solids separation are preferably used for the preparation of the powders according to the invention.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen erfindungsgemäßen Pulver weisen im allgemeinen eine durchschnittliche Partikelgröße (Zahlenmittelwert) von 40 bis 120μm, bevorzugt von 50 bis 100 auf. Insbesondere beträgt die durchschnittliche Partikelgröße von 60 bis 90 μm.The powders of the invention obtainable by the process according to the invention generally have an average particle size (number average) of from 40 to 120 μm, preferably from 50 to 100. In particular, the average particle size is from 60 to 90 μm.
Das so erhaltene Sprühpulver stellt die erfindungsgemäße Katalysatorvorstufe dar, die ggf. durch thermische Behandlung in den erfindungsgemäßen Katalysator überführt wird. Es versteht sich von selbst, dass die Herstellung der Katalysatorvorstufe und des Katalysators an verschiedenen Orten vorgenommen werden kann. Vor der Überführung der Katalysatorvorstufe in den erfindungsgemäßen Katalysator kann die Katalysa- torvorstufe in geeigneter Weise gelagert oder transportiert werden.The spray powder thus obtained is the catalyst precursor of the invention, which is optionally converted by thermal treatment in the catalyst of the invention. It goes without saying that the preparation of the catalyst precursor and the catalyst can be carried out at different locations. Before the catalyst precursor is converted into the catalyst according to the invention, the catalyst precursor can be stored or transported in a suitable manner.
c) Herstellung des Katalysatorsc) Preparation of the catalyst
Der Katalysator wird durch thermische Behandlung der Katalysatorvorstufe hergestellt.The catalyst is prepared by thermal treatment of the catalyst precursor.
Soll der Katalysator später in Festbettreaktoren eingesetzt werden, so wird die Katalysatorvorstufe üblicherweise vor der thermischen Behandlung einer Formgebung unterzogen werden. Gängige Verfahren der Formgebung sind beispielsweise im Ullmann [Ullmann's Encyclopedia Electronic Release 2000, Kapitel: .Catalysis and Catalysts', S28-32] und von Ertl et al. [Ertl, Knözinger, Weitkamp:Ηandbook of Heterogenoeous Catalysis", VCH Weinheim, 1997, Seiten 98 ff] beschrieben.If the catalyst is to be used later in fixed bed reactors, the catalyst precursor will usually be subjected to shaping before the thermal treatment. Common methods of shaping are described, for example, in Ullmann [Ullmann's Encyclopedia Electronic Release 2000, Chapter: 'Catalysis and Catalysts', S28-32] and by Ertl et al. [Ertl, Knözinger, Weitkamp: Ηandbook of Heterogeneous Catalysis ", VCH Weinheim, 1997, pages 98 ff].
Wie in den genannten Literaturstellen beschrieben, können durch den Prozess der Formgebung Formkörper in jeglicher Raumform, z.B. rund, eckig, länglich oder derglei- chen, z.B. in Form von Strängen, Tabletten, Granulat, Kugeln, Zylindern oder Körnern erhalten werden. Gängige Verfahren der Formgebung sind beispielsweise Extrusion, Tablettieren, d.h. mechanisches Verpressen oder Pelletieren, d.h. Kompaktieren durch kreisförmige und/oder rotierende Bewegungen.As described in the abovementioned references, moldings in any spatial form, for example round, angular, oblong or the like, for example in the form of strands, tablets, granules, spheres, cylinders or granules, can be obtained by the shaping process. Common methods of shaping are, for example, extrusion, Tableting, ie mechanical pressing or pelleting, ie compacting by circular and / or rotating movements.
Soll der Katalysator in einem Wirbelbettverfahren eingesetzt werden, so wird in der Regel die aus dem Schritt b) erhaltene Katalysatorvorstufe thermisch behandeltIf the catalyst is to be used in a fluidized bed process, the catalyst precursor obtained from step b) is generally treated thermally
Durch geeignete, an das jeweilige Katalysatorsystem angepasste Kombination von Temperaturen, Behandlungsdauern und Gasatmosphären bei der thermischen Behandlung kann die mechanische und katalytische Eigenschaft des Katalysators beein- flusst und somit gezielt eingestellt werden.By suitable combination of temperatures, treatment times and gas atmospheres during the thermal treatment adapted to the respective catalyst system, the mechanical and catalytic property of the catalyst can be influenced and thus adjusted in a targeted manner.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die thermische Behandlung der Katalysatorvorstufe als zweistufige Kalzinierung. Die Kalzinierungsstufen können jeweils diskontinuierlich, beispielsweise in einem Schachtofen, Hordenofen, Muffelofen, Wärme- schrank oder im Wirbelbettreaktor oder kontinuierlich, beispielsweise in einem Drehrohr, Bandkalzinierofen oder Drehkugelofen durchgeführt werden. Sie kann sukzessive verschiedene Abschnitte hinsichtlich der Temperatur wie Aufheizen, Konstanthalten der Temperatur oder Abkühlen und sukzessive verschiedene Abschnitte hinsichtlich der Atmosphären wie beispielsweise sauerstoffhaltige, wasserdampfhaltige, sauerstoff- freie Gasatmosphären enthalten.In a preferred embodiment, the thermal treatment of the catalyst precursor is carried out as a two-stage calcination. The calcination stages can each be carried out batchwise, for example in a shaft furnace, tray furnace, muffle furnace, heating cabinet or in a fluidized bed reactor or continuously, for example in a rotary kiln, belt kiln or rotary kiln. It may successively contain various portions in terms of temperature such as heating, keeping the temperature constant or cooling and successively various portions with respect to the atmospheres such as oxygen-containing, water vapor-containing, oxygen-free gas atmospheres.
Die thermische Behandlung der Katalysatorvorstufe wird in der Regel als zweistufige Kalzinierung durchgeführt, wobei die zweistufige Kalzinierung des Sprühpulvers bevorzugt in einem Wirbelbettreaktor durchgeführt wird.The thermal treatment of the catalyst precursor is usually carried out as a two-stage calcination, wherein the two-stage calcination of the spray powder is preferably carried out in a fluidized bed reactor.
Die erste Stufe der Kalzinierung wird in der Regel in einer oxidierenden Atmosphäre mit einem Sauerstoff-Gehalt von 2 bis 21 Vol.-% durchgeführt und findet üblicherweise in einem Temperaturbereich von 300 bis 4000C statt. Im Allgemeinen besteht die oxi- dierende Atmosphäre aus Luft, alternativ können auch Mischungen aus Sauerstoff, Inertgasen (z.B. Stickstoff oder Argon), Wasserstoffoxid (Wasserdampf) und/oder Luft eingesetzt werden.The first stage of calcination is usually carried out in an oxidizing atmosphere with an oxygen content of 2 to 21 vol .-% and usually takes place in a temperature range of 300 to 400 0 C. In general, the oxidizing atmosphere consists of air; alternatively, mixtures of oxygen, inert gases (eg nitrogen or argon), hydrogen oxide (water vapor) and / or air can also be used.
Die Dauer der ersten Kalzinierungsstufe ist beim erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt derart zu wählen, dass sich eine mittlere Oxidationsstufe des Vanadiums auf einen Wert von +3,9 bis +4,4, bevorzugt von +4,0 bis +4,3, einstellt.The duration of the first calcination stage in the process according to the invention is preferably to be selected such that a mean oxidation state of the vanadium is set to a value of +3.9 to +4.4, preferably +4.0 to +4.3.
Die Dauer der ersten Kalzinierungsstufe ist im Allgemeinen abhängig von der Natur der VPO-Vorstufe, der eingestellten Temperatur und der gewählten Gasatmosphäre, insbesondere des Sauerstoff-Gehalts. Im Allgemeinen erstreckt sich der Zeitraum der ersten Kalzinierungsstufe auf eine Dauer von über 20 Minuten und bevorzugt von über 60 Minuten. Im Allgemeinen ist ein Zeitraum von bis zu 120 Minuten zur Einstellung der gewünschten mittleren Oxidationsstufe ausreichend. Unter entsprechend eingestellten Bedingungen (z.B. unterer Bereich des Temperaturintervalls und/oder geringer Gehalt an molekularem Sauerstoff) kann aber auch ein Zeitraum von über 6 Stunden erforderlich sein.The duration of the first calcination stage is generally dependent on the nature of the VPO precursor, the set temperature and the selected gas atmosphere, in particular the oxygen content. In general, the period of the first calcination stage extends to a duration of over 20 minutes, and preferably over 60 minutes. Generally, a period of up to 120 minutes is sufficient to set the desired average oxidation level. Under appropriately set conditions (eg lower range of the temperature interval and / or low content at molecular oxygen), but also a period of over 6 hours may be required.
Die Bestimmung der mittleren Oxidationsstufe erfolgt üblicherweise über potentiometri- sehe Titration nach der in den Beispielen beschriebenen Methode.The average oxidation state is usually determined by potentiometric titration according to the method described in the examples.
Da die Bestimmung der mittleren Oxidationsstufe des Vanadiums während der Kalzinierung aus apparativen und zeitlichen Gründen nur äußerst schwierig zu bestimmen ist, ist der erforderliche Zeitraum Vorteilhafterweise in Vorversuchen experimentell zu bestimmen. In der Regel dient hierzu eine Messreihe, bei der unter definierten Bedingungen getempert wird, wobei die Proben nach unterschiedlichen Zeiten aus dem System entfernt, abgekühlt und bezüglich der mittleren Oxidationsstufe des Vanadiums analysiert werden.Since the determination of the average oxidation state of vanadium during calcination is extremely difficult to determine for reasons of apparatus and time, it is advantageous to experimentally determine the time required in preliminary experiments. As a rule, this is a series of measurements in which it is annealed under defined conditions, the samples after different times removed from the system, cooled and analyzed with respect to the mean oxidation state of the vanadium.
Während der zweiten Kalzinierungsstufe bei der thermischen Behandlung der Katalysatorvorstufe wird die erhaltene Katalysatorzwischenstufe in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre, z.B. mit einem Gehalt an molekularem Sauerstoff von weniger als 0,5 Vol.-% und an Wasserstoffoxid (Wasserdampf) von 5 bis 85 Vol.-%, bevorzugt von 40 bis 60 Vol.-% behandelt. Hierbei liegt die Temperatur im Allgemeinen im Be- reich von 300 bis 5000C und bevorzugt im Bereich von 350 bis 4500C. Die nicht- oxidierende Atmosphäre kann neben dem genannten Wasserstoffoxid überwiegend Stickstoff und/oder Edelgase, wie beispielsweise Argon enthalten. Auch Gase, wie beispielsweise Kohlendioxid sind prinzipiell geeignet. Bevorzugt enthält die nicht- oxidierende Atmosphäre mehr als 40 Vol.-% Stickstoff.During the second calcining step in the thermal treatment of the catalyst precursor, the catalyst intermediate obtained is in a non-oxidizing atmosphere, for example containing less than 0.5% by volume of molecular oxygen and 5 to 85% by volume of hydrogen oxide (water vapor). -%, preferably from 40 to 60 vol .-% treated. Here, the temperature is generally in the range of 300 to 500 is 0 C and preferably in the range of 350 to 450 0 C. The non-oxidizing atmosphere may predominantly nitrogen and / or noble gases adjacent said hydrogen oxide, such as argon included. Gases, such as carbon dioxide are suitable in principle. The non-oxidizing atmosphere preferably contains more than 40% by volume of nitrogen.
Durch die Dauer der zweiten Kalzinierungsstufe kann der Anteil an kristallin vorliegendem Vanadylpyrophosphat eingestellt werden.By the duration of the second calcination stage, the proportion of crystalline vanadyl pyrophosphate can be adjusted.
Der Anteil des kristallin vorliegenden Vanadylpyrophosphats im Katalysator wird mittels röntgendiffraktometrischer Analyse (XRD) bestimmt, beispielsweise mit der in den Beispielen beschriebenen Methode. Das Verhältnis der Peakhöhen der bei der XRD gemessenen Reflexe bei 2Θ = 23,0° und 2Θ = 28,5° beträgt üblicherweise zwischen 0,6 und 0,9.The proportion of crystalline vanadyl pyrophosphate present in the catalyst is determined by X-ray diffractometric analysis (XRD), for example by the method described in the Examples. The ratio of the peak heights of the reflections measured at XRD at 2Θ = 23.0 ° and 2Θ = 28.5 ° is usually between 0.6 and 0.9.
Im Allgemeinen umfasst die Kalzinierung einen weiteren, zeitlich nach der zweiten Stufe der zweistufigen Kalzinierung durchzuführenden Schritt, bei dem man die kalzinierte Katalysatorvorstufe in einer Inertgas-Atmosphäre auf eine Temperatur von weniger als 3000C, bevorzugt von weniger als 200°C und besonders bevorzugt von weniger als 1500C abkühlt.In general, the calcination comprises a further step to be carried out after the second stage of the two-stage calcination, wherein the calcined catalyst precursor in an inert gas atmosphere to a temperature of less than 300 0 C, preferably less than 200 ° C and more preferably of less than 150 0 C cools.
Da die Katalysatorvorstufe in der Regel vor Beginn der Kalzinierung eine Temperatur von weniger als 1000C besitzt, ist dieses vor der ersten Kalzinierungsstufe üblicherwei- se aufzuheizen. Das Aufheizen kann unter Anwendung verschiedener Gasatmosphären durchgeführt werden. Vorzugsweise wird das Aufheizen in einer oxidierend wirkenden Atmosphäre, wie sie beispielsweise auch in der ersten Kalzinierungsstufe angewendet wird, oder einer Inertgas-Atmosphäre, wie in der zweiten Kalzinierungsstufe beschrieben, durchgeführt. Auch ein Wechsel der Gasatmosphäre während der Aufheizphase ist möglich. Besonders bevorzugt ist das Aufheizen in der oxidierend wirkenden Atmosphäre, welche auch in der ersten Stufe der zweistufige Kalzinierung angewendet wird.Since the catalyst precursor usually has a temperature of less than 100 ° C. before the beginning of the calcination, this is usually before the first calcining stage. to heat up. The heating can be carried out using various gas atmospheres. Preferably, the heating is carried out in an oxidizing atmosphere, as used, for example, in the first calcining stage or in an inert gas atmosphere as described in the second calcination stage. A change of the gas atmosphere during the heating phase is possible. Particularly preferred is the heating in the oxidizing atmosphere, which is also used in the first stage of the two-stage calcination.
Vor, zwischen und/oder nach den Stufen der zweistufigen Kalzinierung sind weitere Schritte möglich. Ohne limitierend zu wirken, seien als weitere Schritte beispielsweise Änderungen in der Temperatur (Aufheizen, Abkühlen), Änderungen in der Gasatmosphäre (Umstellung der Gasatmosphäre), weitere Haltezeiten, Überführungen der Katalysatorzwischenstufe in andere Apparate oder Unterbrechungen des gesamten KaI- ziniervorgangs genannt.Before, between and / or after the stages of the two-stage calcination further steps are possible. Without being limiting, further steps include, for example, changes in temperature (heating, cooling), changes in the gas atmosphere (conversion of the gas atmosphere), further holding times, transfers of the catalyst intermediate into other apparatus or interruptions of the entire quenching process.
In einer besonderen Ausführungsform kann die thermische Behandlung der nach Schritt b) erhaltenen Katalysatorvorstufe in-situ erfolgen, d.h. die thermische Behandlung der Katalysatorvorstufe wird in dem Reaktor durchgeführt, in dem die mit dem Katalysator durchgeführte Reaktion erfolgt, beispielsweise der Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen. Wie untenstehend beschrieben erfolgt die Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen üblicherweise in einem Wirbelschichtreaktor, d.h. dass in dieser Ausführungsform die thermische Behandlung vorzugsweise in-situ in einem Wirbelschichtreaktor durchgeführt wird.In a particular embodiment, the thermal treatment of the catalyst precursor obtained after step b) can be carried out in situ, i. the thermal treatment of the catalyst precursor is carried out in the reactor in which the reaction carried out with the catalyst takes place, for example the gas-phase oxidation of hydrocarbons. As described below, gas phase oxidation of hydrocarbons usually occurs in a fluidized bed reactor, i. that in this embodiment, the thermal treatment is preferably carried out in situ in a fluidized bed reactor.
Der durch das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt hergestellte Katalysator weist üblicherweise ein Phosphor/Vanadium-Atomverhältnis von 0,9 bis 1 ,5, besonders bevorzugt von 0,9 bis 1 ,2 und ganz besonders bevorzugt von 1 ,0 bis 1 ,1 auf. Die mittlere Oxidationsstufe des Vanadiums liegt bevorzugt bei +3,9 bis +4,4 insbesondere bei 4,05 bis 4,20 und besonders bevorzugt bei 4,12 bis 4,16.The catalyst preferably prepared by the process according to the invention usually has a phosphorus / vanadium atomic ratio of from 0.9 to 1.5, more preferably from 0.9 to 1.2, and most preferably from 1.0 to 1.1. The average oxidation state of the vanadium is preferably from +3.9 to +4.4, in particular from 4.05 to 4.20, and particularly preferably from 4.12 to 4.16.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren können zur Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen verwendet werden, insbesondere zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen mit mindestens vier Koh- lenstoffatomen.The catalysts of the invention can be used for the gas phase oxidation of hydrocarbons, in particular for the production of maleic anhydride by gas phase oxidation of hydrocarbons having at least four carbon atoms.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid werden im Allgemeinen Wirbelschichtreaktoren eingesetzt.In the process according to the invention for the preparation of maleic anhydride, fluidized bed reactors are generally used.
Als Kohlenwasserstoffe werden üblicherweise aliphatische oder aromatische, gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit mindestens vier Kohlenstoffatomen, wie beispielsweise 1 ,3-Butadien, 1 -Buten, 2-cis-Buten, 2-trans-Buten, n-Butan, C4- Gemisch, 1 ,3-Pentadien, 1 ,4-Pentadien, 1-Penten, 2-cis-Penten, 2-trans-Penten, n- Pentan, Cyclopentadien, Dicyclopentadien, Cyclopenten, Cyclopentan, Cs-Gemisch, Hexene, Hexane, Cyclohexan und / oder Benzol eingesetzt. Bevorzugt eingesetzt werden 1 -Buten, 2-cis-Buten, 2-trans-Buten, n-Butan, Benzol oder deren Mischungen. Be- sonders bevorzugt ist der Einsatz von n-Butan und n-Butan-haltigen Gasen und Flüssigkeiten. Das verwendete n-Butan kann beispielsweise aus dem Erdgas, aus Steam- crackern oder FCC-Crackern (FCC = Fluidic-Catalytic-Cracken) stammen.As hydrocarbons are usually aliphatic or aromatic, saturated or unsaturated hydrocarbons having at least four carbon atoms, such as 1, 3-butadiene, 1-butene, 2-cis-butene, 2-trans-butene, n-butane, C 4 - Mixture, 1, 3-pentadiene, 1, 4-pentadiene, 1-pentene, 2-cis-pentene, 2-trans-pentene, n-pentane, cyclopentadiene, dicyclopentadiene, cyclopentene, cyclopentane, Cs-mixture, hexenes, hexanes, Cyclohexane and / or benzene used. Preference is given to 1-butene, 2-cis-butene, 2-trans-butene, n-butane, benzene or mixtures thereof. Particularly preferred is the use of n-butane and n-butane-containing gases and liquids. The n-butane used can be derived, for example, from natural gas, from steam crackers or FCC crackers (FCC = fluidic catalytic cracking).
Die Zugabe des Kohlenwasserstoffs erfolgt im Allgemeinen mengengeregelt, d.h. unter stetiger Vorgabe einer definierten Menge pro Zeiteinheit. Der Kohlenwasserstoff kann in flüssiger oder gasförmiger Form dosiert werden. Bevorzugt ist die Dosierung in flüssiger Form mit anschließender Verdampfung vor Eintritt in den Wirbelschichtreaktor.The addition of the hydrocarbon is generally quantified, i. under constant specification of a defined amount per time unit. The hydrocarbon can be metered in liquid or gaseous form. Preferably, the dosage in liquid form with subsequent evaporation before entering the fluidized bed reactor.
Als Oxidationsmittel werden Sauerstoff enthaltende Gase, wie beispielsweise Luft, syn- thetische Luft, ein mit Sauerstoff angereichertes Gas oder auch sogenannter "reiner", d.h. z.B. aus der Luftzerlegung stammender Sauerstoff eingesetzt. Auch das Sauer- stoff-enthaltende Gas wird mengengeregelt zugegeben.As the oxidizing agent are oxygen-containing gases, such as air, synthetic air, an oxygen-enriched gas or so-called "pure", i. e.g. used oxygen derived from the air separation. The oxygen-containing gas is also added with volume control.
Das Oxidationsmittel enthält üblicherweise eine Kohlenwasserstoff-Konzentration von 0,5 bis 15 Vol.-% und eine Sauerstoff-Konzentration von 8 bis 25 Vol.-%. Der zu einhundert Vol.-% fehlende Anteil setzt sich aus weiteren Gasen wie beispielsweise Stickstoff, Edelgasen, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasserdampf, oxygenierte Kohlenwasserstoffe (z.B. Methanol, Formaldehyd, Ameisensäure, Ethanol, Acetyaldehyd, Essigsäure, Propanol, Propionaldehyd, Propionsäure, Acrolein, Crotonaldehyd) und deren Mischungen zusammen. Bevorzugt beträgt der n-Butan-Anteil an der Gesamtmenge an Kohlenwasserstoff mehr als 90% und besonders bevorzugt mehr als 95%.The oxidizing agent usually contains a hydrocarbon concentration of 0.5 to 15% by volume and an oxygen concentration of 8 to 25% by volume. The one hundred vol .-% missing share is composed of other gases such as nitrogen, noble gases, carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, oxygenated hydrocarbons (eg methanol, formaldehyde, formic acid, ethanol, acetaldehyde, acetic acid, propanol, propionaldehyde, propionic acid, acrolein, Crotonaldehyde) and their mixtures together. Preferably, the n-butane content of the total amount of hydrocarbon is more than 90% and more preferably more than 95%.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Allgemeinen bei einer Temperatur von 350 bis 4800C durchgeführt. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Temperatur von 380 bis 4600C, besonders bevorzugt 380 bis 440°C durchgeführt.The inventive method is generally carried out at a temperature of 350 to 480 0 C. Method of the invention at a temperature of 380-460 0 C is preferred, more preferably from 380 to 440 ° C.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei einem Druck unterhalb von Normaldruck (z.B. bis 0,05 MPa abs) als auch oberhalb von Normaldruck (z.B. bis 10 MPa abs) ausgeübt werden. Bevorzugt ist ein Druck von 0,1 bis 1 ,0 MPa abs, besonders bevor- zugt 0,15 bis 0,7 MPa abs.The process according to the invention can be carried out at a pressure below normal pressure (for example up to 0.05 MPa abs) or above normal pressure (for example up to 10 MPa abs). Preference is given to a pressure of 0.1 to 1.0 MPa abs, more preferably 0.15 to 0.7 MPa abs.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in zwei bevorzugten Verfahrensvarianten, der Variante mit "geradem Durchgang" und der Variante mit "Rückführung" durchgeführt werden. Beim "geraden Durchgang" wird aus dem Reaktoraustrag Maleinsäurean- hydrid und gegebenenfalls oxygenierte Kohlenwasserstoff-Nebenprodukte entfernt und das verbleibende Gasgemisch ausgeschleust und gegebenenfalls thermisch verwertet. Bei der "Rückführung" wird aus dem Reaktoraustrag ebenfalls Maleinsäureanhydrid und gegebenenfalls oxygenierte Kohlenwasserstoff-Nebenprodukte entfernt, das verbleibende Gasgemisch, welches nicht-umgesetzten Kohlenwasserstoff enthält, ganz oder teilweise zum Reaktor rückgeführt. Eine weitere Variante der "Rückführung" ist die Entfernung des nicht-umgesetzten Kohlenwasserstoffs und dessen Rückführung zum Reaktor.The process according to the invention can be carried out in two preferred process variants, the "straight through" variant and the "recirculation" variant. In the "straight pass", maleic anhydride and, if appropriate, oxygenated hydrocarbon by-products are removed from the reactor effluent and the remaining gas mixture is discharged and optionally thermally recycled. In the "recycling" is also removed from the reactor effluent maleic anhydride and optionally oxygenated hydrocarbon by-products, the remaining gas mixture containing unreacted hydrocarbon, completely or partially recycled to the reactor. Another variant of the "recycling" is the removal of the unreacted hydrocarbon and its return to the reactor.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid setzt man n-Butan als Ausgangs-Kohlenwasserstoff ein und führt die heterogen- katalytische Gasphasenoxidation im "geraden Durchgang" an dem erfindungsgemäßen Katalysator durch.In a particularly preferred embodiment for the preparation of maleic anhydride, n-butane is used as the starting hydrocarbon and the heterogeneously catalyzed gas-phase oxidation is carried out in the "straight pass" on the catalyst according to the invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung der erfindungsgemäßen Katalysatoren wird eine hohe Belastung des Katalysators infolge der hohen Aktivität sowie Selektivität ermöglicht. Als Resultat der langen Standzeiten, die durch die guten mechanischen Eigenschaften des Katalysators bedingt sind, kann die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens weiter verbessert werden.In the method according to the invention using the catalysts according to the invention a high loading of the catalyst is made possible due to the high activity and selectivity. As a result of the long service lives, which are due to the good mechanical properties of the catalyst, the efficiency of the process can be further improved.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass unter Einsatz der erfindungsgemäßen VPO-Vorstufe verbesserte Katalysatoren für die Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen mit mindestens vier Kohlenstoffatomen zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid erhalten werden können. Die erfindungsgemäßen Katalysatoren besitzen ein ausgewogenes Eigenschaftsprofil und können somit in einem ökonomischen, großtechnischen Verfahren eingesetzt werden. Insbesondere zeichnen sich die Katalysato- ren durch eine verbesserte Abriebsfestigkeit aus. Eine verbesserte Abriebsfestigkeit ist Voraussetzung für das Erzielen von langen Standzeiten in einem Wirbelbettverfahren, da die Katalysatoren in diesem Verfahren besonders stark mechanisch beansprucht werden. Die Katalysatorstandzeit ist ein wesentlicher Faktor, der die Wirtschaftlichkeit eines großtechnischen Verfahrens bestimmt. Weitere Eigenschaften, die das Eigen- schaftsprofil positiv beeinflussen, können durch Einsatz der erfindungsgemäßen Katalysatoren eingestellt werden. So kann der Einsatz der meist teuren VPO-Vorstufe im Vergleich zu dem Zusatz von kostengünstigen, inaktiven Zusatzstoffen verringert werden unter Beibehaltung einer hohen Aktivität des Katalysators in der Herstellung von Maleinsäureanhydrid. Eine Verringerung der Katalysatoreinsatzkosten bei einer Beibe- haltung oder sogar einer Erhöhung des Durchsatzes führt zu einer Verringerung der produktspezifischen Kosten. Ebenso ist es möglich bei Neuinvestitionen mit Hilfe eines aktiven und abriebsfesten Katalysators die spezifischen Investitionskosten zu reduzieren oder die Kapazität bestehender Anlagen ohne Investitionskosten zu erhöhen. Durch die große Variabilität die bei der Auswahl der Herstellungsverfahren und Weiter- verarbeitungsverfahren der VPO-Vorstufe bestehen, kann mit der jeweils vorhanden Infrastruktur zur Herstellung und Weiterverarbeitung der VPO-Vorstufe eine Verbesserung des Eigenschaftsprofils der Katalysatoren in der Herstellung von Maleinsäurean- hydrid erzielt werden. Das zur Auswahl und Bestimmung der erfindungsgemäßen VPO-Vorstufen verwendete Charakterisierungsverfahren ist in einem breiten Anwendungsbereich einfach und flexibel anzuwenden.An advantage of the present invention is that using the VPO precursor of the present invention, improved catalysts for the gas phase oxidation of hydrocarbons having at least four carbon atoms to produce maleic anhydride can be obtained. The catalysts of the invention have a balanced property profile and can thus be used in an economical, large-scale process. In particular, the catalysts are distinguished by improved abrasion resistance. An improved abrasion resistance is a prerequisite for achieving long service lives in a fluidized bed process, since the catalysts are subjected to particularly high mechanical stresses in this process. Catalyst life is an important factor that determines the economics of a large scale process. Further properties which positively influence the property profile can be set by using the catalysts according to the invention. Thus, the use of the most expensive VPO precursor compared to the addition of inexpensive, inactive additives can be reduced while maintaining a high activity of the catalyst in the production of maleic anhydride. Reducing catalyst costs while maintaining or even increasing throughput results in a reduction in product-specific costs. It is also possible for new investments with the help of an active and abrasion-resistant catalyst to reduce the specific investment costs or to increase the capacity of existing plants without investment costs. Due to the great variability that exists in the selection of the preparation processes and further processing methods of the VPO precursor, with the respectively existing infrastructure for the production and further processing of the VPO precursor an improvement of the property profile of the catalysts in the production of maleic acid can be achieved. hydride can be achieved. The characterization method used to select and determine the VPO precursors of the present invention is simple and flexible to use in a wide range of applications.
Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen erläutert.The invention will be illustrated in the following examples.
Verwendete Definitionen und Abkürzungen:Definitions and abbreviations used:
Die in dieser Schrift verwendeten Größen sind, falls nicht anders erwähnt, wie folgt definiert: massenbezogene Raumgeschwindigkeit (WHSV) = n-Butan m Katalysator ' *The quantities used in this document are defined as follows, unless otherwise stated: mass-related space velocity (WHSV) = n-butane m catalyst ' *
n KW, Reaktor, ein n KW, Reaktor, ausn KW, reactor, one n KW, reactor, off
Umsatz XSales X
1KW, Reaktor, ein 1 KW, reactor, a
1 MSA, Reaktor, aus Selektivität S n KW, Reaktor, ein nKW, Reaktor, aus 1 MSA, reactor, from selectivity S n KW, reactor, one n KW, reactor, off
Ausbeute Y X S x Umsatz an Kohlenwasserstoffen pro Reaktordurchgang Xn-Butan Umsatz an n-Butan pro ReaktordurchgangYield Y X S x conversion of hydrocarbons per reactor passage Xn-butane conversion to n-butane per reactor passage
S Selektivität bzgl. Maleinsäureanhydrid pro ReaktordurchgangS selectivity with respect to maleic anhydride per reactor passage
YMSA Ausbeute an Maleinsäureanhydrid pro Reaktordurchgang rTln-Butan Masse an n-Butan m Katalysator Katalysatormasse t Zeiteinheit [h] nKW, Reaktor, ein Stoffmengenstrom an Kohlenwasserstoffen am Reaktoreingang [mol/h] nKW, Reaktor, aus Stoffmengenstrom an Kohlenwasserstoffen am Reaktorausgang [mol/h] nMSA, Reaktor, aus Stoffmengenstrom an Maleinsäureanhydrid am Reaktorausgang [mol/h]YMSA yield of maleic anhydride per reactor passage rTln-butane mass of n-butane m catalyst catalyst mass t time unit [h] nKW, reactor, a mass flow of hydrocarbons at the reactor inlet [mol / h] nKW, reactor, from mass flow of hydrocarbons at the reactor outlet [mol / h] nMSA, reactor, from mass flow of maleic anhydride at the reactor outlet [mol / h]
VPO-Vorstufe Vanadium-, Phosphor- und Sauerstoff- enthaltendende KatalysatorvorstufeVPO precursor vanadium-, phosphorus- and oxygen-containing catalyst precursor
US-dispergiert Ultraschall-dispergiert PGV Partikelgrößenverteilung UPM Umdrehungen pro MinuteUS dispersed ultrasonic dispersed PGV particle size distribution RPM revolutions per minute
Vox Mittlere Oxidationsstufe des Vanadiums U50, Pπmarrpartikel Mittlerer Durchmesser, der so definiert ist, dass 50% des Gesamtpartikelvolumens aus Partikeln mit diesem oder einen kleineren Durchmesser bestehen. Q50, Agglomerate Mittlerer Durchmesser, der so definiert ist, dass 50% des Gesamtpartikelvolumens aus Agglomeraten mit diesem oder einen kleineren Durchmesser bestehen. Q50, Katalysatorvorstufe Mittlerer Durchmesser, der so definiert ist, dass 50% des Gesamtpartikelvolumens der Partikel der Katalysatorvorstufe aus Partikeln mit diesem oder einen kleineren Durchmesser bestehen.Vox Mean oxidation state of vanadium U50, particle size Mean diameter, defined so that 50% of the total particle volume consists of particles with this or a smaller diameter. Q50, agglomerates Mean diameter defined as 50% of the total particle volume consisting of agglomerates of this or smaller diameter. Q50, catalyst precursor Mean diameter, defined so that 50% of the total particulate volume of the catalyst precursor particles consists of particles of this or smaller diameter.
U 50, Zusatzstoff Mittlerer Durchmesser, der so definiert ist, dass 50% des Gesamtpartikelvolumens der Partikel der Zusatzstoffe aus Partikeln mit diesem oder einen kleineren Durchmesser bestehen,U 50, mean diameter additive, defined as having 50% of the total particle volume of the particles of the additives consisting of particles of this or a smaller diameter,
P/V molares Verhältnis von Phosphor zu VanadiumP / V molar ratio of phosphorus to vanadium
I Reaktion ReaktionstemperaturI reaction reaction temperature
AR AbriebsrateAR abrasion rate
K Kelvin h Stunde(n) barü bar über Atmosphärendruck bar bar absolutK Kelvin h hour (s) bar bar above atmospheric pressure bar absolute bar
Verwendete Messmethoden:Used measuring methods:
Bestimmung des Rest-Kohlenstoffgehalts:Determination of residual carbon content:
Zur Bestimmung des Rest-Kohlenstoffgehalts wurden etwa 50 bis 200 mg der genau eingewogenen pulverförmigen Probe in Gegenwart eines reinen Sauerstoff-Stroms in ein auf etwa 10000C erhitztes Quarzrohr gegeben und geglüht. Das erhaltene Verbrennungsgas wurde durch eine IR-ZeIIe geleitet und der Gehalt an Kohlendioxid quantitativ bestimmt. Aus der Menge an detektierten Kohlendioxid konnte der Rest- Kohlenstoffgehalt der Probe rückgerechnet werden.To determine the residual carbon content, about 50 to 200 mg of the precisely weighed powdery sample in the presence of a pure oxygen stream in a quartz tube heated to about 1000 0 C were added and annealed. The combustion gas obtained was passed through an IR zone and the content of carbon dioxide was determined quantitatively. From the amount of detected carbon dioxide, the residual carbon content of the sample could be recalculated.
Bestimmung der Partikelgrößenverteilung der VPO-Vorstufen im US-dispergierten Zustand:Determination of the particle size distribution of the VPO precursors in the US dispersed state:
Zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung (PGV) der Primärpartikel der VPO- Vorstufe wurde eine Mischung aus 2 g der getrockneten VPO-Vorstufe in 100 ml VE- Wasser 10 Minuten per Ultraschallsonotrode (Firma Schoeller Schall mit Generator TG400) bei einer Leistung P von 240 Watt extern dispergiert und dann im Modul MS17 kontinuierlich gerührt und in die Messzelle des Laserbeugungsspektrometer „Malvern Mastersizer S" gepumpt. Die Bestimmung der volumenbezogenen Partikelgrößenverteilung erfolgte nach ISO 13320 bei einer Wellenlänge von 632,8 nm. Der als Messergebnis angegebene mittlere Partikeldurchmesser dso, Pπmarpartikei (Medianwert) ist hierbei so definiert, dass 50 % des Gesamtpartikelvolumens aus Partikeln mit diesem oder einem kleineren Durchmesser bestehen. Eine graphische Auftragung der Partikelgrößenverteilung zeigt üblicherweise den Volumen-Anteil der Suspension mit Partikeln kleiner gleich der auf der Abszisse angegebenen Partikelgröße.To determine the particle size distribution (PGV) of the primary particles of the VPO precursor was a mixture of 2 g of the dried VPO precursor in 100 ml of deionized water for 10 minutes by ultrasonic sonotrode (Schoeller Schall with generator TG400) at a power P of 240 watts externally and then continuously stirred in module MS17 and pumped into the measuring cell of the laser diffraction spectrometer "Malvern Mastersizer S." The volume-related particle size distribution was determined according to ISO 13320 at a wavelength of 632.8 nm ) is here defined so that 50% of the total particle volume consists of particles with this or a smaller diameter. A plot of the particle size distribution usually shows the volume fraction of the suspension with particles less than or equal to the particle size indicated on the abscissa.
Bestimmung der Partikelgrößenverteilung der VPO-Vorstufen im aufgerührten Zustand:Determination of the particle size distribution of the VPO precursors in the stirred state:
Zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung (PGV) der VPO-Vorstufe im aufgerührten Zustand wurden ca. 2g Feststoff in 100ml VE-H2O in einem 150 ml Becherglas suspendiert; mit einem Magnetrührer (teflonummantelter Magnetrührfisch mit einer Länge von 20 mm, einem Durchmesser von 6 mm und einem Mittelring) wurde die Suspension in Anwesenheit eines Strombrechers (Höhe: 120 mm, Breite: 20 mm) bei einer Drehzahl n = ca. 600 Upm. mindestens 30 Sekunden, jedoch maximal 60 Sekunden lang gleichmäßig aufgerührt und dann im Modul MS17 kontinuierlich gerührt und in die Messzelle des Laserbeugungsspektrometer „Malvern Mastersizer S" gepumpt. Die Bestimmung der volumenbezogenen Partikelgrößenverteilung erfolgte nach ISO 13320. Der als Messergebnis angegebene mittlere Partikeldurchmesser im aufgerührten Zustand dso.Aggiomerate (Medianwert) ist hierbei so definiert, dass 50 % des Gesamtpartikelvolumens aus Agglomeraten mit diesem oder einem kleineren Durchmes- ser bestehen. Eine graphische Auftragung der Partikelgrößenverteilung zeigt üblicherweise den Volumen-Anteil der Suspension mit Partikeln kleiner gleich der auf der Abszisse angegebenen Partikelgröße.To determine the particle size distribution (PGV) of the VPO precursor in the stirred state, about 2 g of solid were suspended in 100 ml of VE-H2O in a 150 ml beaker; with a magnetic stirrer (Teflon-coated magnetic stirrer with a length of 20 mm, a diameter of 6 mm and a center ring), the suspension was in the presence of a baffle (height: 120 mm, width: 20 mm) at a speed n = about 600 rpm. Stirred uniformly for at least 30 seconds but not more than 60 seconds and then continuously stirred in module MS17 and pumped into the measuring cell of the laser diffraction spectrometer "Malvern Mastersizer S." The volume-related particle size distribution was determined according to ISO 13320. The mean particle diameter in the stirred state dso.Aggiomerate (median value) is defined here such that 50% of the total particle volume consists of agglomerates with this or a smaller diameter A plot of the particle size distribution usually shows the volume fraction of the suspension with particles smaller than or equal to the one indicated on the abscissa particle size.
Bestimmung der Partikelgrößenverteilung der Katalysatorvorstufe (Sprühpulver):Determination of the particle size distribution of the catalyst precursor (spray powder):
Zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung (PGV) der Katalysatorvorstufe wurde dieses über eine Dispergierrinne in den Trockendispergierer Sympatec RODOS geführt und dort mit Druckluft mit einem Druck von 0,1 bar trocken dispergiert (hierbei werden vorhandene Agglomerate in die ursprünglichen Sprühpulverpartikel überführt) und im Freistrahl in die Messzelle geblasen. Von ihnen wird dann nach ISO 13320 mit dem Laserbeugungsspektrometer Malvern Mastersizer S die volumenbezogene Partikelgrößenverteilung bestimmt wurde. Der als Messergebnis angegebene mittlere Partikeldurchmesser d 50, Katalysatorvorstufe ist hierbei so definiert, dass 50 % des Gesamtpartikelvolumens aus Partikeln mit diesem oder einem kleineren Durchmesser bestehen. Bestimmung des molaren P/V-VerhältnissesTo determine the particle size distribution (PGV) of the catalyst precursor this was passed through a dispersing in the dry disperser Sympatec RODOS and dry-dispersed there with compressed air at a pressure of 0.1 bar (this existing agglomerates are transferred to the original spray powder) and in the free jet in the Blown measuring cell. From them, the volume-related particle size distribution was then determined according to ISO 13320 with the laser diffraction spectrometer Malvern Mastersizer S. The mean particle diameter d 50, catalyst precursor, given as the measurement result, is defined here such that 50% of the total particle volume consists of particles with this or a smaller diameter. Determination of the molar P / V ratio
Die Bestimmung des molaren P/V-Verhältnisses erfolgt durch Atomspektroskopie.The determination of the molar P / V ratio is carried out by atomic spectroscopy.
Zur Bestimmung wurden jeweils ca. 200 mg der Probe mit 25 ml Salzsäure (ca. 5 mol/l) versetzt, erhitzt und für eine Stunde am Sieden gehalten. Nach dem Abkühlen wird in einen 250 ml Messkolben umgefüllt und mit demineralisiertem Wasser auf 250 ml aufgefüllt. Die Messung erfolgt dann nach im Atomemissionsspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-AES) mittels ARL 3580 nach dem Messprogramm IS 41 mit einem Meinhard Zerstäuber, einer Verdünnung von 1 :10, einer Simultanmessung mit Se als internem Standard und bei Wellenlängen von 178 nm (P), 327 nm (V) und 363 nm (Sc).For the determination, in each case about 200 mg of the sample were mixed with 25 ml of hydrochloric acid (about 5 mol / l), heated and kept boiling for one hour. After cooling, transfer to a 250 ml volumetric flask and make up to 250 ml with demineralised water. The measurement is then carried out in the atomic emission spectrometer with inductively coupled plasma (ICP-AES) using ARL 3580 according to the measuring program IS 41 with a Meinhard atomizer, a dilution of 1:10, a simultaneous measurement with Se as an internal standard and at wavelengths of 178 nm ( P), 327 nm (V) and 363 nm (Sc).
Bestimmung der mittleren VanadiumoxidationsstufeDetermination of the mean vanadium oxidation stage
Die Bestimmung der mittleren Oxidationsstufe des Vanadiums erfolgte über potentio- metrische Titration.The determination of the mean oxidation state of the vanadium was carried out by potentiometric titration.
Zur Bestimmung wurden jeweils 200 bis 300 mg der Probe unter Argonatmosphäre in eine Mischung aus 15 ml 50%-iger Schwefelsäure und 5 ml 85%-iger Phosphorsäure gegeben und unter Erwärmen gelöst. Die Lösung wird anschließend in ein Titrationsgefäß, welches mit zwei Pt-Elektroden ausgestattet ist, überführt. Die Titrationen wurden jeweils bei 800C durchgeführt. Zuerst erfolgte eine Titration mit 0,1 molarer Kaliumper- manganat-Lösung. Wurden zwei Stufen in der potentiometrischen Kurve erhalten, so lag das Vanadium in einer mittleren Oxidationsstufe V0x von +3 bis kleiner +4 vor. Wur- de nur eine Stufe erhalten, so lag das Vanadium in einer Oxidationsstufe von +4 bis kleiner +5 vor.For determination, 200 to 300 mg each of the sample was placed under argon atmosphere in a mixture of 15 ml of 50% sulfuric acid and 5 ml of 85% phosphoric acid, and dissolved by heating. The solution is then transferred to a titration vessel equipped with two Pt electrodes. The titrations were each carried out at 80 ° C. First, a titration with 0.1 molar potassium permanganate solution was carried out. When two steps were obtained in the potentiometric curve, the vanadium was present in a mean oxidation state V 0x of +3 to less +4. If only one stage was obtained, the vanadium was present in an oxidation state of +4 to +5.
Bei dem erstgenannten Fall (zwei Stufen / +3 < V0x < +4) enthielt die Lösung kein V5+, das heißt das gesamte Vanadium wurde titrimetrisch erfaßt. Über den Verbrauch der 0,1 molaren Kaliumpermanganat-Lösung und der Lage der beiden Stufen wurde die Menge an V3+ und V4+ berechnet. Der gewichtete Mittelwert ergab dann die mittlere Oxidationsstufe.In the former case (two stages / + 3 <V 0x <+ 4), the solution did not contain V 5+ , that is, all vanadium was detected by titration. On the consumption of the 0.1 molar potassium permanganate solution and the position of the two stages, the amount of V 3+ and V 4+ was calculated. The weighted average then gave the mean oxidation state.
Bei dem zweitgenannten Fall (eine Stufe / +4 < V0x < +5) konnte aus dem Verbrauch der 0,1 molaren Kaliumpermanganat-Lösung die Menge an V4+ berechnet werden.In the latter case (one step / + 4 <V 0x <+5), the amount of V 4+ could be calculated from the consumption of the 0.1 molar potassium permanganate solution.
Durch anschließende Reduktion des gesamten V5+ der erhaltenen Lösung mit einer 0,1 molaren Ammonium-eisen(ll)-sulfat-Lösung und erneute Oxidation mit 0,1 molarer Kaliumpermanganat-Lösung konnte die Gesamtmenge an Vanadium berechnet werden. Die Differenz zwischen der Gesamtmenge an Vanadium und der Menge an V4+ ergab die ursprünglich vorhandene Menge an V5+. Der gewichtete Mittelwert ergab dann die mittlere Oxidationsstufe.By subsequent reduction of the entire V 5+ of the resulting solution with a 0.1 molar ammonium iron (II) sulfate solution and re-oxidation with 0.1 molar potassium permanganate solution, the total amount of vanadium was calculated. The difference between the total amount of vanadium and the amount of V 4+ gave the amount of V 5+ originally present. The weighted average then gave the mean oxidation state.
Röntgendiffraktometrische Analyse der Katalysatoren:X-ray diffractometric analysis of the catalysts:
Zur röntgendiffraktometrischen Analyse wurden die Katalysatoren pulverisiert und in einem Röntgenpulverdiffraktometer vom Typ „D5000" der Fa. Siemens vermessen. Die Messparameter sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 : Messparameter bei der Röntgendiffraktometrische Analyse der KatalysatorenFor X-ray diffractometric analysis, the catalysts were pulverized and measured in a "D5000" X-ray powder diffractometer from Siemens The measurement parameters are given in Table 1. Table 1: Measurement parameters in the X-ray diffractometric analysis of the catalysts
Die jeweilige Peakhöhe ergibt sich aus der Differenz zwischen der maximalen Intensität des jeweiligen Signals und dem ermittelten Untergrund.The respective peak height results from the difference between the maximum intensity of the respective signal and the determined background.
Abriebtestabrasion test
Zur Beurteilung der mechanischen Stabilität der hergestellten Katalysatoren gegenüber den Belastungen, denen diese in einer Gas/Feststoff-Wirbelschicht ausgesetzt wären, wurden alle Katalysatoren dem im folgenden beschriebenen Abriebtest unterzogen. Er liefert als Ergebnis eine Abriebsrate, welche die Festigkeit der Partikel beschreibt.In order to evaluate the mechanical stability of the prepared catalysts against the stresses they would be exposed to in a gas / solid fluidized bed, all the catalysts were subjected to the abrasion test described below. As a result, it provides an abrasion rate which describes the strength of the particles.
Zur Bestimmung des Abriebs wurden etwa 20 g einer genau eingewogenen Probe des Katalysators (mo, Katalysator), die mit einem 45 μm Sieb vorgesiebt wurde, auf ein 32-μm- Sieb mit 192 mm Durchmesser aufgegeben. Unterhalb des Siebes rotierte in 10 mm Abstand eine Schlitzdüse (0,5 mm Schlitzbreite) mit 32 U-min-1, aus der 100 m3-lτ1 Stickstoff mit Schallgeschwindigkeit austraten. Der vom Düsenstrahl beschleunigte Katalysator prallte gegen einen Deckel aus Plexiglas, der sich 8 mm oberhalb des Siebes befand. Das Probenmaterial wurde dadurch intensiv mechanisch beansprucht. Die Versuchszeit betrug 3 Stunden. Der entstehende Abrieb (Partikel mit Durchmessern < 32 μm) trat mit dem Gas durch das Siebgewebe aus. Die Masse der verbliebenen Partikel wurde im Abstand von ca. 15 min durch Wägung quantitativ bestimmt. Die Abriebsrate AR, angegeben in g-kg-1-lτ1, ergibt sich als Quotient aus dem Massenverlust innerhalb der letzten Stunde des Tests rriAbneb und der Masse des nach Versuchende noch verbliebenen Katalysators mκataiySator nach versuchsende sowie der Messdauer von 1 Stunde: AR= ( rTlAbrieb / ΓTIO, Katalysator " fTlAbπeb )■To determine the abrasion, about 20 g of a precisely weighed sample of the catalyst (mo, catalyst), which was prescreened with a 45 μm sieve, were placed on a 32 μm sieve of 192 mm diameter. Distance below the screen was rotated 10 mm in a slit die (0.5 mm slit width) with 32 U-min- 1, leaked out of the 100 m 3 -lτ 1 nitrogen at sonic velocity. The catalyst, accelerated by the jet, bounced against a plexiglass lid 8 mm above the screen. The sample material was subjected to intensive mechanical stress. The trial time was 3 hours. The resulting abrasion (particles with diameters <32 microns) came out with the gas through the mesh. The mass of the remaining particles was determined quantitatively by weighing at a distance of about 15 minutes. The abrasion rate AR, expressed in g-kg- 1-1 , is calculated as the quotient of the mass loss within the last hour of the test rriAbneb and the mass of the catalyst remaining after the experiment mκatai yS ator after end of the experiment and the measurement time of 1 hour: AR = (rTlAbrieb / ΓTIO, catalyst "fTlAbπeb) ■
Je geringer die Abriebsrate, desto höher ist die mechanische Stabilität des Katalysa- tors.The lower the abrasion rate, the higher the mechanical stability of the catalyst.
Die Abriebsraten der erfindungsgemäßen Katalysatoren liegen im Allgemeinen bei weniger als 60 g-kg-1-h"1 und bevorzugt bei weniger als 30 g-kg-1- hr1 und sind für Wirbelbettverfahren sehr geeignet.The attrition rates of the catalysts according to the invention are generally less than 60 g-kg- 1- h " 1 and preferably less than 30 g-kg- 1 -hr 1 and are very suitable for fluidized bed processes.
Katalytische TestsCatalytic tests
Die katalytischen Tests erfolgten in einer Screeningapparatur mit parallel betriebenen elektrisch über Kupferblöcke beheizten Festbettreaktoren (Dmnen = 5 mm). Hierzu wur- den 1 ,1 g Wirbelbettkatalysator so mit Steatitsplit (0,10 mm < d < 0,35 mm) gemischt, dass sich im Reaktor eine Füllhöhe von 120 mm ergab (ca. 60 Vol.-% Aktivmasse). Diese katalytisch aktive Schüttung wurde zwischen einer Vorschüttung von 250 mm Steatitkugeln (0,5 mm < d < 1 ,0 mm) und 10 mm Steatitsplit (0,10 mm < d < 0,35 mm) einerseits und einer Nachschüttung aus 10 mm Steatitsplit (0,10 mm < d < 0,35 mm) und 120 mm Steatitkugeln (0,5 mm < d < 1 ,0 mm) andererseits fixiert. Als Eingangsgas wurde ein über einen statischen Mischer homogen vermischtes n-Butan-Luft-Gemisch verwendet. Der mittlere Reaktordruck, die Katalysatorbelastung mit n-Butan und die n-Butankonzentration wurde hierbei, wie in Tabelle 2 angegeben, schrittweise innerhalb von 50 h auf 1 ,0 barü, 0,1 15 hr1 und 2,05 Vol.-% angehoben. Die Reaktionstempe- ratur (TReaktion) wurde hierbei so gewählt, dass sich der in Tabelle 2 angegebene n-Butanumsatz (Xn-Butan) einstellte. Die Analyse des Produktgasstroms erfolgte gaschromatographisch über einen Flammenionisationsdetektor. Die Gesamtdauer des katalytischen Tests betrug 75 Stunden. Je niedriger die erforderliche Reaktionstemperatur TReaktion und je höher die Ausbeute an MSA (YMSA), desto höher ist die katalytische Aktivität des Katalysators. The catalytic tests were carried out in a screening apparatus with parallel electrically heated fixed bed reactors (Dmnen = 5 mm) over copper blocks. For this, 1, 1 g of fluidized bed catalyst was mixed with steatite split (0.10 mm <d <0.35 mm) so that a fill height of 120 mm resulted in the reactor (about 60 vol .-% active mass). This catalytically active bed was between a feed of 250 mm Steatitkugeln (0.5 mm <d <1, 0 mm) and 10 mm Steatitsplit (0.10 mm <d <0.35 mm) on the one hand and a desquam of 10 mm steatite split (0.10 mm <d <0.35 mm) and 120 mm Steatitkugeln (0.5 mm <d <1, 0 mm) on the other hand fixed. The input gas used was a n-butane-air mixture homogeneously mixed via a static mixer. The mean reactor pressure, the catalyst loading with n-butane and the n-butane concentration was here, as indicated in Table 2, gradually increased over 50 h to 1, 0 barü, 0.1 15 hr 1 and 2.05 vol .-% , The Reaktionstempe- temperature (Treaction) was chosen so that the value specified in Table 2 n-butane conversion (X n-butane) was established. The analysis of the product gas stream was carried out by gas chromatography using a flame ionization detector. The total duration of the catalytic test was 75 hours. The lower the reaction temperature required and the higher the yield of MSA (YMSA), the higher the catalytic activity of the catalyst.
Tabelle 2 Reaktionsbedingungen bei der katalytischen TestungTable 2 Reaction conditions in catalytic testing
I) Herstellung der VPO-Vorstufen A bis E:I) Preparation of VPO Precursors A to E:
Beispiel A:Example A:
Herstellung der erfindungsgemäßen VPO-Vorstufe APreparation of the VPO Precursor A According to the Invention
In einem mit Stickstoff inertisierten, über Druckwasser außenbeheizbaren 0,2 m3-In a nitrogen-inertized, externally heated via pressurized water 0.2 m 3 -
Stahl/Email-Rührkessel mit Strombrechern wurden 96 kg Isobutanol und 84 kg Benzyl- alkohol vorgelegt. Nach Inbetriebnahme des dreistufigen Impellerrührers (137 UpM) wurden 5,33 kg Vanadiumpentoxid innerhalb von 20 Minuten zugegeben und anschließend der Energieeintrag per Rüherdrehzahl (Sollwert 87 Upm) reduziert. Die Suspen- sion wurde innerhalb von 50-60 Minuten auf Rückfluss (ca. 1 16°C) aufgeheizt und 6 Stunden bei dieser Temperatur belassen. Anschließend wurde innerhalb von 50 Minuten linear auf 900C abgekühlt (30K/h). Bei 900C wurden innerhalb von 20 Minuten 5,33 kg Polyethylenglykol über Feststoffschleuse zugegeben, erneut innerhalb von 20 Minuten auf Rückfluss erhitzt und 1 Stunde unter Rückfluss gekocht. Anschließend wurde innerhalb von 80 Minuten linear auf 60°C abgekühlt (40K/h). Bei 600C wurde dann innerhalb von 10 Minuten mit 8,17 kg wässriger o-Phosphorsäure (85%ig) gefällt (P/V = 1 ,21 ), der Kesselinhalt linear innerhalb von 30 Minuten zum Rückfluss erhitzt (5 K/h) und unter diesen Bedingungen 5 Stunden belassen. Anschließend wurde die Suspension innerhalb von 2 Stunden unter Rühren linear auf 40°C abgekühlt (40K/h). Nach Erreichen von 40°C Innentemperatur wurde der Rührer abgestellt und die Suspension 12 Stunden zum Altern stehen gelassen. Nach 5-minütigem Aufrühren (87 Upm) wurde in eine zuvor mit Stickstoff inertisierte, beheizbare Druckfilternutsche abgelassen und bei Raumtemperatur bei einem Druck oberhalb der Filternutsche von bis zu 0,3 MPa abs abfiltriert. Der Nutschkuchen wurde durch stetiges Einleiten von Stickstoff und unter Rühren mit einem mittig angeordneten, in der Höhe verstellbaren Rührer innerhalb von etwa 10 Minuten trockengeblasen. Nach dem Trockenblasen wurde mit 40 kg Aceton 30 Minuten resuspendiert und anschließend das Waschmedium abgedrückt. Der Vorgang wurde insgesamt 3-mal durchgeführt. Nach dem letzten Trockenblasen wurde der Filterkuchen unter Vakuum (ca.15 kPa abs (150 mbar abs)), langsam steigender Manteltemperatur (bis max. 1200C) und Einsatz des Rührers (Rechtslauf, 10 Upm, 5-minütige Rührdauer, 25 Minuten Pause) erhitzt. Nach Erreichen der 1200C Manteltemperatur wurde für 24 Stunden getrocknet. Die Trocknung wurde bis zu einem Rest-Kohlenstoffgehalt von weniger als 2,5 Gew.-% in der getrockneten VPO-Vorstufe durchgeführt. Die so hergestellte VPO-Vorstufe A besaß die in Abbildung 1 dargestellte Partikelgrößenverteilung mit den in Tabelle 4 zusammengestellten mittleren Partikeldurchmessern. Die Messergebnisse für den Rest-Kohlenstoffgehalt, das Verhältnis von Phosphor zu Vanadium sowie die Oxidationsstufe des Vanadiums sind nachfolgend angegeben: PN= 1 ,040 Rest-Kohlenstoffgehalt: 2,2 Gew.-%Steel / enamel stirred tanks with baffles were charged with 96 kg of isobutanol and 84 kg of benzyl alcohol. After starting up the three-stage impeller stirrer (137 rpm) 5.33 kg vanadium pentoxide were added within 20 minutes and then the energy input by Rüherdrehzahl (setpoint 87 rpm) reduced. The suspension was heated to reflux (about 16 ° C.) in the course of 50-60 minutes and left at this temperature for 6 hours. The mixture was then cooled linearly to 90 ° C. within 50 minutes (30K / h). At 90 ° C., 5.33 kg of polyethylene glycol were added via sluice gate within 20 minutes, heated to reflux again within 20 minutes and refluxed for 1 hour. Subsequently, it was cooled linearly to 60 ° C. within 80 minutes (40K / h). At 60 0 C was then within 10 minutes with 8.17 kg of aqueous o-phosphoric acid (85%) precipitated (P / V = 1, 21), the kettle contents linearly refluxed within 30 minutes (5 K / h ) and leave under these conditions for 5 hours. Subsequently, the suspension was cooled linearly to 40 ° C. within 2 hours with stirring (40K / h). After reaching 40 ° C internal temperature, the stirrer was turned off and the suspension allowed to stand for 12 hours for aging. After stirring for 5 minutes (87 rpm), it was drained off into a heatable pressure filter chute previously rendered inert with nitrogen and filtered off at room temperature at a pressure above the filter chute of up to 0.3 MPa abs. The filter cake was made by continuous introduction of nitrogen and stirring with a centrally arranged, adjustable in height Stirrer is blown dry within about 10 minutes. After dry-blowing, the mixture was resuspended with 40 kg of acetone for 30 minutes and then the washing medium was squeezed off. The process was carried out a total of 3 times. After the last dry-blowing, the filter cake was placed under vacuum (about 15 kPa abs (150 mbar abs)), slowly rising jacket temperature (up to 120 0 C) and use of the stirrer (clockwise, 10 rpm, 5-minute stirring, 25 minutes Pause) heated. After reaching the 120 0 C jacket temperature was dried for 24 hours. The drying was carried out to a residual carbon content of less than 2.5% by weight in the dried VPO precursor. The VPO precursor A thus prepared had the particle size distribution shown in FIG. 1 with the mean particle diameters listed in Table 4. The measurement results for the residual carbon content, the ratio of phosphorus to vanadium and the oxidation state of the vanadium are given below: PN = 1, 040 residual carbon content: 2.2 wt .-%
Oxidationsstufe des Vanadiums (Vox): 3,99.Oxidation level of vanadium (Vo x ): 3.99.
Beispiel B:Example B:
Herstellung der erfindungsgemäßen VPO-Vorstufe BPreparation of the VPO Precursor B According to the Invention
In einem mit Stickstoff inertisierten, über Druckwasser außenbeheizbaren 0,2 m3-In a nitrogen-inertized, externally heated via pressurized water 0.2 m 3 -
Stahl/Email-Rührkessel mit Strombrechern wurden 67kg Isobutanol und 59kg Benzyl- alkohol vorgelegt. Nach Inbetriebnahme des dreistufigen Impellerrührers (137 Upm) wurden 3,73 kg Vanadiumpentoxid innerhalb von 20 Minuten zugegeben und anschließend der Energieeintrag per Rührerdrehzahl (Sollwert 87 Upm) reduziert. Die Suspen- sion wurde innerhalb von 50-60 Minuten auf Rückfluss (ca. 1 16°C) aufgeheizt und 6 Stunden bei dieser Temperatur belassen. Anschließend wurde innerhalb von 50 Minuten linear auf 900C abgekühlt (30K/h). Bei 90°C wurden innerhalb von 20 Minuten 3,73 kg Polyethylenglykol über Feststoffschleuse zugegeben, erneut innerhalb von 20 Minuten auf Rückfluss erhitzt und 1 Stunde unter Rückfluss gekocht. Anschließend wurde innerhalb von 80 Minuten linear auf 60°C abgekühlt (40K/h). Bei 600C wurde dann innerhalb von 5 Minuten mit 5,20 kg wässriger o-Phosphorsäure (85%ig) gefällt (PA/ = 1 ,10), der Kesselinhalt linear innerhalb von 30 Minuten zum Rückfluss erhitzt (45 K/h) und unter diesen Bedingungen 5 Stunden belassen. Anschließend wurde die Suspension innerhalb von 2 Stunden unter Rühren linear auf 40°C abgekühlt (40K/h).Steel / enamel stirred tanks with baffles were charged with 67kg isobutanol and 59kg benzyl alcohol. After the three-stage impeller stirrer (137 rpm) had been put into operation, 3.73 kg of vanadium pentoxide were added within 20 minutes and then the energy input was reduced by means of a stirrer speed (nominal value 87 rpm). The suspension was heated to reflux (about 16 ° C.) in the course of 50-60 minutes and left at this temperature for 6 hours. The mixture was then cooled linearly to 90 ° C. within 50 minutes (30K / h). At 90 ° C 3.73 kg of polyethylene glycol were added via sluice gate within 20 minutes, heated again within 20 minutes at reflux and boiled under reflux for 1 hour. Subsequently, it was cooled linearly to 60 ° C. within 80 minutes (40K / h). At 60 0 C was then within 5 minutes with 5.20 kg of aqueous o-phosphoric acid (85%) precipitated (PA / = 1, 10), the kettle contents linearly refluxed within 30 minutes (45 K / h) and leave under these conditions for 5 hours. Subsequently, the suspension was cooled linearly to 40 ° C. within 2 hours with stirring (40K / h).
Nach Erreichen von 40°C Innentemperatur wurde der Rührer abgestellt und die Suspension 12 Stunden zum Altern stehen gelassen. Nach 5-minütigem Aufrühren (87 Upm) wurde in eine zuvor mit Stickstoff inertisierte, beheizbare Druckfilternutsche abgelassen und bei Raumtemperatur bei einem Druck oberhalb der Filternutsche von bis zu 0,3 MPa abs abfiltriert. Der Nutschkuchen wurde durch stetiges Einleiten von Stickstoff und unter Rühren mit einem mittig angeordneten, in der Höhe verstellbaren Rührer innerhalb von etwa 10 Minuten trockengeblasen. Nach dem Trockenblasen wurde mit 60 kg Aceton 30 Minuten resuspendiert und anschließend das Waschmedium abgedrückt. Der Vorgang wurde insgesamt 3-mal durchgeführt. Nach dem letzten Trockenblasen wurde der Filterkuchen unter Vakuum (ca.15 kPa abs (150 mbar abs)), langsam steigender Manteltemperatur (bis max. 1200C) und Einsatz des Rührers (Rechtslauf, 10 Upm, 5-minütige Rührdauer, 25 Minuten Pause) erhitzt. Nach Erreichen der 1200C Manteltemperatur wurde für 24 Stunden getrocknet. Die Trocknung wurde bis zu einem Rest-Kohlenstoffgehalt von < 2,5 Gew.-% in der getrockneten Katalysatorvorstufe durchgeführt.After reaching 40 ° C internal temperature, the stirrer was turned off and the suspension allowed to stand for 12 hours for aging. After stirring for 5 minutes (87 rpm), it was drained off into a heatable pressure filter chute previously rendered inert with nitrogen and filtered off at room temperature at a pressure above the filter chute of up to 0.3 MPa abs. The filter cake was dry blown by continuous introduction of nitrogen and stirring with a centrally located, height-adjustable stirrer within about 10 minutes. After the blow-dry was resuspended with 60 kg of acetone for 30 minutes and then the washing medium was squeezed. The process was carried out a total of 3 times. After the last dry-blowing, the filter cake was placed under vacuum (about 15 kPa abs (150 mbar abs)), slowly rising jacket temperature (up to 120 0 C) and use of the stirrer (clockwise, 10 rpm, 5-minute stirring, 25 minutes Pause) heated. After reaching the 120 0 C jacket temperature was dried for 24 hours. The drying was carried out to a residual carbon content of <2.5 wt .-% in the dried catalyst precursor.
Die so hergestellte VPO-Vorstufe B besaß die in Abbildung 2 dargestellte Partikelgrößenverteilung mit den in Tabelle 4 zusammengestellten mittleren Partikeldurchmessern. Die Messergebnisse für den Rest-Kohlenstoffgehalt, das Verhältnis von Phosphor zu Vanadium sowie die Oxidationsstufe des Vanadiums sind nachfolgend angegeben. Zusätzlich wurde die spezifische Oberfläche mit der BET-Methode nach DIN 66.131 bestimmt. PN= 1 ,040The VPO precursor B thus prepared had the particle size distribution shown in FIG. 2 with the average particle diameters listed in Table 4. The measurement results for the residual carbon content, the ratio of phosphorus to vanadium and the oxidation state of the vanadium are given below. In addition, the specific surface area was determined by the BET method according to DIN 66.131. PN = 1, 040
Rest-Kohlenstoffgehalt: 2,1 Gew.-% Oxidationsstufe des Vanadiums (Vox): 4,0. BET = 47 m2/gResidual carbon content: 2.1% by weight. Oxidation state of vanadium (Vo x ): 4.0. BET = 47 m 2 / g
Beispiel C:Example C:
Herstellung der erfindungsgemäßen VPO-Vorstufe CPreparation of the VPO Precursor C According to the Invention
In einem mit Stickstoff inertisierten, über Druckwasser außenbeheizbaren 2 m3- Stahl/Email-Rührkessel mit Strombrechern wurden 383 kg Isobutanol und 337 kg Ben- zylalkohol vorgelegt. Nach Inbetriebnahme des dreistufigen Impellerrührers (123 Upm) wurden 21 ,3 kg Vanadiumpentoxid innerhalb von 20 Minuten zugegeben und anschließend der Energieeintrag per Rüherdrehzahl (Sollwert 81 Upm) reduziert. Die Suspension wurde innerhalb von 70 Minuten auf Rückfluss (ca. 1 16°C) aufgeheizt und 5 Stun- den bei dieser Temperatur belassen. Anschließend wurde innerhalb von 50 Minuten linear auf 900C abgekühlt (30K/h). Bei 90°C wurden innerhalb von 10 Minuten 21 ,3 kg Polyethylenglykol über Feststoffschleuse zugegeben, erneut innerhalb von 20 Minuten auf Rückfluss erhitzt und 1 Stunde unter Rückfluss gekocht. Anschließend wurde innerhalb von 40 Minuten linear auf 60°C abgekühlt (40K/h). Bei 600C wurde dann inner- halb von 10 Minuten mit 33,8 kg wässriger o-Phosphorsäure (85%ig) gefällt (PA/ =383 kg of isobutanol and 337 kg of benzyl alcohol were initially introduced into a 2 m 3 steel / enamel stirred tank with baffles, which had been rendered inert by means of nitrogen and were externally heated by pressurized water. After the three-stage impeller stirrer (123 rpm) had been put into operation, 21.3 kg of vanadium pentoxide were added within 20 minutes and the energy input was then reduced by means of an rpm (nominal value 81 rpm). The suspension was heated to reflux (about 16 ° C.) within 70 minutes and left at this temperature for 5 hours. The mixture was then cooled linearly to 90 ° C. within 50 minutes (30K / h). At 90 ° C., 21.3 kg of polyethylene glycol were added via a sluice gate within 10 minutes, heated to reflux again within 20 minutes and refluxed for 1 hour. It was then cooled linearly to 60 ° C within 40 minutes (40K / h). At 60 ° C., 33.8 kg of aqueous o-phosphoric acid (85% strength) were then precipitated within 10 minutes (PA / =
1 ,25), der Kesselinhalt linear innerhalb von 1 ,5 Stunden zum Rückfluss erhitzt ( 45 K/h) und unter diesen Bedingungen 4 Stunden belassen. Anschließend wurde die Suspension innerhalb von 2 Stunden unter Rühren linear auf 40°C abgekühlt (40K/h).1, 25), the contents of the vessel are refluxed linearly (45 K / h) for 1.5 hours and left under these conditions for 4 hours. Subsequently, the suspension was cooled linearly to 40 ° C. within 2 hours with stirring (40K / h).
Nach Erreichen von 400C Innentemperatur wurde der Rührer abgestellt und die Suspension 12 Stunden zum Altern stehen gelassen. Nach 5-minütigem Aufrühren (81 Upm) wurde in eine zuvor mit Stickstoff inertisierte, beheizbare Druckfilternutsche abgelassen und bei Raumtemperatur bei einem Druck oberhalb der Filternutsche von bis zu 0,3 MPa abs abfiltriert. Der Nutschkuchen wurde durch stetiges Einleiten von Stickstoff und unter Rühren mit einem mittig angeordneten, in der Höhe verstellbaren Rührer innerhalb von etwa 20 Minuten trockengeblasen. Nach dem Trockenblasen wurde mit 100 kg Aceton 30 Minuten resuspendiert und anschließend das Waschmedium abgedrückt. Der Vorgang wurde insgesamt 3-mal durchgeführt. Nach dem letzten Trockenblasen wurde der Filterkuchen unter Vakuum (ca.15 kPa abs (150 mbar abs)), langsam steigender Manteltemperatur (bis max. 1200C) und Einsatz des Rührers (Rechtslauf, 10 Upm, 5-minütige Rührdauer, 25 Minuten Pause) erhitzt. Nach Errei- chen der 1200C Manteltemperatur wurde für 24 Stunden getrocknet. Die Trocknung wurde bis zu einem Rest-Kohlenstoffgehalt von < 2,5 Gew.-% in der getrockneten Katalysatorvorstufe durchgeführt.After reaching internal temperature 40 ° C., the stirrer was switched off and the suspension allowed to stand for 12 hours for aging. After stirring for 5 minutes (81 rpm) was in a previously inertized with nitrogen, heated Druckfilternutsche drained and filtered off at room temperature at a pressure above the filter chute of up to 0.3 MPa abs. The filter cake was dry-blown by continuous introduction of nitrogen and stirring with a centrally located, height-adjustable stirrer within about 20 minutes. After dry-blowing, the mixture was resuspended with 100 kg of acetone for 30 minutes and then the washing medium was squeezed off. The process was carried out a total of 3 times. After the last dry-blowing, the filter cake was placed under vacuum (about 15 kPa abs (150 mbar abs)), slowly rising jacket temperature (up to 120 0 C) and use of the stirrer (clockwise, 10 rpm, 5-minute stirring, 25 minutes Pause) heated. After reaching the 120 0 C jacket temperature was dried for 24 hours. The drying was carried out to a residual carbon content of <2.5 wt .-% in the dried catalyst precursor.
Die mittleren Durchmesser der Primärpartikel der VPO-Vorstufe und der Agglomerate sind in Tabelle 3 aufgelistet. Die Messergebnisse für den Rest-Kohlenstoffgehalt, das Verhältnis von Phosphor zu Vanadium sowie die Oxidationsstufe des Vanadiums sind nachfolgend angegeben.The mean diameters of the primary particles of the VPO precursor and the agglomerates are listed in Table 3. The measurement results for the residual carbon content, the ratio of phosphorus to vanadium and the oxidation state of the vanadium are given below.
PΛ/= 1 ,037 Rest-Kohlenstoffgehalt: 1 ,4 Gew.-%PΛ / = 1, 037 residual carbon content: 1.4% by weight
Oxidationsstufe des Vanadiums (Vox): 3,98.Oxidation level of vanadium (Vo x ): 3.98.
Beispiel D:Example D:
Herstellung der nicht erfindungsgemäßen VPO-Vorstufe DPreparation of the non-inventive VPO precursor D
In einem mit Stickstoff inertisierten, über Druckwasser außenbeheizbaren 2 m3- Stahl/Email-Rührkessel mit Strombrechern wurden 383 kg Isobutanol und 337 kg Ben- zylalkohol vorgelegt. Nach Inbetriebnahme des dreistufigen Impellerrührers (123 Upm) wurden 21 ,3 kg Vanadiumpentoxid innerhalb von 20 Minuten zugegeben und anschlie- ßend der Energieeintrag per Rüherdrehzahl (Sollwert 81 Upm) reduziert. Die Suspension wurde innerhalb von 70 Minuten auf Rückfluss (ca. 1 16°C) aufgeheizt und 5 Stunden bei dieser Temperatur belassen. Anschließend wurde innerhalb von 50 Minuten linear auf 900C abgekühlt (30K/h). Bei 90°C wurden innerhalb von 10 Minuten 21 ,3 kg Polyethylenglykol über Feststoffschleuse zugegeben, erneut innerhalb von 20 Minuten auf Rückfluss erhitzt und 1 Stunde unter Rückfluss gekocht. Anschließend wurde innerhalb von 40 Minuten linear auf 60°C abgekühlt (40K/h). Bei 600C wurde dann innerhalb von 10 Minuten mit 35,6 kg wässriger o-Phosphorsäure (85%ig) gefällt (PA/ = 1 ,32), der Kesselinhalt linear innerhalb von 1 ,5 Stunden zum Rückfluss erhitzt ( 45 K/h) und unter diesen Bedingungen 4 Stunden belassen. Anschließend wurde die Suspen- sion innerhalb von 2 Stunden unter Rühren linear auf 400C abgekühlt (40K/h). Nach Erreichen von 400C Innentemperatur wurde der Rührer abgestellt und die Suspension 12 Stunden zum Altern stehen gelassen. Nach 5-minütigem Aufrühren (81 Upm) wurde in eine zuvor mit Stickstoff inertisierte, beheizbare Druckfilternutsche abgelassen und bei Raumtemperatur bei einem Druck oberhalb der Filternutsche von bis zu 0,3 MPa abs abfiltriert. Der Nutschkuchen wurde durch stetiges Einleiten von Stickstoff und unter Rühren mit einem mittig angeordneten, in der Höhe verstellbaren Rührer innerhalb von etwa 20 Minuten trockengeblasen. Nach dem Trockenblasen wurde mit 100 kg Aceton 30 Minuten resuspendiert und anschließend das Waschmedium abgedrückt. Der Vorgang wurde insgesamt 3-mal durchgeführt. Nach dem letzten Trockenblasen wurde der Filterkuchen unter Vakuum (ca.15 kPa abs (150 mbar abs)), langsam steigender Manteltemperatur (bis max. 1200C) und Einsatz des Rührers (Rechtslauf, 10 Upm, 5-minütige Rührdauer, 25 Minuten Pause) erhitzt. Nach Erreichen der 1200C Manteltemperatur wurde für 24 Stunden getrocknet. Die Trocknung wurde bis zu einem Rest-Kohlenstoffgehalt von < 2,5 Gew.-% in der getrockneten Ka- talysatorvorstufe durchgeführt.383 kg of isobutanol and 337 kg of benzyl alcohol were initially introduced into a 2 m 3 steel / enamel stirred tank with baffles, which had been rendered inert by means of nitrogen and were externally heated by pressurized water. After starting up the three-stage impeller stirrer (123 rpm), 21.3 kg of vanadium pentoxide were added within 20 minutes, and then the energy input was reduced by means of an rpm (nominal value 81 rpm). The suspension was heated to reflux (about 1 16 ° C) within 70 minutes and left at this temperature for 5 hours. The mixture was then cooled linearly to 90 ° C. within 50 minutes (30K / h). At 90 ° C., 21.3 kg of polyethylene glycol were added via a sluice gate within 10 minutes, heated to reflux again within 20 minutes and refluxed for 1 hour. It was then cooled linearly to 60 ° C within 40 minutes (40K / h). At 60 0 C was then within 10 minutes with 35.6 kg of aqueous o-phosphoric acid (85%) precipitated (PA / = 1, 32), the vessel contents linearly refluxed within 1, 5 hours (45 K / h) and left under these conditions for 4 hours. Subsequently, the suspensions were sion over 2 hours with stirring linearly cooled to 40 0 C (40K / h). After reaching internal temperature 40 ° C., the stirrer was switched off and the suspension allowed to stand for 12 hours for aging. After stirring for 5 minutes (81 rpm), it was drained off into a heatable pressure filter chute previously rendered inert with nitrogen and filtered off at room temperature at a pressure above the filter chute of up to 0.3 MPa abs. The filter cake was dry-blown by continuous introduction of nitrogen and stirring with a centrally located, height-adjustable stirrer within about 20 minutes. After dry-blowing, the mixture was resuspended with 100 kg of acetone for 30 minutes and then the washing medium was squeezed off. The process was carried out a total of 3 times. After the last dry-blowing, the filter cake was placed under vacuum (about 15 kPa abs (150 mbar abs)), slowly rising jacket temperature (up to 120 0 C) and use of the stirrer (clockwise, 10 rpm, 5-minute stirring, 25 minutes Pause) heated. After reaching the 120 0 C jacket temperature was dried for 24 hours. The drying was carried out to a residual carbon content of <2.5% by weight in the dried catalyst precursor.
Die mittleren Durchmesser der Primärpartikel der VPO-Vorstufe und der Agglomerate sind in Tabelle 3 aufgelistet. Die Messergebnisse für den Rest-Kohlenstoffgehalt, das Verhältnis von Phosphor zu Vanadium sowie die Oxidationsstufe des Vanadiums sind nachfolgend angegeben.The mean diameters of the primary particles of the VPO precursor and the agglomerates are listed in Table 3. The measurement results for the residual carbon content, the ratio of phosphorus to vanadium and the oxidation state of the vanadium are given below.
PΛ/= 1 ,042PΛ / = 1, 042
Rest-Kohlenstoffgehalt: 1 ,1 Gew.-% Oxidationsstufe des Vanadiums (Vox): 4,00.Residual Carbon Content: 1, 1 wt% Oxidation Level of Vanadium (Vo x ): 4.00.
Beispiel E:Example E:
Herstellung der nicht-erfindungsgemäßen VPO-Vorstufe EPreparation of the non-inventive VPO precursor E
In einem mit Stickstoff inertisierten, über Druckwasser außenbeheizbaren 0,2 m3- Stahl/Email-Rührkessel mit Strombrechern wurden 67 kg Isobutanol und 59 kg Benzyl- alkohol vorgelegt. Nach Inbetriebnahme des dreistufigen Impellerrührers (137 Upm) wurden 13,05 kg Vanadiumpentoxid innerhalb von 20 Minuten zugegeben und anschließend der Energieeintrag per Rüherdrehzahl (Sollwert 87 Upm) reduziert. Die Suspension wurde innerhalb von 50-60 Minuten auf Rückfluss (ca. 1 16°C) aufgeheizt und 5 Stunden bei dieser Temperatur belassen. Anschließend wurde innerhalb vonIn a 0.2 m 3 - steel / enamel stirred tank with baffles, which had been rendered inert by nitrogen and were externally heated by pressurized water, 67 kg of isobutanol and 59 kg of benzyl alcohol were initially charged. After the three-stage impeller stirrer (137 rpm) had been put into operation, 13.05 kg of vanadium pentoxide were added over the course of 20 minutes, and the energy input was then reduced by means of an rpm (nominal value 87 rpm). The suspension was heated to reflux (about 1 16 ° C) within 50-60 minutes and left at this temperature for 5 hours. Subsequently, within
50 Minuten linear auf 90°C abgekühlt (30K/h). Bei 90°C wurden innerhalb von 20 Minuten 0,71 kg Polyethylenglykol über Feststoffschleuse zugegeben, erneut innerhalb von 20 Minuten auf Rückfluss erhitzt und 1 Stunde unter Rückfluss gekocht. Anschließend wurde innerhalb von 80 Minuten linear auf 600C abgekühlt (40K/h). Bei 60°C wurde dann innerhalb von 5 Minuten mit 20,0 kg wässriger o-Phosphorsäure (85%ig) gefällt (PA/ = 1 ,21), der Kesselinhalt linear innerhalb von 30 Minuten zum Rückfluss erhitzt (45 K/h) und unter diesen Bedingungen 5 Stunden belassen. Anschließend wurde die Suspension innerhalb von 2 Stunden unter Rühren linear auf 400C abgekühlt (40K/h).50 minutes linearly cooled to 90 ° C (30K / h). At 90 ° C 0.71 kg of polyethylene glycol were added via sluice gate within 20 minutes, heated again within 20 minutes at reflux and boiled under reflux for 1 hour. It was then cooled linearly to 60 0 C within 80 minutes (40K / h). At 60 ° C was then within 5 minutes with 20.0 kg of aqueous o-phosphoric acid (85%) precipitated (PA / = 1, 21), the contents of the kettle linearly heated to reflux within 30 minutes (45 K / h) and leave under these conditions for 5 hours. The suspension was then cooled over 2 hours with stirring linearly to 40 0 C (40K / h).
Nach Erreichen von 400C Innentemperatur wurde der Rührer abgestellt und die Sus- pension 12 Stunden zum Altern stehen gelassen. Nach 5-minütigem AufrührenAfter reaching 40 0 C internal temperature of the stirrer was switched off and the suspensions pension for 12 hours aging allowed to stand. After 5 minutes of stirring
(87 Upm) wurde in eine zuvor mit Stickstoff inertisierte, beheizbare Druckfilternutsche abgelassen und bei Raumtemperatur bei einem Druck oberhalb der Filternutsche von bis zu 0,3 MPa abs abfiltriert. Der Nutschkuchen wurde durch stetiges Einleiten von Stickstoff und unter Rühren mit einem mittig angeordneten, in der Höhe verstellbaren Rührer innerhalb von etwa 10 Minuten trockengeblasen. Nach dem Trockenblasen wurde mit 100 kg Aceton 30 Minuten resuspendiert und anschließend das Waschmedium abgedrückt. Der Vorgang wurde insgesamt 3-mal durchgeführt. Nach dem letzten Trockenblasen wurde der Filterkuchen unter Vakuum (ca.15 kPa abs (150 mbar abs)), langsam steigender Manteltemperatur (bis max. 1200C) und Einsatz des Rührers (Rechtslauf, 10 Upm, 5-minütige Rührdauer, 25 Minuten Pause) erhitzt. Nach Erreichen der 1200C Manteltemperatur wurde für 24 Stunden getrocknet. Die Trocknung wurde bis zu einem Rest-Kohlenstoffgehalt von < 2,5 Gew.-% in der getrockneten Katalysatorvorstufe durchgeführt.(87 rpm) was discharged into a previously heated with nitrogen, heated pressure filter and filtered off at room temperature at a pressure above the filter chute of up to 0.3 MPa abs. The filter cake was dry blown by continuous introduction of nitrogen and stirring with a centrally located, height-adjustable stirrer within about 10 minutes. After dry-blowing, the mixture was resuspended with 100 kg of acetone for 30 minutes and then the washing medium was squeezed off. The process was carried out a total of 3 times. After the last dry-blowing, the filter cake was placed under vacuum (about 15 kPa abs (150 mbar abs)), slowly rising jacket temperature (up to 120 0 C) and use of the stirrer (clockwise, 10 rpm, 5-minute stirring, 25 minutes Pause) heated. After reaching the 120 0 C jacket temperature was dried for 24 hours. The drying was carried out to a residual carbon content of <2.5 wt .-% in the dried catalyst precursor.
Die mittleren Durchmesser der Primärpartikel der VPO-Vorstufe und der Agglomerate sind in Tabelle 3 aufgelistet. Die Messergebnisse für den Rest-Kohlenstoffgehalt, das Verhältnis von Phosphor zu Vanadium sowie die Oxidationsstufe des Vanadiums sind nachfolgend angegeben.The mean diameters of the primary particles of the VPO precursor and the agglomerates are listed in Table 3. The measurement results for the residual carbon content, the ratio of phosphorus to vanadium and the oxidation state of the vanadium are given below.
PΛ/= 1 ,042PΛ / = 1, 042
Rest-Kohlenstoffgehalt: 1 ,3 Gew.-% Oxidationsstufe des Vanadiums (Vox): 3,98Residual carbon content: 1.3 wt.% Oxidation level of vanadium (Vo x ): 3.98
Tabelle 3: Durchmesser der Primärpartikel dso, Pnmarpartikei und der Agglomerate dso, Agglomerate der VPO-Vorstufen A bis ETable 3: Diameters of primary particles dso, Pnmarpartikei and agglomerates dso, agglomerates of VPO precursors A to E.
II) Herstellung der Katalysatorvorstufe (Sprühpulver):II) Preparation of the catalyst precursor (spray powder):
Beispiel A-1 : Herstellung einer Katalysatorvorstufe aus der VPO-Vorstufe AExample A-1: Preparation of a Catalyst Precursor from VPO Precursor A
Zur Herstellung der Sprühturmvorlage wurden in einem auf 5-100C gekühlten Doppelmantelbehälter 11 ,6 kg vollentsalztes (VE) Wasser vorgelegt und mit einem Propeller- rührer gerührt. Anschließend wurden innerhalb von ca. 10 min 43,0 g Natriumsilikatlösung (Natronwasserglas der Firma Merck KGaA, Darmstadt, D, Artikelnummer: 1.05621.9040: ca. 27 Gew.-% SiO2 und ca. 8 Gew.-% Na2O, pH = 11 ) und 1470,9 g kolloidales SiO2-SoI (Nalco® 2326 der Firma Nalco Co., Naperville, IL, USA; d5o, Zusatzstoff: 5 nm, 15 Gew.-% SiO2, pH = 9, NH4 + als Gegenion) zugegeben. Die Lösung wurde mit dem Propellerrührer 5 min weiter gerührt und dann in einen ebenfalls auf 5-100C temperierten Doppelmantelbehälter mit 6,5 kg saurem lonentauscher (DOWEX® HCR- W2, Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, USA) überführt. Dort wurde die Suspension unter fortgesetzter Kühlung mit einem Wendelrührer gerührt bis der pH-Wert innerhalb von ca. 5 min von anfänglich ca. 14 auf 3-4 abgesunken war. Die so frisch hergestellte Mischung aus Polykieselsäure und kolloidalem SiO2-SoI wurde dann in einen weiteren auf 5-100C gekühlten Doppelmantelbehälter gepumpt. Sie wurde hierbei über einen Patronenfilter geführt, der im Anschluss an den Behälter fest installiert war.6 kg of demineralized (VE) were dissolved in a cooled to 5-10 0 C double jacket vessel 11 for preparing the Sprühturmvorlage submitted water and stirred with a propeller stirrer. 43.0 g of sodium silicate solution (soda waterglass from Merck KGaA, Darmstadt, D, article number: 1.05621.9040: about 27% by weight SiO 2 and about 8% by weight Na 2 O) were then added over about 10 minutes , pH = 11) and 1470.9 g of colloidal SiO 2 sol (Nalco® 2326 from Nalco Co., Naperville, IL, USA; d 5 o, additive: 5 nm, 15% by weight SiO 2 , pH = 9, NH 4 + as counterion). The solution was stirred with the propeller 5 min further and then acidic ion exchanger in a likewise temperature-controlled at 5-10 0 C double jacketed vessel with 6.5 kg (DOWEX ® HCR W2, Sigma-Aldrich, Saint Louis, Missouri, USA) converted. There, the suspension was stirred with continued cooling with a helical stirrer until the pH had dropped within about 5 minutes from initially about 14 to 3-4. The thus freshly prepared mixture of polysilicic acid and colloidal SiO 2 -SoI was then pumped into another cooled to 5-10 0 C jacketed tank. It was passed through a cartridge filter, which was permanently installed after the container.
Anschließend wurde der saure lonentauscher mit VE-Wasser gespült und mit 10%iger H2SO4 regeneriert. Hierzu wurde dem lonentauscher unter fortgesetzter Kühlung soviel H2SO4 zugefügt, dass über dem lonentauscherharz ca. 1 cm Flüssigkeit stand. Das Harz und die Säure wurden mit einem Wendelrührer durchmischt. Nach 5 Minuten wurde der Rührer angehalten und die Säure abgepumpt. Am Auslass des Behälters befand sich ein Sieb, das das lonentauscherharz zurückhielt. Anschließend wurde das Harz mit VE-Wasser gewaschen. Es wurde soviel Wasser hinzugefügt, dass wiederum ca. 1 cm Flüssigkeit über dem Harz stand. Die Harz-Wasser-Mischung wurde ebenfalls mit dem Wendelrührer 5 Minuten lang gerührt. Das VE-Wasser wurde abgepumpt und ein zweiter Zyklus aus Regeneration mit H2SO4 und Waschen mit VE-Wasser durchgeführt. Nach diesem 2. Zyklus wurde der lonentauscher so lange mit VE-Wasser ge- spült, bis sich ein pH-Wert von 3,5 einstellte. Bei diesem pH-Wert war der Anteil an SO4 2"-lonen in der Lösung nicht mehr nachweisbar, so dass eine Kontaminierung des Katalysators mit SO4 2"-lonen verhindert werden konnte. Bis zum nächsten Einsatz wurde der saure lonentauscher unter VE-Wasser gelagert.Subsequently, the acidic ion exchanger was rinsed with demineralized water and regenerated with 10% H 2 SO 4 . To this end, as much H 2 SO 4 was added to the ion exchanger with continued cooling that about 1 cm of liquid stood over the ion exchange resin. The resin and the acid were mixed with a helical stirrer. After 5 minutes, the stirrer was stopped and the acid was pumped off. At the outlet of the container was a sieve which retained the ion exchange resin. Subsequently, the resin was washed with deionized water. So much water was added that again stood about 1 cm of liquid over the resin. The resin-water mixture was also stirred with the helical stirrer for 5 minutes. The demineralized water was pumped off and a second cycle of regeneration with H 2 SO 4 and washing with deionized water was carried out. After this second cycle, the ion exchanger was rinsed with demineralised water until a pH of 3.5 was reached. At this pH, the proportion of SO 4 2 "ions in the solution was no longer detectable, so that contamination of the catalyst with SO 4 2 " ions could be prevented. Until the next use, the acidic ion exchanger was stored under demineralised water.
Parallel zur Regenerierung des lonentauschers erfolgte die Dispergierung der VPO- Vorstufe A in der frisch hergestellten Mischung aus Polykieselsäure und kolloidalem SiO2-SoI: In einem auf 5-10°C gekühlten Doppelmantelbehälter wurde diese gleichzeitig mit einen Propellerrührer und einen Ultra-Turrax-Rührer intensiv gerührt. Innerhalb von ca. 1 Stunde wurden Portionsweise 2,5 kg der VPO-Vorstufe A zugegeben und homogen dispergiert. Die Suspension wurde dann in den Sprühturmvorlagebehälter überführt. Aus diesem heraus wurde während der Aufheizphase des Sprühturms (Durchmesser im zylindrischen Teil: 2,7 m, Höhe des zylindrischen Teils: 1 ,5 m, nach unten hin daran anschließend konischer Teil mit einer Höhe von 2,2 m) VE-Wasser und dann während der Sprühtrocknung die Suspension mit einer Exzenterschneckenpumpe in den LAMROT-Rotationszerstäuber (siehe T. Schröder, P. Walzel, Chem.- Ing.-Techn. (68) 5/1996, S. 562-566 und WO 94/21383) im Sprühturm gepumpt. Als Volumenstrom der Suspension wurden ca. 1 1 l/h eingestellt, die Drehzahl des Rotationszerstäubers betrug 80 S"1. Über einen Luftverteiler wurden dem Sprühturm im Gleichstromverfahren ca. 800 m3/h vorgeheizte (über 60 kW Heizregister, temperiert auf 1700C) Trocknungsluft zugeführt. Der Luftverteiler hatte hierbei die Aufgabe die Trocknungsluft im Verhältnis 50:50 in eine axiale und eine radiale Komponente aufzu- teilen, um die Strömungsführung im Sprühturm zu optimieren. Die Temperaturen im Sprühturm betrugen 139°C am Zerstäuber, 1070C im zylindrischen Teil und 1060C am Sprühturmausgang. Das getrocknete Pulver wurde in einem Produktsammelbehälter, der am konischen Teil des Sprühturms angeflanscht war, gesammelt. Der Feinanteil des Feststoffs wurde mit dem Abluftstrom über ein zentral angeordnetes Tauchrohr ausgetragen und in einem Zyklonabscheider (Temperatur: 92°C) abgeschieden. Daran anschließend wurde die Abluft über ein Taschenfilter gereinigt. Der Filter wurde während der Sprühtrocknung im Abstand von 2 min automatisch durch Druckluftstöße abgereinigt.Parallel to the regeneration of the ion exchanger, the dispersion of the VPO precursor A in the freshly prepared mixture of polysilicic acid and colloidal SiO 2 -SoI: In a cooled to 5-10 ° C double-walled container was this simultaneously with a propeller stirrer and an Ultra-Turrax stirrer intensely stirred. 2.5 kg of VPO precursor A were added in portions within about 1 hour and homogeneously dispersed. The suspension was then transferred to the spray tower receiver. From this was during the heating phase of the spray tower (diameter in the cylindrical part: 2.7 m, height of the cylindrical part: 1, 5 m, after Conical part with a height of 2.2 m below) then demineralised water and then during the spray-drying, the suspension with an eccentric screw pump in the LAMROT rotary atomizer (see T. Schröder, P. Walzel, Chem. Ing. Techn (68) 5/1996, pp. 562-566 and WO 94/21383) in the spray tower. As a volume flow of the suspension about 1 1 were l / h, the rotational speed of the rotary atomizer was 80 S '1. About an air manifold to the spray tower in cocurrent process were about 800 m 3 / h preheated (about 60 kW heater, heated to 170 0 C) drying air is supplied. the air distributor in this case had the object of the drying air sharing in the ratio 50:50 in an axial and bear any costs a radial component in order to optimize the flow guide in the spray tower. the temperatures in the spray tower were 139 ° C at the atomiser, 107 0 C in the cylindrical part and 106 ° C. at the spray tower exit The dried powder was collected in a product receiver flanged to the conical part of the spray tower. The fines of the solid were discharged with the exhaust stream through a centrally located dip tube and placed in a cyclone separator (temperature 92 ° C), followed by cleaning the exhaust air with a bag filter The filter was automatically cleaned by spraying with compressed air every 2 minutes during the spray drying.
Beispiel A-2:Example A-2:
Herstellung einer Katalysatorvorstufe aus der VPO-Vorstufe APreparation of a Catalyst Precursor from VPO Precursor A
Die Herstellung der Katalysatorvorstufe A-2 erfolgte wie im Beispiel A-1 beschrieben mit der VPO-Vorstufe A, mit dem Unterschied, dass an Stelle einer Mischung aus Nat- riumsilikatlösung und dem kolloidalem SiÜ2 Nalco® 2326 (d = 5 nm) ausschließlich kolloidales SiÜ2 Ludox® SM30 (Firma Grace Davison, Worms, D; dso, Zusatzstoff: 7 nm, 30 Gew.-% SiÜ2, pH = 10, Na+ als Gegenion) als Siθ2-Quelle eingesetzt wurde.The catalyst precursor A-2 was prepared as described in Example A-1 with the VPO precursor A, with the difference that instead of a mixture of sodium silicate solution and the colloidal SiO 2 Nalco® 2326 (d = 5 nm) exclusively colloidal Si02 Ludox® SM30 (Grace Davison, Worms, D; dso, additive: 7 nm, 30% by weight SiO 2, pH = 10, Na + as counter ion) was used as the SiO 2 source.
Beispiel A-3: Herstellung einer Katalysatorvorstufe aus der VPO-Vorstufe AExample A-3: Preparation of a catalyst precursor from the VPO precursor A.
Die Herstellung der Katalysatorvorstufe A-3 erfolgte wie im Beispiel A-1 beschrieben mit der VPO-Vorstufe A, mit dem Unterschied, dass an Stelle einer Mischung aus Natriumsilikatlösung und kolloidalem SiÜ2 reine Natriumsilikatlösung als Siθ2-Quelle ein- gesetzt wurde.The preparation of catalyst precursor A-3 was carried out as described in Example A-1 with VPO precursor A, with the difference that instead of a mixture of sodium silicate solution and colloidal SiO 2, pure sodium silicate solution was used as the SiO 2 source.
Beispiel B-1 :Example B-1:
Herstellung einer Katalysatorvorstufe aus der VPO-Vorstufe BPreparation of a catalyst precursor from VPO precursor B
Die Herstellung der Katalysatorvorstufe B-1 erfolgte wie im Beispiel A-1 beschrieben, mit dem Unterschied, dass an Stelle der VPO-Vorstufe A die VPO-Vorstufe B eingesetzt wurde. Beispiel B-2:The preparation of the catalyst precursor B-1 was carried out as described in Example A-1, with the difference that in place of the VPO precursor A, the VPO precursor B was used. Example B-2:
Herstellung einer Katalysatorvorstufe aus der VPO-Vorstufe BPreparation of a catalyst precursor from VPO precursor B
Die Herstellung der Katalysatorvorstufe B-2 erfolgte wie im Beispiel A-3, mit dem Un- terschied, dass an Stelle der VPO-Vorstufe A die VPO-Vorstufe B eingesetzt wurde.The preparation of catalyst precursor B-2 was carried out as in Example A-3, with the difference that VPO precursor B was used instead of VPO precursor A.
Beispiel C-1 :Example C-1:
Herstellung einer Katalysatorvorstufe aus der VPO-Vorstufe CPreparation of a Catalyst Precursor from VPO Precursor C
Die Herstellung der Katalysatorvorstufe C-1 erfolgte wie im Beispiel A-3, mit dem Unterschied, dass an Stelle der VPO-Vorstufe A die VPO-Vorstufe C eingesetzt wurde.The preparation of the catalyst precursor C-1 was carried out as in Example A-3, with the difference that instead of the VPO precursor A, the VPO precursor C was used.
Vergleichsbeispiel D-1 :Comparative Example D-1:
Herstellung einer Katalysatorvorstufe aus der VPO-Vorstufe D Die Herstellung der Katalysatorvorstufe D-1 erfolgte wie im Beispiel A-1 , mit dem Unterschied, dass an Stelle der VPO-Vorstufe A die deutlich gröbere VPO-Vorstufe D eingesetzt wurde.Preparation of a Catalyst Precursor from VPO Precursor D Catalyst precursor D-1 was prepared as in Example A-1, with the difference that instead of VPO precursor A, the significantly coarser VPO precursor D was used.
Vergleichsbeispiel E-1 : Herstellung einer Katalysatorvorstufe aus der VPO-Vorstufe EComparative Example E-1: Preparation of a Catalyst Precursor from VPO Precursor E
Die Herstellung der Katalysatorvorstufe E-1 erfolgte wie im Beispiel A-3, mit dem Unterschied, dass an Stelle der VPO-Vorstufe A die kaum agglomerierte VPO-Vorstufe E eingesetzt wurde.The catalyst precursor E-1 was prepared as in Example A-3, with the difference that instead of the VPO precursor A, the hardly agglomerated VPO precursor E was used.
Vergleichsbeispiel E-2:Comparative Example E-2:
Herstellung einer Katalysatorvorstufe aus der VPO-Vorstufe EPreparation of a Catalyst Precursor from VPO Precursor E
Die Herstellung der Katalysatorvorstufe E-2 erfolgte wie im Beispiel A-2, mit dem Un- terschied, dass an Stelle der VPO-Vorstufe A die kaum agglomerierte VPO-Vorstufe E eingesetzt wurde.The catalyst precursor E-2 was prepared as in Example A-2, with the difference that instead of the VPO precursor A, the hardly agglomerated VPO precursor E was used.
Die Eigenschaften der Katalysatorvorstufen (Sprühpartikel), die in den Versuchen A-1 , A-2, A-3, B-1 , B-2, C-1 , D-1 , E-1 und E-2 hergestellt wurden sind in Tabelle 4 aufge- führt. Eine Unterscheidung zwischen gekapselten und eingebetteten Katalysatoren wurde mittels der Methode der Elektronenmikroskopie in Verbindung mit energie- dispersiver Röntgenanalyse (EDX) vorgenommen. Tabelle 4: Charakterisierung der SprühpartikelThe properties of the catalyst precursors (spray particles) prepared in Experiments A-1, A-2, A-3, B-1, B-2, C-1, D-1, E-1 and E-2 in Table 4. A distinction between encapsulated and embedded catalysts was made by electron microscopy in conjunction with energy dispersive X-ray analysis (EDX). Table 4: Characterization of the spray particles
1 ) Zusatzstoff in Form von Polykieselsäure. Der mittlere Durchmesser der Polykie- selsäure beträgt ca. 1 nm (Herstellerangabe: < 4 nm).1) additive in the form of polysilicic acid. The average diameter of the polysilicic acid is about 1 nm (manufacturer's specification: <4 nm).
III) Herstellung der Katalysatoren aus den Katalysatorvorstufen:III) Preparation of the catalysts from the catalyst precursors:
Beispiel 1 :Example 1 :
Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators aus der Katalysatorvorstufe A-1Preparation of a catalyst according to the invention from the catalyst precursor A-1
2 kg der Katalysatorvorstufe A-1 wurden über einen Schlauch in einen bei Raumtemperatur gehaltenen Wirbelbettreaktor aus Glas (Innendurchmesser = 10 cm, Höhe = 50 cm) eingefüllt. Dieser wurde verschlossen und es wurden 170 Nl-Ir1 auf ca. 1500C temperierte Luft eingeleitet, wobei sich eine blasenbildende Wirbelschicht ausbildete. Die Luft wurde am auf 2500C temperierten Reaktorkopf über eine Filterkerze abgeführt. Jetzt wurde der Reaktor entsprechend der angegebenen Heizrampen auf eine Betttemperatur von 345°C aufgeheizt:2 kg of catalyst precursor A-1 were introduced via a hose into a fluidized-bed reactor made of glass (internal diameter = 10 cm, height = 50 cm) kept at room temperature. The reactor was closed and there were 170 Nl-Ir 1 to about 150 0 C temperature-controlled air is introduced, with a bubbling fluidized bed trained. The air was removed at the tempered at 250 0 C reactor head via a filter cartridge. Now the reactor was heated up to a bed temperature of 345 ° C according to the specified heating ramps:
1. mit 4 K-min-1 auf 1200C aufheizen und 30 min halten,1. heat with 4 K-min- 1 to 120 0 C and hold for 30 min,
2. mit 4 K-min-1 auf 2500C aufheizen und 30 min halten, 3. mit 2 K-min-1 auf 335°C aufheizen und 45 min halten.2. Heat with 4 K-min- 1 to 250 0 C and hold for 30 min, 3. Heat with 2 K-min- 1 to 335 ° C and hold for 45 min.
Anschließend wurde die Atmosphäre von Luft auf ein Gemisch aus 57 Nl-Ir1 ISb und 57 Nl-h"1 H2O umgestellt, weiter mit einer Heizrate von 1 ,5 K-min-1 auf 425°C aufgeheizt und diese Temperatur für 180 min gehalten. Nun wurde die Wasserzufuhr abgestellt und unter 100 Nl-Ir1 N2 auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wurde der Katalysator mittels Vakuum über einen Schlauch abgesaugt.Then, the atmosphere of air to a mixture of 57 Nl-Ir 1 ISb and 57 Nl h "1 H2O was converted, further heated at a heating rate of 1, 5 K-min-1 to 425 ° C and this temperature for 180 min The water supply was then switched off and cooled to room temperature under 100 μl Ir 1 N 2, after which the catalyst was suctioned off via a tube by means of a vacuum.
Der so hergestellte Katalysator wurde auf seine Abriebfestigkeit (vgl. Abriebstest) und seine katalytische Performance (vgl. Katalytische Tests) hin untersucht. Die entspre- chenden Werte sind in Tabelle 5 zusammengefasst.The catalyst prepared in this way was examined for its abrasion resistance (compare abrasion test) and its catalytic performance (see catalytic tests). The corresponding values are summarized in Table 5.
Beispiel 2:Example 2:
Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators aus der Katalysatorvorstufe B-1Preparation of a catalyst according to the invention from the catalyst precursor B-1
Die Herstellung des Katalysators 2 erfolgte wie im Beispiel 1 beschrieben, mit dem Unterschied, dass an Stelle der Katalysatorvorstufe A-1 die Katalysatorvorstufe B-1 eingesetzt wurde. Der so hergestellte Katalysator wurde auf seine Abriebfestigkeit (vgl. Abriebstest) und seine katalytische Performance (vgl. Katalytische Tests) hin untersucht. Die entsprechenden Werte sind in Tabelle 5 zusammengefasst.The preparation of the catalyst 2 was carried out as described in Example 1, with the difference that instead of the catalyst precursor A-1, the catalyst precursor B-1 was used. The catalyst prepared in this way was examined for its abrasion resistance (compare abrasion test) and its catalytic performance (see catalytic tests). The corresponding values are summarized in Table 5.
Beispiel 3:Example 3:
Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators aus der Katalysatorvorstufe A-2Preparation of a catalyst according to the invention from the catalyst precursor A-2
Die Herstellung des Katalysators 3 erfolgte wie im Beispiel 1 beschrieben, mit dem Unterschied, dass an Stelle der Katalysatorvorstufe A- 1 die Katalysatorvorstufe A-2 eingesetzt wurde. Der so hergestellte Katalysator wurde auf seine Abriebfestigkeit (vgl. Abriebstest) und seine katalytische Performance (vgl. Katalytische Tests) hin untersucht. Die entsprechenden Werte sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Aufgrund der eingesetzten gröberen Siθ2-Spezies zeigt der Katalysator eine noch vertretbare, aber nicht optimale Abriebfestigkeit.The preparation of the catalyst 3 was carried out as described in Example 1, with the difference that instead of the catalyst precursor A-1, the catalyst precursor A-2 was used. The catalyst prepared in this way was examined for its abrasion resistance (compare abrasion test) and its catalytic performance (see catalytic tests). The corresponding values are summarized in Table 5. Due to the coarser SiO 2 species used, the catalyst shows a still acceptable, but not optimal abrasion resistance.
Beispiel 4:Example 4:
Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators aus der Katalysatorvorstufe A-3Preparation of a catalyst according to the invention from the catalyst precursor A-3
Die Herstellung des Katalysators 4 erfolgte wie im Beispiel 1 beschrieben, mit dem Unterschied, dass an Stelle der Katalysatorvorstufe A- 1 die Katalysatorvorstufe A-3 eingesetzt wurde. Der so hergestellte Katalysator wurde auf seine Abriebfestigkeit (vgl. Abriebstest) und seine katalytische Performance (vgl. Katalytische Tests) hin untersucht. Die entsprechenden Werte sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Bei guter Abriebfestigkeit liegt die mit diesem Katalysator erreichbare Ausbeute an MSA aufgrund der Verkapselung mit SiÜ2 unter dem Zielwert.The preparation of the catalyst 4 was carried out as described in Example 1, with the difference that instead of the catalyst precursor A-1, the catalyst precursor A-3 was used. The catalyst prepared in this way was tested for its abrasion resistance (cf. Abrasion test) and its catalytic performance (see Catalytic Tests). The corresponding values are summarized in Table 5. With good abrasion resistance, the yield of MSA achievable with this catalyst is below the target value due to the encapsulation with SiO 2.
Beispiel 5:Example 5:
Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators aus der Katalysatorvorstufe C-1Preparation of a catalyst according to the invention from the catalyst precursor C-1
Die Herstellung des Katalysators 5 erfolgte wie im Beispiel 1 beschrieben, mit dem Unterschied, dass an Stelle der Katalysatorvorstufe A- 1 die Katalysatorvorstufe C-1 eingesetzt wurde. Der so hergestellte Katalysator wurde auf seine Abriebfestigkeit (vgl. Abriebstest) und seine katalytische Performance (vgl. Katalytische Tests) hin untersucht. Die entsprechenden Werte sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Bei guter Abriebfestigkeit liegt die mit diesem Katalysator erreichbare Ausbeute an MSA aufgrund der Verkapselung mit SiC"2 deutlich unter dem Zielwert.The preparation of the catalyst 5 was carried out as described in Example 1, with the difference that instead of the catalyst precursor A-1, the catalyst precursor C-1 was used. The catalyst prepared in this way was examined for its abrasion resistance (compare abrasion test) and its catalytic performance (see catalytic tests). The corresponding values are summarized in Table 5. With good abrasion resistance, the yield of MSA achievable with this catalyst is clearly below the target value due to the encapsulation with SiC "2.
Beispiel 6:Example 6:
Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators aus der Katalysatorvorstufe B-2Preparation of a catalyst according to the invention from the catalyst precursor B-2
Die Herstellung des Katalysators 6 erfolgte wie im Beispiel 1 beschrieben, mit dem Unterschied, dass an Stelle der Katalysatorvorstufe A-1 die Katalysatorvorstufe B-2 eingesetzt wurde. Der so hergestellte Katalysator wurde auf seine Abriebfestigkeit (vgl. Abriebstest) und seine katalytische Performance (vgl. Katalytische Tests) hin untersucht. Die entsprechenden Werte sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Bei guter Ab- riebfestigkeit ist aufgrund der Verkapselung mit SiC"2 auch für diesen Katalysator eine MSA-Ausbeute unter dem Zielwert zu erwarten.The preparation of the catalyst 6 was carried out as described in Example 1, with the difference that instead of the catalyst precursor A-1, the catalyst precursor B-2 was used. The catalyst prepared in this way was examined for its abrasion resistance (compare abrasion test) and its catalytic performance (see catalytic tests). The corresponding values are summarized in Table 5. With good abrasion resistance, an MSA yield below the target value can also be expected for this catalyst due to the encapsulation with SiC "2.
Vergleichsbeispiel 1 :Comparative Example 1
Herstellung eines nicht-erfindungsgemäßen Katalysators aus der Katalysatorvorstufe D-1Preparation of a non-inventive catalyst from the catalyst precursor D-1
Die Herstellung des Katalysators V1 erfolgte wie im Beispiel 1 beschrieben, mit dem Unterschied, dass an Stelle der Katalysatorvorstufe A-1 die Katalysatorvorstufe D-1 eingesetzt wurde. Der so hergestellte Katalysator wurde auf seine Abriebfestigkeit (vgl. Abriebstest) und seine katalytische Performance (vgl. Katalytische Tests) hin untersucht. Die entsprechenden Werte sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Der Katalysator zeigt aufgrund der sehr groben Partikel der VPO-Vorstufe eine sehr schlechte Abriebfestigkeit Vergleichsbeispiel 2:The preparation of the catalyst V1 was carried out as described in Example 1, with the difference that instead of the catalyst precursor A-1, the catalyst precursor D-1 was used. The catalyst prepared in this way was examined for its abrasion resistance (compare abrasion test) and its catalytic performance (see catalytic tests). The corresponding values are summarized in Table 5. The catalyst shows very poor abrasion resistance due to the very coarse particles of the VPO precursor Comparative Example 2
Herstellung eines nicht-erfindungsgemäßen Katalysators aus der KatalysatorvorstufePreparation of a non-inventive catalyst from the catalyst precursor
E-1E-1
Die Herstellung des Katalysators V2 erfolgte wie im Beispiel 1 beschrieben, mit dem Unterschied, dass an Stelle der Katalysatorvorstufe A-1 die Katalysatorvorstufe E-1 eingesetzt wurde. Der so hergestellte Katalysator wurde auf seine Abriebfestigkeit (vgl. Abriebstest) und seine katalytische Performance (vgl. Katalytische Tests) hin untersucht. Die entsprechenden Werte sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Die Abriebsfes- tigkeit ist für einen gekapselten Katalysator nicht ausreichend.The preparation of the catalyst V2 was carried out as described in Example 1, with the difference that instead of the catalyst precursor A-1, the catalyst precursor E-1 was used. The catalyst prepared in this way was examined for its abrasion resistance (compare abrasion test) and its catalytic performance (see catalytic tests). The corresponding values are summarized in Table 5. Abrasion resistance is not sufficient for an encapsulated catalyst.
Vergleichsbeispiel 3:Comparative Example 3
Herstellung eines nicht-erfindungsgemäßen Katalysators aus der KatalysatorvorlagePreparation of a non-inventive catalyst from the catalyst template
E-2E-2
Die Herstellung des Katalysators V2 erfolgte wie im Beispiel 1 beschrieben, mit dem Unterschied, dass an Stelle der Katalysatorvorstufe A-1 die Katalysatorvorstufe E-2 eingesetzt wurde. Der so hergestellte Katalysator wurde auf seine Abriebfestigkeit (vgl. Abriebstest) und seine katalytische Performance (vgl. Katalytische Tests) hin unter- sucht. Die entsprechenden Werte sind in Tabelle 5 zusammengefasst. Die Abriebsfestigkeit entspricht nicht den Anforderungen eines Wirbelbettverfahrens.The preparation of the catalyst V2 was carried out as described in Example 1, with the difference that instead of the catalyst precursor A-1, the catalyst precursor E-2 was used. The catalyst prepared in this way was tested for its abrasion resistance (compare abrasion test) and its catalytic performance (see Catalytic Tests). The corresponding values are summarized in Table 5. The abrasion resistance does not meet the requirements of a fluidized bed process.
In den Beispielen 1 bis 3 sowie in Vergleichsbeispiel 3 werden eingebettete Katalysatoren erhalten. Die Katalysatoren aus den Versuchen 1 bis 3 sind aus erfindungsgemä- ßen VPO-Vorstufen erhalten worden, während der Katalysator aus Vergleichsversuch V3 aus einer VPO-Vorstufe mit einer Agglomeratgröße d50, Agglomerate von weniger als 2 μm hergestellt wurde. Die erfindungsgemäßen Katalysatoren weisen eine Abriebsrate von 6, 25 bzw. 58 g-kg-1-lτ1 auf, während der nicht erfindungsgemäße Katalysator eine zumindest 4-fach höhere Abriebsrate von 253 g-kg-1-lτ1 aufweist.In Examples 1 to 3 and Comparative Example 3, embedded catalysts are obtained. The catalysts from experiments 1 to 3 were obtained from VPO precursors according to the invention, while the catalyst from comparative experiment V3 was prepared from a VPO precursor having an agglomerate size d50 and agglomerates of less than 2 μm. The catalysts according to the invention have an abrasion rate of 6, 25 or 58 g-kg- 1-1 , while the catalyst not according to the invention has an at least 4-fold higher abrasion rate of 253 g-kg- 1-1 .
In den Beispielen 4 bis 6 wurden gekapselte Katalysatoren aus erfindungsgemäßen VPO-Vorstufen erhalten. Die Abriebsraten betrugen zwischen 14 und 21 g-kg-1-lτ1. In Vergleichsversuch V2 wurden gekapselte Katalysatoren aus einer nicht-erfindungsgemäßen VPO-Vorstufe, die eine Agglomeratgröße d50, Agglomerate von weniger als 2 μm aufwies, erhalten. Die Abriebsrate lag mit 59 g-kg-1-lτ1 deutlich über den Abriebsraten, der erfindungsgemäßen Katalysatoren.In Examples 4 to 6, encapsulated catalysts were obtained from VPO precursors according to the invention. The abrasion rates were between 14 and 21 g-kg- 1-1 . In comparative experiment V2, encapsulated catalysts were obtained from a non-inventive VPO precursor which had an agglomerate size d50 and agglomerates of less than 2 μm. The abrasion rate of 59 g-kg- 1-1 was significantly higher than the attrition rates of the catalysts according to the invention.
Im Vergleichsbeispiel V1 wurde unter Einsatz einer nichterfindungsgemäßen, groben VPO-Vorstufe mit einer Agglomeratgröße dso, Agglomerate von mehr als 20 μm ein Kataly- sator erhalten, bei dem die Zusatzstoffpartikel weitgehend in der Nähe der Oberfläche vorlagen und eine Kapsel gebildet haben. Trotz der Verkapselung war die Abriebsrate mit 277 g-kg-1-h"1 wesentlich schlechter, als bei den gekapselten Katalysatoren der erfindungsgemäßen Beispiele 4 bis 6.In Comparative Example C1, using a non-inventive coarse VPO precursor having an agglomerate size dso, agglomerates of more than 20 μm, a catalyst was obtained in which the additive particles were largely present in the vicinity of the surface and formed a capsule. Despite the encapsulation, the abrasion rate was with 277 g-kg- 1 -h " 1 significantly worse than in the encapsulated catalysts of Examples 4 to 6 according to the invention.
Die Beispiele 1 bis 3, sowie das Vergleichsbeispiel V1 zeigen, dass mit eingebetteten Katalysatoren höhere Ausbeuten an MSA bei der Herstellung von Maleinsäureanhydrid aus Butan (siehe Abschnitt „Katalytische Tests") erhalten wurden, dass aber gekapselte Katalysatoren im Durchschnitt bessere Abriebsraten aufwiesen.Examples 1 to 3, as well as Comparative Example C1 show that with embedded catalysts higher yields of MSA in the production of maleic anhydride from butane (see section "catalytic tests") were obtained, but that encapsulated catalysts had on average better abrasion rates.
Unabhängig von der Weiterverarbeitung der VPO-Vorstufen zu eingebetteten oder ge- kapselten Katalysatoren oder ggf. Mischformen aus diesen Morphologien, wurde durch Verwendung einer erfindungsgemäßen VPO-Vorstufe vergleichsweise bessere Abriebsraten erzielt als mit nicht-erfindungsgemäßen VPO-Vorstufen.Irrespective of the further processing of the VPO precursors to form embedded or encapsulated catalysts or, if appropriate, mixed forms of these morphologies, comparatively better attrition rates were achieved by using a VPO precursor according to the invention than with non-inventive VPO precursors.
Tabelle 5: Vergleich der Eigenschaften der verschiedenen VPO-Wirbelbett- katalysatoren. Die spezifische Oberfläche mittels der BET-Methode wurde gemäß DIN 66.131 bestimmt.Table 5: Comparison of the properties of the various VPO fluidized bed catalysts. The specific surface area by means of the BET method was determined according to DIN 66.131.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorvorstufe bzw. eines Katalysators durch a) Herstellung einer Suspension, enthaltend eine Vanadium-, Phosphor- und1. A process for the preparation of a catalyst precursor or a catalyst by a) preparation of a suspension containing a vanadium, phosphorus and
Sauerstoff enthaltende Vorstufe (VPO-Vorstufe), deren mit Ultraschall dispergierte Primärpartikel in wässriger Lösung einen mittleren Durchmesser dδo, Primarpartikei kleiner als 1 ,3 μm aufweisen und die in Wasser in Form von Agglomeraten mit einem mittleren Durchmesser dso, Aggiomerate von 2 μm bis 20 μm vorliegt, wobei die mittleren Durchmesser der Primärpartikel sowie der Aggiomerate der VPO-Vorstufe durch Laserbeugung nach ISO 13320 ermittelt werden, b) Sprühtrocknung der Suspension und c) ggf. Überführung der in Schritt b) erhaltenen Katalysatorvorstufe in den Ka- talysator durch thermische Behandlung.Oxygen-containing precursor (VPO precursor) whose ultrasonically dispersed primary particles in aqueous solution have a mean diameter dδo, Primarpartikei smaller than 1, 3 microns and those in water in the form of agglomerates with a mean diameter dso, agglomerates of 2 microns to 20 μm, the mean diameters of the primary particles and the agglomerates of the VPO precursor being determined by laser diffraction according to ISO 13320, b) spray-drying the suspension and c) optionally converting the catalyst precursor obtained in step b) into the catalyst by thermal treatment ,
2. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorvorstufe bzw. eines Katalysators gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man der Suspension mindestens einen Zusatzstoff aus der Gruppe Siliciumdioxid, Zirkoniumdioxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid, Boroxid, Titandioxid, Germaniumoxid und Eisenoxid zugibt.2. A process for preparing a catalyst precursor or a catalyst according to claim 1, characterized in that at least one additive from the group of silica, zirconium dioxide, zinc oxide, alumina, boron oxide, titanium dioxide, germanium oxide and iron oxide is added to the suspension.
3. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorvorstufe bzw. eines Katalysators nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Zusatzstoff Siliciumdioxid verwendet.3. A process for preparing a catalyst precursor or a catalyst according to claim 2, characterized in that one uses as an additive silica.
4. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorvorstufe bzw. eines Katalysators gemäß mindestens einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Zusatzstoff, gerechnet als Oxid, im thermisch behandelten Katalysator im Bereich von 6 bis 15 Gew.-% beträgt, bezogen auf die Trockenmasse des thermisch behandelten Katalysators.4. A process for preparing a catalyst precursor or a catalyst according to any one of claims 2 to 3, characterized in that the proportion of additive, calculated as oxide, in the thermally treated catalyst in the range of 6 to 15 wt .-%, based on the dry mass of the thermally treated catalyst.
5. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorvorstufe bzw. eines Katalysators gemäß mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff zumindest teilweise in kolloidaler Form vorliegt.5. A process for preparing a catalyst precursor or a catalyst according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the additive is present at least partially in colloidal form.
6. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorvorstufe bzw. eines Katalysators gemäß mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff zumindest teilweise in kolloidaler Form vorliegt, wobei der mittlere Durchmesser der Partikel in kolloidaler Form 15 nm oder weniger beträgt. 6. A process for preparing a catalyst precursor or a catalyst according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the additive is at least partially in colloidal form, wherein the average diameter of the particles in colloidal form is 15 nm or less.
7. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorvorstufe bzw. eines Katalysators gemäß mindestens einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff zum Teil oder vollständig als Siliciumdioxid in Form von PoIy- kieselsaure vorliegt.7. A process for preparing a catalyst precursor or a catalyst according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the additive is present partially or completely as silica in the form of polysilicic acid.
8. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorvorstufe bzw. eines Katalysators gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Siliciumdioxid in Form von Polykieselsäure weniger als 50 Gew.-% beträgt, bezogen auf die Summe der Trockenmasse der zugesetzten Zusatzstoffe.8. A process for preparing a catalyst precursor or a catalyst according to claim 7, characterized in that the proportion of silicon dioxide in the form of polysilicic acid is less than 50 wt .-%, based on the sum of the dry matter of the added additives.
9. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorvorstufe bzw. eines Katalysators gemäß mindestens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der mittleren Durchmesser der Primärpartikel der VPO-Vorstufe (dso, Pπmarpartikei) zum mittleren Durchmesser der Partikel des Zusatzstoffes9. A process for preparing a catalyst precursor or a catalyst according to any one of claims 2 to 8, characterized in that the ratio of the average diameter of the primary particles of the VPO precursor (dso, Pπmarpartikei) to the mean diameter of the particles of the additive
(d so, Zusatzstoff) im Bereich von 90 bis 170 liegt.(d so, additive) is in the range of 90 to 170.
10. Verfahren zur Herstellung einer Katalysatorvorstufe bzw. eines Katalysators gemäß mindestens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der mittleren Durchmesser der Primärpartikel der VPO-Vorstufe10. A process for preparing a catalyst precursor or a catalyst according to any one of claims 2 to 8, characterized in that the ratio of the average diameter of the primary particles of the VPO precursor
(dso, Pπmarpartikei) zum mittleren Durchmesser der Partikel des Zusatzstoffes (dso, Zusatzstoff) mehr als 500 beträgt.(dso, Pπmarpartikei) to the mean diameter of the particles of the additive (dso, additive) is more than 500.
1 1. Katalysatorvorstufen bzw. Katalysatoren erhältlich nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 10.1 1. catalyst precursors or catalysts obtainable by a process according to claims 1 to 10.
12. Katalysatoren gemäß Anspruch 1 1 mit einer Abriebsrate (AR) von weniger als 30 g kg-1-h-1.12. Catalysts according to claim 1 1 with an abrasion rate (AR) of less than 30 g kg- 1 -h- 1 .
13. Vanadium-, Phosphor- und Sauerstoff- enthaltendende Vorstufe (VPO-Vorstufe), dadurch gekennzeichnet, dass die mit Ultraschall dispergierten Primärpartikel der VPO-Vorstufe in wässriger Lösung einen mittleren Durchmesser dso, primarpam- kei kleiner als 1 ,3 μm aufweisen, und dass die Katalysatorvorstufe in Wasser in Form von Agglomeraten mit einem mittleren Durchmesser dso, Aggiomerate von 2 μm bis 20 μm vorliegt, wobei die mittleren Durchmesser der Primärpartikel sowie der13. Vanadium-, phosphorus- and oxygen-containing precursor (VPO precursor), characterized in that the ultrasonically dispersed primary particles of the VPO precursor in aqueous solution have an average diameter dso, primarpam- kei smaller than 1, 3 microns, and that the catalyst precursor in water in the form of agglomerates having a mean diameter dso, agglomerates of 2 .mu.m to 20 .mu.m, wherein the average diameter of the primary particles and the
Aggiomerate der VPO-Vorstufe durch Laserbeugung nach ISO 13320 ermittelt werden.Aggiomerates of VPO precursor can be determined by laser diffraction according to ISO 13320.
14. Verwendung eines Katalysators gemäß Anspruch 11 oder 12 zur Gasphasenoxi- dation von Kohlenwasserstoffen. 14. Use of a catalyst according to claim 11 or 12 for Gasphasenoxi- dation of hydrocarbons.
15. Verwendung eines Katalysators gemäß Anspruch 1 1 oder 12 zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen mit mindestens vier Kohlenstoffatomen, insbesondere n-Butan.15. Use of a catalyst according to claim 1 1 or 12 for the preparation of maleic anhydride by gas phase oxidation of hydrocarbons having at least four carbon atoms, in particular n-butane.
16. Verfahren zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen mit mindestens vier Kohlenstoffatomen, insbesondere n-Butan, dadurch gekennzeichnet, dass man die Oxidation in Gegenwart eines Katalysators gemäß Anspruch 1 1 oder 12 vornimmt. 16. A process for the preparation of maleic anhydride by gas phase oxidation of hydrocarbons having at least four carbon atoms, in particular n-butane, characterized in that one carries out the oxidation in the presence of a catalyst according to claim 1 1 or 12.
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