JP2002529351A - 酸化銀および酸化バナジウムを含有する多金属酸化物およびその使用 - Google Patents
酸化銀および酸化バナジウムを含有する多金属酸化物およびその使用Info
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Abstract
Description
、Cd、Pb、Cr、Au、Al、Fe、Co、Niおよび/またはMoからな
る群から選択される金属であり、 aは0.3〜1.9であり、 bは0〜0.5であるが、但し、差(a−b)≧0.1であり、かつ cは0〜20であり、かつ xは化学量論的に、式I中の酸素原子とは異なる元素の原子価および頻度によっ
て決定される数である]の多金属酸化物(multimetal oxide)に関し、該酸化物
は格子面間隔dが15.23±0.6、12.16±0.4、10.68±0.
3、3.41±0.04、3.09±0.04、3.02±0.04、2.36
±0.04および1.80±0.04Åである場合に反射を示すX−線粉末回折
パターンを生じる結晶構造で存在する。
水素、例えばベンゼン、o−、m−もしくはp−キシレン、ナフタレン、トルエ
ンまたはズレン(1,2,4,5−テトラメチルベンゼン)の接触気相酸化によ
って固相反応器、有利には多管型反応器中で工業的に製造される。この場合、出
発材料に応じて、例えば安息香酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、イソフタル
酸、テレフタル酸または無水ピロメリト酸を製造するために該方法が使用される
。そのために、一般に分子酸素を含有する気体、例えば空気および酸化されるべ
き出発材料からなる混合物を反応器中に配置された少なくとも1つの触媒床を有
する多数の管に導通させる。温度調節のために、これらの管は伝熱溶媒、例えば
塩溶融物によって包囲されている。その恒温化にもかかわらず、触媒床中に触媒
床の残りの部分におけるよりも高い温度が優勢である所謂“ホットスポット”が
形成される。これらの“ホットスポット”は副反応、例えば出発材料の全燃焼を
もたらすか、または反応生成物から除去できないか、または多大な労力をもって
除去できる不所望な副生成物、例えばo−キシレンからの無水フタル酸(PA)
の製造におけるフタリドまたは安息香酸の形成をもたらす。
の活性触媒を触媒床中に層状に配置するようになってきており、その際、一般に
僅かに活性の触媒は、これが反応ガス混合物と最初に接触するように配置される
、すなわちその触媒はガス入口側の床に配置され、それに対してより活性な触媒
は触媒床からのガス出口側の方に配置される(DE−A2546268号、EP
−A286448号、DE−A2948163号、EP−A163231号、U
S−A4665200号)。触媒床中の種々の活性の触媒を同じ温度で反応ガス
に暴露することができるが、種々の活性の触媒からなる両者の層を種々の反応温
度で恒温的に反応ガスと接触させることもできる(DE−A2830765号)
。EP−A163231号によれば前記の措置の多くは記載される活性構造化(
activity structuring)の調節のために同時に使用することができる。ドイツ国
の特許出願整理番号P19823262号は多数の触媒を使用する変法を記載し
ており、ここでは触媒の活性はガス入口側からガス出口側まで、ほぼ連続的に高
めている。
つこうして良好な品質のPAを得て、残留キシレンもしくは残留ナフタレンによ
る排ガスの汚染を回避するために、反応を完全変換(すなわち使用される出発材
料に対して>99.9%の変換)下に実施する(K. Towae et al. In Ullmann's
Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A20, 1992, 181)。選択的なo
−キシレン酸化のため、ならびに方法および触媒製造に関する従来の技術の広範
囲の描写はWO98/37967号に挙げられ、かつK.Towae他によって
前記のように挙げられている。
れ、そこではまずo−キシレンを液相中で分子酸素によって均質に溶解されたコ
バルト触媒上でトリル酸に酸化させ、かつ生じたトリル酸を引き続き気相中で従
来の不均一系触媒上でPAに再酸化している。
の触媒においては触媒活性物質はシェル状で、一般に反応条件下に不活性の非孔
質の担持材料、例えば石英(SiO2)、ポーセリン、酸化マグネシウム、二酸
化スズ、炭化ケイ素、ルチル、バン土(Al2O3)、ケイ酸アルミニウム、ケ
イ酸マグネシウム(ステアタイト)、ケイ酸ジルコニウムまたはケイ酸セリウム
またはこれらの担持材料の混合物上に施されている。シェル触媒の触媒的活性物
質の触媒活性成分としては、一般にそのアナターゼ改質の形の二酸化チタンおよ
び五酸化バナジウムが使用される。更に、触媒的活性物質は少量で、促進剤とし
て、例えばこれらがその活性を下げるか上げるかによって触媒の活性および選択
性に作用する多数の別の酸化物化合物を含有する。かかる促進剤としては、例え
ばアルカリ金属酸化物、特に酸化リチウム、酸化カリウム、酸化ルビジウム、お
よび酸化セシウム、酸化タリウム(I)、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム
、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化スズ、酸化銀、酸
化銅、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化イリジウム、酸化
タンタル、酸化ニオブ、酸化ヒ素、酸化アンチモン、酸化セリウムおよび五酸化
リンが挙げられる。活性を低下させ、かつ選択性を高める促進剤としては、例え
ばアルカリ金属酸化物が作用を及ぼし、それに対して酸化物のリン化合物、特に
五酸化リンは触媒の活性を高めるが、その選択性は低減させる。
てよいフタル酸無水物の製造のための従来のV2O5−TiO2(アナターゼ)
触媒に関する。
特にo−キシレンおよび/またはナフタレンをPAに酸化させる方法が10年以
来集中的に研究されているにもかかわらず、従来と同じく前記の目的のための改
善された触媒が必要とされている。
酸化物−ブロンズとして公知である。これらは一般に半導体または金属伝導性の
酸化物の、有利には層構造またはトンネル構造を有する固形体であり、バナジウ
ムの部分は還元された形で[V2O5]∞親格子(host lattice)中にV(IV
)として存在する。α−AgxV2O5ブロンズは斜方晶構造を有する。これら
は、エッジおよびコーナー結合したVO5錐体からなる(001)平面に平行な
部分的に還元された[V2O5]∞を有する。Agカチオンは部分的に還元され
た[V2O5]∞層間にインターカレーションしている。xが0.3〜0.4で
あるβ−AgxV2O5ブロンズはトンネル構造を有している。β−[V2O5 ]∞親格子は大きく歪曲したVO6八面体および歪曲した三方晶−双錐体のVO 5 単位を構築し、大きチャネルの形成を伴う。
してバナジウムブロンズδ−AgxV2O5(x=0.6〜0.9)の理想的な
構造は間にAgカチオンがインターカレーションしたエッジ結合されたVO6八
面体の層を有する。
lls)の構造的無機化学(Structural Inorganic Chemistry)の第5版、クラレ
ンドン出版(Clarendon Press)、オックスフォード、1984、621〜62
5頁ならびにC.N.R.ラオ(Rao)、B.ラボー(Raveau)の遷移金属酸化
物(Transition Metal Oxides)、VCH出版社、ニューヨーク、1995、1
76〜179頁に見いだすことができる。AgxV2O5ブロンズの製造および
構造における特定の情報は“グメリンの無機化学マニュアル(Gmelin Handbuch
der anorganischen Chemie)”の第8版、シルバー、B4部、システムNo.6
1、スプリンガー出版、ベルリン−ハイデルベルク−ニューヨーク、1974、
274〜277頁に挙げられる。
池中のカソード材料としてのその使用を開示している。この銀−バナジウムの酸
化物は酸化銀および酸化バナジウム、例えばV2O5またはV6O13の間の固
相反応で500℃〜520℃で製造される。
Y.I.アンドレイコフ(Andreikov)、A.A.リアプキン(Lyapkin)および
V.L.ヴォルコフ(Volkov)のNeftekhimiya 17、559(1
977)にはトルエンをベンズアルデヒド/安息香酸に酸化させるためにAg:
V2O5モル比0.8:1を有するAg−V2O5ブロンズを使用することが記
載されている。ここでは、所望の生成物への選択性は変換率の増大を伴って減少
する。これらの触媒は出発材料の銀または硝酸銀およびV2O5の750℃での
共同溶融(joint melting)によって得られ、これらは、その製造方法のためB
ET表面積が低い3相混合物をもたらす。更にこれらの触媒は更に銅を含有して
いてよい。RU特許2088567号でY.I.アンドレイコフ他はトルエンの
ベンズアルデヒドおよび安息香酸への酸化のために種々の担持材料上に前記の組
成のAg−V2O5ブロンズを使用している。例によれば窒化ケイ素担持材料上
にシェル状にAg−V2O5ブロンズを含有する触媒を使用する場合に最も高い
変換率が得られる。ここでは、トルエンのベンズアルデヒドおよび安息香酸への
420℃での変換率は全体で15%未満である。これらの触媒は従って作業にお
いて経済的ではない。
.22、963(1981)および22,1207(1981)においては、A
g:V2O5モル比0〜1:1を有するAg−V2O5ブロンズを使用するo−
キシレンまたはナフタレンを選択的に酸化させることが記載され、活性/選択率
に関する最大値は0.5〜0.86:1の範囲でもたらされる。この反応におい
ても、所望の生成物の選択性は変換率の増大を伴って減少する。これらの文献に
記載される触媒は同様に出発材料の共同溶融によって得られる。
01〜1:1を有し、Tl:V2O5モル比0.01〜1:1でTlが添加され
たAg−V2O5含有触媒を使用してo−キシレンを無水フタル酸に酸化させる
ことを開示している。高い変換率がこの系を使用して達成されるが、所望の生成
物の選択率および収率は不十分である。これらの触媒は担持材料の含浸および引
き続いての乾燥および焼成によって製造される。
ナジウム触媒によるイソブテンのメタクロレインへの酸化を記載している。
は、US−A3485876号、DE−A1294951号およびUS−A41
37259号から公知である。これらの触媒中のAg:V原子比は1:1である
。Ag−V2O5(V:Ag原子比1:0.003を有する)上でのシクロペン
タジエンの部分的気相酸化は同様に公知(K.-W. Jun et al., Appl. Catal 63,
267-278 (1990))であり、その際、Ag−V2O5触媒はV2O5だけを含有し
、かつ他の同定可能な固相を有さない。バナジン酸銀による非環式の不飽和炭化
水素の選択的酸化、特に1,3−ブタジエンのフランへの酸化はDE−A197
05326号に記載されている。
分であるので、銀−バナジウム酸化物ブロンズの工業的な使用は工業的に関心が
持たれていない。
造するための出発化合物ならびにこれらの触媒およびこれらの触媒のための出発
化合物を製造するための方法を提供することである。これらの触媒は芳香族炭化
水素のカルボン酸または無水カルボン酸への酸化、特にo−キシレンおよび/ま
たはナフタレンの無水フタル酸を得るための酸化における活性および選択性に関
して、Ag−V2O5をベースとする公知の触媒と比べて改善すべきである。
、Cd、Pb、Cr、Au、Al、Fe、Co、Niおよび/またはMoの群か
ら選択される金属であり、 aは0.3〜1.9の値であり、 bは0〜0.5の値を有するが、但し、差(a−b)≧0.1であり、かつ cは0〜20の値を有し、かつ xは、式I中の酸素原子とは異なる元素の原子価および頻度によって決定される
数である]の、格子面間隔dが15.23±0.6、12.16±0.4、10
.68±0.3、3.41±0.04、3.09±0.04、3.02±0.0
4、2.36±0.04および1.80±0.04Åである場合に反射を示すX
−線粉末回折パターンを生じる結晶構造を有する多金属酸化物ならびにこれらを
製造するための方法によって解決されることが判明した。
、不活性の、非孔質の担持材料およびそこにシェルの形で、1つ以上のシェル状
層が該層の全質量に対して30〜100質量%の前記の多金属酸化物を含有して
適用された1つ以上の層を含有するシェル触媒を製造するための前触媒(precat
alyst)ならびに、例えば本発明の前触媒または多金属酸化物から得られ、不活
性の、非孔質材料を含有し、そこに全質量に対して30〜100質量%の、Ag
:V原子比0.15〜0.95を有しかつBET表面積2〜100m2/gを有
する1種以上の銀−バナジウム酸化物ブロンズを含有する触媒活性物質を含有す
る1つ以上の層が適用された、芳香族炭化水素の部分的気相酸化のためのシェル
触媒が見いだされた。
o−キシレンまたはナフタレンもしくはこれらの化合物の混合物またはトルエン
の部分的酸化によって、触媒的活性物質がシェルの形で不活性の非孔質材料に適
用され、その際、使用される触媒は、触媒的活性物質が全質量に対して30〜1
00質量%の、Ag:V原子比0.15〜0.95を有しかつBET表面積2〜
100m2/gを有するシェル触媒である触媒上で芳香族炭化水素のカルボン酸
および/または無水カルボン酸への酸化のための、前記のシェル触媒とは異なり
かつその触媒活性物質が重要な触媒活性成分として五酸化バナジウムおよびアナ
ターゼを含有し、かつかかる第2のシェル触媒が存在するのであれば前記の組成
のシェル触媒との組合せ触媒床中で酸化反応器中に使用される少なくとも1つの
シェル触媒の存在下または不在下にカルボン酸および/または無水カルボン酸を
製造するための方法が見いだされた。
グ式によって回折の測定角から計算できる格子面間隔d[Å]の形で報告してい
る。
1表に列記される17個の反射を含んでいる。式Iの新規の多金属酸化物のX線
粉末回折パターンの強度が殆どない反射は第1表では無視した。
びテクスチャリング(texturing)に依存して、非常に十分であってよいのでX
線粉末パターンにおいて幾つかの比較的低い強度の反射は最早検出できないX線
粉末パターンにおける反射の強度が弱められることがあるが、その際、本発明の
多金属酸化物から製造される前触媒および触媒の特性に悪影響を及ぼすことはな
い。従って式Iによって表される化学組成物の多金属酸化物のX線パターンにお
いて幾つかの比較的低い強度の反射が存在しないことは、その多金属酸化物が本
発明によるものでないことを意味し;他方、X線粉末パターンにおいて全ての1
7個の反射が存在することは、当該の多金属酸化物が特に高い結晶性の本発明に
よる多金属酸化物であることを示している。本発明の多金属酸化物の高度の結晶
性は、本発明の前触媒および触媒の製造におけるその加工特性において有利な効
果を有することがある。本発明の多金属酸化物と他の結晶化合物との混合物が別
の反射を示すことは当業者には明らかである。多金属酸化物と他の結晶性化合物
のかかる混合物は、目標とする方法で本発明の多金属酸化物とかかる化合物を混
合することによって製造できるか、または本発明の多金属酸化物の製造において
出発材料の不完全な反応によって形成させることができる。
relative Intensity)を有する(Irel[%]):
強度値はそれらの比に関して互いに変化することがある。
〜1.0、特に有利には0.6〜0.9であってよく、かつ変数bの値は0〜0
.5、有利には0〜0.3、特に0〜0.1であってよいが、但し、差(a−b
)は0.1より大きいかまたは等しい。xという数は式Iの多金属酸化物中の酸
素の他の元素の原子価および頻度によって決定される。含水率の尺度であるcと
いう数は0〜20、有利には0〜5、特に0〜1であってよい。
子価によって決定され、かつcは0〜5である]の組成を有する。
均比は<0.6、有利には<0.3、特に有利には<0.1であり、その際、こ
の比は勿論常に>0である。BET法によって決定され、かつIUPAC(国際
純正応用化学連合)の“レコメンデーション 1984(Recommendations 1984
)”(Pure & Appl. Chem. 57, 603 (1985))に基づくDIN66131に従っ
て測定される比表面積は一般に1m2/gより大きく、有利には3〜250m2 /g、特に10〜250m2/g、特に有利には20〜80m2/gである。
、Ba、Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、Au、Al、Fe、Co、Niおよび
/またはMoが本発明の多金属酸化物の成分であってよい。Na、K、Rb、T
l、AuおよびCuが有利である。
V2O5)の懸濁液を溶剤中の銀塩の溶液、かつ所望であれば金属成分Mの化合
物の溶液と一緒に加熱することである。この反応のための溶剤としては、極性有
機溶剤、例えばポリオール、ポリエーテルまたはアミン、例えばピリジンを使用
することができるが、溶剤として水を使用することが有利である。銀塩としては
硝酸銀を使用するのが有利であるが、他の可溶性の銀塩、例えば酢酸銀、過塩素
酸銀またはフッ化銀も同様に可能である。金属成分Mの塩としては、使用される
溶剤中に可溶性であるものを選択するのが慣用である。本発明の多金属酸化物の
製造における溶剤として水を使用する場合、例えば金属成分Mの過塩素酸塩また
はカルボン酸塩、特に酢酸塩を使用することができ;考慮される金属成分Mの硝
酸塩を使用するのが有利である。
れた温度で実施することができる。一般に、反応は20〜375℃、有利には2
0〜100℃、特に有利には60〜100℃で実施される。反応温度が使用され
る溶剤の沸点より高い場合、有利には反応を反応系の自生の圧力で反応容器中で
実施される。反応条件は、有利には反応が大気圧下に実施できるように選択され
る。反応される出発材料の種類および使用される温度条件に依存して、反応時間
は10分間ないし3日間であってよい。反応時間の、例えば5日間以上への延長
も可能である。一般にV2O5と銀塩あるいは金属成分Mの1種以上の塩とを反
応させて本発明の多金属酸化物を得ることは、6〜24時間かけて実施される。
その反応の間、V2O5懸濁液の橙赤色が変化し、新規化合物は暗褐色の懸濁液
として形成される。
び、所望であれば式Iのaおよびbによって決定される金属成分Mの塩の量を反
応させることによって製造される。このように銀塩は一般に五酸化バナジウムと
Ag:V原子比0.15〜0.95、有利には0.25〜0.5に相当する比で
反応され、これは式Iのaの値0.3〜1.9または0.5〜1.0に相当する
。特に有利には銀塩は、式Iのaの値0.6〜0.9に相当するAg:V原子比
0.3〜0.45に相当する五酸化バナジウムに対する量で添加される。反応が
完了した後に、繊維状結晶形態を有する新規の多金属酸化物が得られる。
ことができ、以後の使用のために貯蔵される。多金属酸化物は、例えば懸濁液の
濾過および得られる固体の乾燥によって単離することができる。乾燥は、慣用の
乾燥機、または例えば凍結乾燥機中で実施することができる。得られる多金属酸
化物懸濁液の乾燥は特に有利には噴霧乾燥によって実施される。反応において得
られる多金属酸化物を乾燥の前に塩不含に洗浄することが有利である。噴霧乾燥
は、一般に大気圧または大気圧以下で実施される。使用される圧力および使用さ
れる溶剤は乾燥ガス、一般に空気の入口温度を決定するが、もちろん他の気体、
例えば窒素またはアルゴンを使用することもできる。乾燥ガスが噴霧乾燥機中に
進入する温度は、溶剤の気化によって冷却される乾燥ガスの出口温度がいかなる
延長された時間でも200℃を超過しないように有利に選択される。一般に乾燥
ガスの出口温度は50〜150℃、有利には100〜140℃に設定される。多
金属酸化物の貯蔵を意図しないのであれば、得られる多金属酸化物懸濁液を、例
えば本発明の前触媒の被覆のために、多金属酸化物の事前の単離および乾燥なし
に使用することができる。
合物として使用され、該触媒は芳香族炭化水素をカルボン酸および/または無水
カルボン酸に、分子酸素を含有する気体によって気相酸化させるために使用され
る。繊維径と繊維長との平均比0.6未満、有利には0.3未満、特に有利には
0.1未満(しかしながら常に0より大きい)を有する繊維状結晶形態は、前記
目的のために特に有利であると判明している。繊維状結晶形態のこれらの多金属
酸化物のうち、例えば前記の目的のためにBET表面積が3〜250m2/g、
特に10〜250m2/g、特に有利には20〜80m2/gであるものが有利
である。その化学定組成に関して前記のシェル触媒を製造するために使用される
式Iの多金属酸化物は、特に有利にはaが0.6〜0.9であり、bが、使用さ
れる出発材料を介して導入される工業的に実質的に不可避かつ事実上不活性の不
純物を無視すると0と等しいもの、特に式: AgaV2Ox・cH2O [式中、 aは0.6〜0.9であり、cが0〜5であり、xがこの多金属酸化物中の銀お
よびバナジウムの原子価および頻度によって決定される数である]のものである
。
を製造するために使用されるのであれば、これらは慣用の担持触媒または非担持
触媒、すなわち担持材料を含有しない触媒を製造するための前駆体化合物として
使用することもできる。本発明の多金属酸化物の更なる可能な使用は、電気化学
的電池、例えばバッテリーのためのカソード材料としてまたはカソード材料を製
造するためである。
的酸化のためのシェル触媒は有利には本発明の多金属酸化物から“前触媒”の段
階を介して製造され、前触媒は貯蔵でき、かつそれ自体で取り扱うことができ、
かつ前触媒から本発明のシェル触媒を熱処理によるか、または酸化反応の条件下
に酸化反応器中でその場で製造することができる。このように前触媒は完成した
シェル触媒の前駆体であり、かつ前触媒およびシェル触媒の製造の条件下に不活
性であり、また芳香族炭化水素のカルボン酸および/または無水カルボン酸への
部分的酸化の条件下に不活性である非孔質の担持材料ならびにそこにシェルの形
で適用される1つ以上の層を有し、その際、前触媒の前記のシェル状の1つ以上
の層はこの1つ以上の層の全質量に対して30〜100質量%、有利には50〜
100質量%の式Iの多金属酸化物を含有する。1つ以上のシェル状層は、特に
有利には完全に式Iの多金属酸化物からなる。1つ以上の触媒活性層が式Iの多
金属酸化物の他に他の成分を有するのであれば、これらの成分は、例えば先行技
術の不活性材料、例えば炭化ケイ素またはステアタイトあるいは芳香族炭化水素
のカルボン酸および/または無水カルボン酸への酸化のための触媒であってよく
、これらは本発明の範囲外であり、かつ五酸化バナジウム/アナターゼをベース
としており、例えば従来の技術の議論において冒頭で挙げられている。
、芳香族炭化水素のカルボン酸および/または無水カルボン酸への酸化のための
シェル触媒の製造において有利に使用されるような実質的に全ての担持材料、例
えば石英(SiO2)、ポーセレン、酸化マグネシウム、二酸化スズ、炭化ケイ
素、ルチル、アルミナ(Al2O3)、ケイ酸アルミニウム、ステアタイト(ケ
イ酸マグネシウム)、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸セリウムまたはこれらの担持
材料の混合物を使用することができる。“非孔質”という表現は、本明細書中で
は“事実上の効果を有さない細孔の量を除いて非孔質”の意味で使用される。そ
れというのも理想的には細孔を有するべきでない担持材料中の少数の細孔は工業
的には不可避であるからである。有利な担持材料としては、ステアタイトおよび
炭化ケイ素が特に挙げられる。担持材料の形は、一般に本発明の前触媒およびシ
ェル触媒のために重要でない。例えば、触媒担体を球、リング、ペレット、スパ
イラル、チューブ、押出物または顆粒の形で使用してもよい。触媒担体のサイズ
は芳香族炭化水素の部分的気相酸化のためのシェル触媒を製造するために慣用に
使用される触媒担体のそれに相当する。前記のように、前記の担持材料を本発明
のシェル触媒の触媒活性物質中に粉末形で混合してもよい。
知の方法を使用することもできる。例えば五酸化バナジウムと銀塩あるいは金属
成分Mの1種以上の塩との反応で得られる懸濁液を、DE−A1692938号
およびDE−A1769998号の方法にあるように不活性担持材料からなる触
媒担体上に加熱した被覆ドラム中で前触媒の全量に対して所望の量の多金属酸化
物が適用されるまで噴霧してもよい。被覆ドラムの代わりに、DE−A2106
796号にあるように本発明の多金属酸化物を触媒担体にシェル状で適用するた
めにDE−A1280756号に記載されるような流動床コーターを使用しても
よい。五酸化バナジウムと銀塩あるいは金属成分Mの1種以上の塩との反応で得
られる懸濁液の代わりに、単離および乾燥後に得られる本発明の多金属酸化物の
粉末のスラリーを使用して前記の被覆プロセスを実施することができ、これが有
利である。EP−A744214号に記載される方法と類似の方法を使用して、
有機結合剤、有利にはコポリマーを溶解させるか、または水性分散液の形で、多
金属酸化物の製造時に形成される本発明の多金属酸化物の懸濁液または水、有機
溶剤、例えば高級アルコール、多価アルコール、例えばエチレングリコール、1
,4−ブタンジオールまたはグリセロール、ジメチルホルムアミド、ジメチルア
セトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドンまたはサイクリック
ウレア(cyclic urea)、例えばN,N’−ジメチルエチレンウレアまたはN,
N’−ジメチルプロピレンウレアまたはこれらの有機溶剤と水との混合物中の乾
燥された本発明の多金属酸化物の粉末のスラリーに添加してもよく、その際、一
般に本発明の多金属酸化物の懸濁液またはスラリーの固体含有率に対して10〜
20質量%の結合剤含有率が使用される。適当な結合剤は、例えばビニルアセテ
ート−ビニルラウレート、ビニルアセテート−アクリレート、スチレン−アクリ
レート、ビニルアセテート−マレエートまたはビニルアセテート−エチレンコポ
リマーである。有機コポリマーポリエステル、例えばアクリレート−ジカルボン
酸無水物−アルカノールアミンをベースとするものを有機溶剤中の溶液で本発明
の多金属酸化物のスラリーに添加する場合、結合剤含有率はドイツ国特許明細書
第19823262.4号の教示と同様に懸濁液またはスラリーの固体含有率に
対して1〜10質量%に低減させてよい。
温度が一般に使用され、その際、被覆は被覆装置中で大気圧または大気圧以下で
実施することができる。本発明の前触媒を製造するために、被覆は一般に0℃〜
200℃、有利には20〜150℃、特に室温ないし100℃で実施される。触
媒担体を本発明の多金属酸化物の湿性の懸濁液で被覆する場合、より高い被覆温
度、例えば200〜500℃を使用してもよい。前記のより低い温度では、被覆
プロセスで使用される任意のポリマー結合剤の部分が触媒担体に適用された層中
に残留することがある。
るシェル触媒に更に変換させる際に、結合剤は適用された層から熱的配合(ther
mal composition)および/または燃焼によって追い出される。前触媒を本発明
によるシェル触媒に変換させることは、500℃より高い温度、例えば650℃
までの温度での熱処理によって実施することもでき、有利には>200℃〜50
0℃、特に300〜450℃の温度で実施する。
温度、特に300℃より高い温度で分解し、本発明のシェル触媒の触媒的活性物
質の成分である銀−バナジウム酸化物ブロンズを形成する。従って、使用される
条件にその都度依存する200℃より高い被覆温度で触媒担体に適用された本発
明の多金属酸化物の部分は分解して触媒活性な銀−バナジウム酸化物ブロンズお
よび/または銀−バナジウム酸化物化合物を形成し、この構造は結晶学的に解明
されておらず、かつこれを前記の銀−バナジウム酸化物ブロンズに変換すること
もできる。しかしながら、この分解は前記の温度範囲では非常に緩慢に生じるの
で、>200℃〜300℃の範囲内で被覆された触媒担体の場合には、適用され
た層は実質的に本発明の多金属酸化物からなり、これは適用された層から剥離さ
れた試料のX線結晶構造分析によって確かめることができる。300〜500℃
の被覆温度では、この分解は実質的に完全に進行するので、300〜500℃で
の被覆プロセスにおいては本発明のシェル触媒は前触媒の中間体を介さずに得る
ことができる。触媒担体を本発明の多金属酸化物で200〜300℃より高い温
度で被覆する場合、適用された層は一般に、使用される多金属酸化物および被覆
工程を実施するのに必要な時間に依存して、本発明の多金属酸化物と銀−バナジ
ウム酸化物ブロンズおよび/または部分的分解によって形成された結晶学的に解
明されていない構造を有する銀−バナジウム酸化物化合物の両者の量が変化する
。
の製造のために使用することができる。しかしながら、特に有利な前触媒および
シェル触媒は、本発明の前触媒を前記の規定を考慮してEP−A714700号
およびWO98/37967号の触媒製造法に類似の方法によって不活性触媒担
体は、有利には噴霧乾燥された本発明の多金属酸化物の粉末で、特にBET表面
積、結晶組織および化学組成に関して前記の有利な特性を有する多金属酸化物で
0℃〜200℃、有利には20〜150℃、特に室温ないし100℃で前記の結
合剤の1つを添加するか、または添加しないで製造する場合に得られる。
た材料の試料のX線粉末回折パターンは、就中本発明の多金属酸化物に関して第
1表に記載されているような格子面間隔dでの反射を示す。
れらの前触媒から芳香族炭化水素の酸化のための反応器中でその場で製造される
。
300〜450℃での熱処理において、これらの前触媒は芳香族炭化水素のカル
ボン酸および/またはカルボン酸無水物への気相酸化のための本発明のシェル触
媒に変換される。この熱処理において、多金属酸化物あるいは前触媒中に存在す
る本発明による酸化物は最終的に以前から知られており、かつ特徴付けられた銀
−バナジウム酸化物ブロンズに分解される(Bull. Soc. Chim. France 3817, 19
67参照)。これは、前触媒の前記の熱処理によって得られる新規のシェル触媒の
触媒活性層から剥離された材料の試料のX線回折パターンによって確かめること
ができる。前触媒中に存在する本発明の多金属酸化物を変換させて、公知の銀−
バナジウム酸化物ブロンズを形成させることは、本発明による前触媒を本発明の
シェル触媒の代わりに反応で使用すれば、特に芳香族炭化水素をカルボン酸およ
び/または無水カルボン酸の部分的気相酸化のための反応器、例えばo−キシレ
ンおよび/またはナフタレンから無水フタル酸を製造するための反応器中でその
場で一般に使用される300〜450℃の温度で実施する。この場合には、シェ
ル触媒の活性の定常的な増大が、一般に本発明の多金属酸化物が公知の銀−バナ
ジウム酸化物ブロンズに完全に変換されるまで観察される。前記のように形成さ
れる銀−バナジウム酸化物ブロンズは、このように本発明のシェル触媒の触媒活
性層の触媒活性成分である。
だ解明されていない一連の還元および酸化を介して進行する。酸素、不活性ガス
および還元ガスに関して変換を行う雰囲気の組成ならびに使用される温度に依存
して、かつ前触媒が有機結合剤を含有するかどうかに依存して、かつ該結合剤の
種類および量に依存して、高められた温度での前触媒の熱処理または担持材料の
被覆によって、まず銀−バナジウム酸化物化合物への本発明の酸化物の変換がも
たらされる。該化合物は前記の銀−バナジウム酸化物ブロンズとは異なり、その
結晶学的構造は解明されていないが、芳香族炭化水素のカルボン酸無水物および
/またはカルボン酸への酸化のための方法の条件下に反応器中で、反応器から分
離された触媒から剥離された試料のX線回折パターンから解明できる前記の特性
を有する前記の銀−バナジウム酸化物ブロンズに変換される。現行の知識に基づ
いて、前記方法は可逆的である、すなわち本発明のシェル触媒の触媒活性物質中
に存在する銀−バナジウム酸化物ブロンズは、例えば反応器からのその除去後に
酸化条件下に別の銀−バナジウム酸化物化合物に変換することができる。該化合
物は、触媒を再び反応器中に設けた後に関連の銀−バナジウム酸化物ブロンズに
還元される。
度で被覆することによるか、または本発明の前触媒の>200〜650℃の温度
での熱処理によって本発明のシェル触媒を製造することにおいて、このことは、
銀−バナジウム酸化物ブロンズを含有する触媒活性物質の作成を1段階以上の段
階で実施できることを意味する。本発明のシェル触媒の触媒活性層中に銀−バナ
ジウム酸化物ブロンズを単一段階で作成することは、有利には芳香族炭化水素の
無水カルボン酸および/またはカルボン酸への酸化の条件下に酸化反応器中でそ
の場で本発明の前触媒を処理することによって実施される。しかしながら本発明
のシェル触媒の触媒活性層中の銀−バナジウム酸化物ブロンズの単一段階作成は
酸化反応器の外部でも、例えば担持材料を本発明の多金属酸化物で被覆する間に
>200℃〜500℃でか、または0℃〜200℃で多金属酸化物を被覆された
前触媒の>200〜650℃での別々の熱処理によって実施することができ;こ
の手順においては、前記の影響を及ぼすパラメーター、例えば気体雰囲気の組成
、結合剤の存在または不在ならびに結合剤の種類および量を考慮する必要がある
。かかる手順においては、本発明のシェル触媒の触媒活性層中に銀−バナジウム
酸化物ブロンズを作成するための最適な条件は有利には予備的な試験によってそ
れぞれの場合に決定される。
で作成するために使用できる幾つかの手順が存在する。例えば本発明の多金属酸
化物で0〜200℃において被覆された前触媒を>200〜650℃の温度で銀
−バナジウム酸化物ブロンズの作成のために最適化されていない条件下で熱処理
するので、多金属酸化物は結晶学的構造が解明されていない前記の銀−バナジウ
ム酸化物化合物を形成し、これらは、引き続き、すなわち第2工程で芳香族炭化
水素を酸化条件下に無水カルボン酸および/またはカルボン酸に酸化して所望の
触媒活性の銀−バナジウム酸化物ブロンズにするために酸化反応器中でその場で
変換される。また例えば触媒担体を本発明の多金属酸化物で>200℃〜500
℃の温度で銀−バナジウム酸化物ブロンズの形成のために最適化されていないの
で、正確に定義できない銀−バナジウム酸化物化合物が多金属酸化物から被覆工
程の間に形成する条件下に被覆すること、および得られる被覆担体を、所望であ
れば更なる>200℃〜650℃での熱処理の後に本発明によるシェル触媒に、
芳香族炭化水素を無水カルボン酸および/またはカルボン酸に前記の酸化条件下
に酸化させるために酸化反応器中でその場で変換させることもできる。
酸化物粉末を熱的に>200℃〜650℃で処理し、かつ不活性の非孔質の触媒
担体を、所望であれば結合剤を添加して得られる銀−バナジウム酸化物ブロンズ
または結晶学的に解明されていない構造を有する前記の銀−バナジウム酸化物化
合物で被覆することである。触媒担体を得られる銀−バナジウム酸化物ブロンズ
で被覆する場合、これによって本発明によるシェル触媒が製造され;触媒担体を
結晶学的に解明されていない、得られることがある前記の銀−バナジウム酸化物
化合物で被覆する場合、被覆された触媒担体は有利には酸化反応器中でその場で
芳香族炭化水素を無水カルボン酸および/またはカルボン酸に酸化させる条件下
にシェル触媒に変換される。
階でか、または所望であれば熱処理後に触媒担体の被覆の間またはその後に複数
の段階で、特に単一の段階で、それぞれの場合、芳香族炭化水素を無水カルボン
酸および/またはカルボン酸に酸化させる条件下に酸化反応器中でその場で製造
される。
質量に対して30〜100質量%、有利には50〜100質量%の前記のように
製造された銀−バナジウム酸化物ブロンズを含有し、その際、銀およびバナジウ
ムを一般に触媒活性シェル中にAg:V原子比0.15〜0.95、有利には0
.25〜0.5、特に有利には0.3〜0.45で存在する。本発明のシェル触
媒の触媒活性シェルは特に有利には専ら本発明により製造される銀−バナジウム
酸化物ブロンズからなる。1つ以上の触媒活性層が更に本発明により製造される
銀−バナジウム酸化物ブロンズの他に他の成分を含有する場合、これらは、例え
ば従来の不活性材料、例えば炭化ケイ素またはステアタイトあるいは芳香族炭化
水素をカルボン酸および/または無水カルボン酸に酸化させるための、本発明の
範囲外の触媒化合物、例えば五酸化バナジウム/アナターゼをベースとし、従来
の技術の議論において冒頭で例示されたものであってよい。触媒活性成分を含有
する触媒シェルの厚さは一般に10〜250μmである。このことは触媒シェル
が複数の連続的に適用された層からなる場合に適用される。
銀−バナジウム酸化物をベースとする従来の触媒と比較して改善された芳香族炭
化水素のカルボン酸および/または無水カルボン酸への酸化の特性を有する(例
えばE. I. Andreikov; V. Volkov; Kinet. Katal. 22, 963 (1981)およびKinet.
Katal. 22, 1207 (1981))。これは恐らく従来と比較してより高い、本発明の
シェル触媒のBET表面積に起因し、これは一般に2〜100m2/g、有利に
は2〜40m2/g、特に3〜20m2/gであり、従って先行技術によって得
られるものの数倍である。シェル触媒を、有利には前触媒段階を介して製造する
ための本発明の多金属酸化物の使用は、明らかにこれらから製造される触媒活性
の銀−バナジウム酸化物ブロンズのBET表面積を大きくする。
ルボン酸および/または無水カルボン酸に部分酸化させるため、特にo−キシレ
ンおよび/またはナフタレンを部分的気相酸化させて無水フタル酸を得て、トル
エンを部分的気相酸化させて、安息香酸およびベンズアルデヒドを得るために使
用される。この目的のために本発明の触媒は単独にか、または異なる活性を有す
る他の触媒、例えば従来の酸化バナジウム/アナターゼをベースとする触媒と組
み合わせて使用することができ、後者の場合、種々の触媒が反応器中で1つ以上
の固定触媒床中に配置されていてよい別々の触媒床に位置している。
導入され、該管は外部から、例えば塩溶融物によって反応温度に恒温化されてい
る。本発明による前触媒を本発明のシェル触媒の代わりに使用する場合、これは
芳香族炭化水素のカルボン酸および/または無水カルボン酸への部分的酸化、特
にo−キシレンおよび/またはナフタレンのPAへの部分的酸化またはトルエン
の安息香酸およびベンズアルデヒドへの部分的酸化の温度条件下に本発明による
シェル触媒に変換される。反応ガスを前記のように製造された触媒床上に一般に
300〜450℃、有利には320〜420℃、特に340〜400℃の温度で
、かつ0.1〜2.5バール、有利には0.3〜1.5バールのゲージ圧力で、
一般に750〜5000h- 1の空間速度で導通させる。
応調節剤(moderator)および/または希釈剤、例えば蒸気、二酸化炭素および
/または窒素を含有する気体と酸化されるべき芳香族炭化水素とを混合すること
によって製造される。分子酸素を含有する気体は、一般に1〜100容量%、有
利には2〜50容量%、特に有利には10〜30容量%の酸素、0〜30容量%
、有利には0〜10容量%の水蒸気および0〜50容量%、有利には0〜1容量
%の二酸化炭素を含有し、その際、残りは窒素である。反応ガスを製造するため
に分子酸素を含有する気体は、一般に気体の標準状態の1m3あたり30〜30
0g、有利には70〜150gの酸化されるべき芳香族炭化水素と混合される。
空気は、特に有利には分子酸素を含有する気体として使用される。
る触媒床の2つ以上の帯域、有利には2つの帯域を使用して実施され;この目的
のために、例えばDE−A2201528号またはDE−A2830765号に
記載のように別に塩浴を有する反応器を使用してもよい。反応をDE−A401
3051号に記載されるように2つの反応帯域で実施するのであれば、反応帯域
のためのガス入口に最も近傍の反応帯域(該帯域は一般に全触媒容量の30〜8
0容量%を構成する)は一般にガス出口に最も近傍の反応帯域の温度より1〜2
0℃、有利には1〜10℃、特に2〜8℃高い反応温度に恒温化されている。こ
のような作業様式を反応器の2帯域または多帯域の構造化と呼称する。選択的に
気相酸化は温度帯域に分割せずに均一な反応温度で実施することもできる。
特に有利であると判明している、芳香族炭化水素のカルボン酸および/または無
水カルボン酸への部分的酸化のための方法の有利な態様において、芳香族炭化水
素、例えばo−キシレンをまず本発明のシェル触媒床上で反応させて、これを部
分的に無水フタル酸および他の酸化生成物、例えばo−トルアルデヒド、o−ト
ルイル酸およびフタリドに変換させる。更に未反応のo−キシレンを含有する得
られた生成混合物を次いで、択一的に a)o−キシレンを無水フタル酸およびo−キシレンから無水フタル酸への反応
経路における中間生成物である前記の他の酸化生成物から分離し、かつこれを循
環させ、かつ無水フタル酸およびその中間生成物を含有するストリームを、例え
ば酸化バナジウム/アナターゼをベースとするシェル触媒を含有する1つ以上の
他の触媒床に供給して中間体を選択的に酸化して無水フタル酸を形成させ;また
は b)更なる後処理なしに、すなわちo−キシレンの分離なしに生成物混合物を第
2の触媒床または所望であれば従来の技術でo−キシレンから無水フタル酸を製
造するために使用できるような他の触媒床、例えば触媒活性成分として酸化バナ
ジウム/アナターゼをベースとするシェル触媒上に通過させる ことによって加工することができる。後者は同じ反応器中での2帯域または多帯
域の構造化を使用するか、または後反応器を使用して達成できる。
に高い無水フタル酸収率を達成させる。それというのも、本発明のシェル触媒は
o−キシレンおよび/またはナフタレンを、従来の技術による酸化バナジウム/
アナターゼをベースとする触媒系だけを使用して達成できるよりも非常に選択的
に酸化させ、無水フタル酸または前記の中間生成物を形成させることができる。
更に、第1の反応帯域中の本発明のシェル触媒ならびに酸化バナジウム/アナタ
ーゼをベースとするシェル触媒を含有する1種以上のものを含有する触媒床の前
記の組合せは使用されるo−キシレンの完全な変換を、高い生成物品質の無水フ
タル酸を形成するための高い選択率を伴って可能にする。
安息香酸およびベンズアルデヒドの混合物が最初に形成される。選択的に所望で
あれば、同様に有用な生成物であり、例えばフレーバーとして使用される副生成
物のベンズアルデヒドを単離することができる。
60℃で添加した。得られた橙色の懸濁液に1lの水中の62.0gのAgNO 3 (=0.365モル)の水溶液を撹拌し続けながら添加した。引き続き得られ
た懸濁液の温度を2時間かけて90℃に高め、この温度で混合物を24時間撹拌
した。得られた暗褐色の懸濁液を次いで冷却し、かつ噴霧乾燥させた(入口温度
(空気)=380℃、出口温度(空気)=104℃)。
。化学分析によってAg/V原子比0.38が示された。得られた粉末のX線粉
末パターンはジーメンスの回折計D5000によってCu Kα線(40kV、
30mA)を使用して示された。該回折計は、自動の第1および第2の絞り系な
らびに第2のモノクロメーターおよびシンチレーション検出器を備えていた。第
3表は5〜65゜の2θの範囲で得られた粉末で測定される、使用されるX線の
波長ならびに最も強い反射に対する種々の反射の関連する相対強度Irel[%
]に依存しない格子面間隔d[Å]として報告されるX線粉末パターンを示して
いる。相対強度は反射のピーク高さから測定した。
る相応する文献データ(A. Casalot, M. Pouchard: Bull. Soc. Chim. France 3
817 (1967)から; 表III)を以下に第4表に示す。
水で洗浄した。最終的に得られた濾液は実質的に銀不含であった。得られた暗褐
色の濾過ケークを110℃で15分間真空乾燥炉中で乾燥させた。
た。化学分析によって、Ag/V原子比0.34が示された。得られた粉末中の
バナジウム成分の酸化状態の電位差測定によって非常に少量のバナジウム(IV
)(0.2質量%)を伴って主にバナジウム(V)(37.7質量%)の存在が
示された。走査型電子顕微鏡による検査が示すように、得られる粉末は繊維状組
織を有していた。X線粉末回折パターンは例1の生成物のそれと一致した。X線
粉末回折パターンを図1に示す。
マグネシウム)リング50.0kgを被覆ドラム中で160℃に加熱し、20m 2 /gのBET表面積を有する25.0kgのアナターゼ、1.81kgのシュ
ウ酸バナジル、0.143kgの硫酸セシウム、38kgの水および9.85k
gのホルムアミドの懸濁液で、前記のように適用される層の質量が完成したシェ
ル触媒の全質量の10.0%になるまで(450℃での焼成後;この測定のため
に試料を被覆ドラムから種々の時間に採取し、450℃で焼成させた)噴霧した
。前記のように適用された触媒活性物質、すなわち触媒シェルは0.40質量%
のセシウム(Csとして計算した)、4.0質量%のバナジウム(V2O5とし
て計算した)および95.6質量%の二酸化チタン(TiO2として計算した)
を含有していた。
マグネシウム)リング50.0kgを被覆ドラム中で160℃に加熱し、20m 2 /gのBET表面積を有する28.6kgのアナターゼ、4.11kgのシュ
ウ酸バナジル、1.03kgの三酸化アンチモン、0.179kgのリン酸二水
素アンモニウム、0.046kgの硫酸セシウム、44.1kgの水および9.
14kgのホルムアミドの懸濁液で、適用される層の質量が完成したシェル触媒
の全質量の10.5%になるまで(450℃での焼成後)噴霧した。前記のよう
に適用された触媒活性物質、すなわち触媒シェルは0.15質量%のリン(Pと
して計算した)、7.5質量%のバナジウム(V2O5として計算した)および
3.2質量%ののアンチモン(Sb2O3として計算した)、0.1質量%のセ
シウム(Csとして計算した)および89.05質量%の二酸化チタン(TiO 2 として計算した)を含有していた。
を以下のようにケイ酸マグネシウムリングに適用した:外径8mm、長さ6mm
および壁圧1.5mmを有する700gのステアタイトリングを被覆ドラム中で
20℃で20分間、HNO3含有Ag0.73V2Ox粉末115gで、30質
量%の水および70質量%のグリセロールを含有する混合物56gを添加して被
覆し、かつ引き続き乾燥させた。前記のようにして適用された触媒活性物質の質
量は、400℃での1/2時間の熱処理後に、完成した触媒の全質量に対して1
2.9質量%であった。この質量測定は種々の時間に被覆ドラムから採取した前
触媒の試料を使用して実施し;前触媒自体はその製造の間に400℃に加熱しな
かった。
.85mの長さおよび25mmの内径を有する鉄管中に導入した。温度を制御す
るためにその鉄管を塩溶融物によって包囲した。標準状態の空気4.0m3/h
を頂部から下方に管中を導通させた。o−キシレン60〜80g/標準状態の空
気1m3の98.5質量%の純度および塩浴温度352〜355℃のo−キシレ
ンの負荷で、113.3質量%の平均無水フタル酸(PA)収率が達成された(
収率は100%純粋なo−キシレンに対する質量%で得られるPAを意味する)
。変換率は>99.95%であり、反応器の出口での残留フタリド含有率は<0
.20質量%であった。
組合せを1つの管中で使用する無水フタル酸の製造) 底部から上方に、0.90mの触媒3(b)、0.80mの触媒3(a)およ
び続いて1.20mの前触媒3(c)を長さ3.85mおよび内径25mmを有
する鉄管中に導入した。温度を制御するためにその鉄管を塩溶融物で包囲した。
o−キシレン60〜80g/標準状態の空気のm3の98.5質量%のo−キシ
レンの負荷容量を有する標準状態の空気4.0m3/hを頂部から下方に管中を
導通させた。60〜80gの負荷および塩浴温度353〜358℃で、115.
4質量%の平均PA収率が得られた(収率は100%純粋なo−キシレンに対す
る質量%で得られる無水フタル酸を意味する)。変換率は>99.94%であり
、反応器出口に残留するフタリド含有率は>0.20質量%であった。
365モル)の混合物を750℃の熱処理によって空気中で、文献(E. I. Andr
eikov, V. L. Volkov, Kin. Katal. 22, 963 (1981))で報告されたのと類似の
方法を使用して反応させた。粗組成物Ag0.73V2Oxを有する溶融物が形
成した。固化された溶融物を粒度分布1〜10μmを有する粉末に粉砕した。こ
の粉末のX線回折パターンによって比較のAg−V酸化物がAg1.2V3O8 (主生成物)およびβ−Ag−V2O5ブロンズ(二次生成物)を含有すること
が示された。本発明の多金属酸化物の特徴を示すd=15.23±0.6、12
.16±0.4、10.68±0.3、3.41±0.04、3.09±0.0
4、3.02±0.04、2.36±0.04および1.80±0.04Åにお
ける回折線(使用されるX線の波長に独立の格子面間隔d[Å]の形で示される
)は見いだされない。前記のように製造された粉末を以下のようにケイ酸マグネ
シウム球に適用した:直径3.5mmを有するステアタイト球700gを被覆ド
ラム中で20℃で20分間、70質量%の水および30質量%のグリセロールを
含有する45gの混合物を添加したAg0.73V2Ox粉末123.9gで被
覆した。前記のように適用された触媒活性物質の質量は400℃での1/2時間
の熱処理後に完成した触媒の全質量に対して15.0質量%であった。
を以下のようにケイ酸マグネシウム球に適用した:直径3.5mmを有するステ
アタイト球700gを被覆ドラム中で20℃で20分間、70質量%の水および
30質量%のグリセロールを含有する62gの混合物を添加した例1からの粉末
135.9gで被覆し、引き続き乾燥させた。前記のように適用された、得られ
た前触媒の試料で測定された触媒活性物質の質量は400℃での1/2時間の熱
処理後に完成した触媒の全質量に対して14.9質量%であった。
mmを有する鉄管中に導入した。温度を制御するために、その鉄管を塩溶融物で
包囲した。o−キシレン40〜50g/標準状態の空気1m3の98.5質量%
純度のo−キシレンの負荷容量を有する360l/hの標準状態の空気を頂部か
ら下方に導通させた。反応が完了した後に、反応器から採取された触媒の試料を
試験し、その相組成およびBET表面積を測定した。これらの調査は反応が完了
した後に反応器から分離した触媒のシェルから剥離させた試料で実施した。BE
T表面積をDIN66131に従って測定し、相組成はX線構造分析によって測
定した。図2は反応器から採取された材料の試料のX線粉末回折パターンを示し
ている。図1および図2におけるX線回折パターンの比較によって本発明の多金
属酸化物がPA製造の条件下で銀−バナジウム酸化物ブロンズの混合物に変換す
るという証拠が提供された。図1および図2のX線回折パターンの比較によって
、本発明の多金属酸化物が新規の相、すなわち新規の化合物であり、かつ銀−バ
ナジウム酸化物ブロンズの混合物からなっていないことが示された。得られた結
果を以下に第5表で要約する。
ヒドの製造 135gの触媒6aまたは6bを長さ80cmおよび内径15mmを有する鉄
管中に導入した。温度を制御するために、その鉄管を塩溶融物で包囲した。トル
エン40〜50g/標準状態の空気のm3の99.5質量%純度のトルエンの負
荷容量を有する360l/hの標準状態の空気および30〜40l/hの標準状
態の蒸気からなる気体混合物を管中に頂部から下方に導通させた。反応が完了し
た後に、反応器から採取した触媒の試料を試験し、例6c)に記載のように相組
成およびBET表面積を測定した。得られた結果を表6に要約する。
Claims (26)
- 【請求項1】 一般式I: Aga - bMbV2Ox・cH2O (I) [式中、MはLi、Na、K、Rb、Cs、Tl、Mg、Ca、Sr、Ba、C
u、Zn、Cd、Pb、Cr、Au、Al、Fe、Co、Niおよび/またはM
oの群から選択される金属であり、 aは0.3〜1.9の値を有し、かつ bは0〜0.5の値を有するが、但し、差(a−b)≧0.1であり、かつ cは0〜20の値を有し、 xは式I中の酸素と異なる元素の原子価および頻度によって規定される数である
]で表され、格子面間隔dが15.23±0.6、12.16±0.4、10.
68±0.3、3.41±0.04、3.09±0.04、3.02±0.04
、2.36±0.04および1.80±0.04Åである場合に反射を示すX線
粉末回折パターンを与える結晶構造で存在する多金属酸化物。 - 【請求項2】 繊維径と繊維長との平均比0.6未満を有する繊維状結晶形
態を有する、請求項1記載の多金属酸化物。 - 【請求項3】 BET法による比表面積3〜250m2/gを有する、請求
項1記載の多金属酸化物。 - 【請求項4】 aが0.5〜1.0の値であり、bが0〜0.3の値であり
、かつcが0〜5の値である、請求項1記載の多金属酸化物。 - 【請求項5】 aが0.6〜0.9の値であり、bが0〜0.1の値であり
、かつcが0〜1の値である、請求項1記載の多金属酸化物。 - 【請求項6】 式: AgaV2Ox・cH2O [式中、 aは0.6〜0.9の値であり、 xは請求項1記載の意味を有し、かつ cは0〜5での値を有する]で表される、請求項1記載の多金属酸化物。
- 【請求項7】 X線粉末回折パターンが、特定の格子面間隔d[Å]で以下
の17つの反射: 【表1】 を示す、請求項1記載の多金属酸化物。 - 【請求項8】 反射1〜17が以下の近似的な相対強度[Irel[%]]
: 【表2】 を有する、請求項7記載の多金属酸化物。 - 【請求項9】 液体中に懸濁された五酸化バナジウムを銀塩の溶液と一緒に
、金属Mの塩を添加するか、または添加せずに加熱し、かつ単離する、請求項1
記載の多金属酸化物の製造方法。 - 【請求項10】 液体として水を使用する、請求項9記載の方法。
- 【請求項11】 多金属酸化物を噴霧乾燥または濾別および乾燥によって単
離する、請求項9記載の方法。 - 【請求項12】 芳香族炭化水素の部分的気相酸化のための前触媒および触
媒の製造のための、請求項1記載の多金属酸化物の使用。 - 【請求項13】 不活性の、非孔質の担持材料ならびに該材料上にシェル状
に施与された1つ以上の層からなり、その際、前記の1つ以上のシェル状層が請
求項1記載の多金属酸化物を含有する、分子酸素を含有する気体による芳香族炭
化水素の部分的気相酸化のためのシェル触媒を製造または作成するための前触媒
。 - 【請求項14】 シェル状に施与された1つ以上の層の全質量に対して、3
0〜100質量%の請求項1記載の多金属酸化物を含有する、請求項13記載の
前触媒。 - 【請求項15】 不活性の、非孔質の担持材料がステアタイトからなる、請
求項13記載の前触媒。 - 【請求項16】 シェル状層が、該層の全質量に対して30〜100質量%
の請求項2記載の多金属酸化物を含有する、請求項13記載の前触媒。 - 【請求項17】 シェル状層が請求項3記載の多金属酸化物を30〜100
質量%含有する、請求項13記載の前触媒。 - 【請求項18】 シェル状層中に、該層の全質量に対して30〜100質量
%の請求項6記載の多金属酸化物を含有する、請求項13記載の前触媒。 - 【請求項19】 不活性の、非孔質の担持材料からなる触媒担体ならびにそ
の上に施与された触媒活性物質を含有する1つ以上のシェル状層からなり、触媒
活性物質がその全質量に対して30〜100質量%の1つ以上の銀−バナジウム
酸化物ブロンズを含有し、該ブロンズが0.15〜0.95のAg:V原子比を
有し、かつ2〜100m2/gのBET表面積を有する、分子酸素を含有する気
体による芳香族炭化水素の部分的気相酸化のためのシェル触媒。 - 【請求項20】 請求項1記載の多金属酸化物を使用して製造される、請求
項19記載のシェル触媒。 - 【請求項21】 請求項13記載の前触媒から製造される、請求項19記載
のシェル触媒。 - 【請求項22】 分子酸素を含有する気体によって、高められた温度で、触
媒活性物質がシェル状に不活性の、非孔質の担持材料からなる触媒担体上に施与
されている触媒上で気相において芳香族炭化水素を部分的に酸化させることによ
ってカルボン酸を製造する方法において、触媒活性物質がその全質量に対して3
0〜100質量%の1種以上の銀−バナジウム酸化物ブロンズを含有し、該ブロ
ンズはAg:V原子比0.15〜0.95を有し、かつBET表面積2〜100
m2/gを有するシェル触媒を、該シェル触媒とは異なる、その触媒活性物質が
重要な触媒活性成分として五酸化バナジウムおよびアナターゼを含有する、芳香
族炭化水素をカルボン酸および/または無水カルボン酸に酸化させるための少な
くとも1つのシェル触媒の存在または不在下に使用し、かつかかる第2のシェル
触媒が存在する場合には、これを上記の組成のシェル触媒と一緒に組み合わせた
触媒床において酸化反応器中で使用することを特徴とする、気相において芳香族
炭化水素を部分的に酸化させることによってカルボン酸および/または無水カル
ボン酸を製造する方法。 - 【請求項23】 触媒活性物質が、その全質量に対して30〜100質量%
の銀−バナジウム酸化物ブロンズを含有し、該ブロンズがAg:V原子比0.1
5〜0.95およびBET表面積2〜100m2/gを有するシェル触媒を使用
し、該触媒は請求項13記載の前触媒から酸化反応器中でその場で作成されてい
る、請求項22記載の方法。 - 【請求項24】 酸化反応器のガス入口側に最初に配置された第1の触媒床
中でシェル触媒を使用し、その触媒活性物質が、その全質量に対して30〜10
0質量%の銀−バナジウム酸化物ブロンズを含有し、該ブロンズはAg:V原子
比0.15〜0.95およびBET表面積2〜100m2/gを有し、かつ引き
続き酸化反応器のガス出口側に配置された触媒床中で、芳香族炭化水素をカルボ
ン酸および/または無水カルボン酸に酸化させるためのシェル触媒を使用し、該
触媒が触媒活性物質中に重要な成分として五酸化バナジウムおよびアナターゼを
含有する、請求項22記載の方法。 - 【請求項25】 芳香族炭化水素としてo−キシレンまたはナフタレンまた
はo−キシレンとナフタレンの混合物を無水フタル酸に酸化させる、請求項22
記載の方法。 - 【請求項26】 芳香族炭化水素としてトルエンを安息香酸に酸化させる、
請求項22記載の方法。
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