JP2015520745A - (メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法 - Google Patents

(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法 Download PDF

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Abstract

(メタ)アクロレインを、元素Mo、VおよびWを含みかつ熱水処理による方法で製造される多金属酸化物組成物上で、不均一系触媒作用により気相部分酸化することによる、(メタ)アクリル酸の製造法、ならびにこの製造法で得られる多金属酸化物組成物に関する。

Description

本発明は、一般式I
Mo12a1 b2 c3 d4 e5 f6 gn (I)
〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
1=W、Nb、Ta、Crおよび/またはCe、
2=Cu、Ni、Co、Fe、Mnおよび/またはZn、
3=Sb、Teおよび/またはBi、
4=1つ以上のアルカリ金属(Li、Na、K、Rbおよび/またはCs)および/またはH、
5=1つ以上のアルカリ土類金属(Mg、Ca、Srおよび/またはBa)、
6=Si、Al、Tiおよび/またはZr、
a=1〜6、
b=0.2〜8、
c=0〜18、
d=0〜40、
e=0〜4、
f=0〜4、
g=0〜40、および
n=I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕の触媒活性多金属酸化物組成物上で、(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法に関する。
(メタ)アクリル酸は、本明細書中で、短縮された表記法として、「アクリル酸および/またはメタクリル酸」について使用される。
(メタ)アクロレインは、本明細書中で、短縮された表記法として、「アクロレインおよび/またはメタクロレイン」について使用される。
アクリル酸およびメタクリル酸は、例えばこれら自体として、これらのアルキルエステルの形で、および/またはこれらのアルカリ金属塩の形で、ポリマーの製造に使用される、重要なモノマーである。そのつどポリマーを逐一形成するために使用される(メタ)アクリルモノマーに依存して、このポリマーは、例えば接着剤として、またはPlexiglas(登録商標)として、または水用超吸収剤として、もしくは水溶液用超吸収剤として使用されうる。
(メタ)アクロレインからの、不均一系触媒作用により気相部分酸化することによる(メタ)アクリル酸の製造は、一般に公知であり(例えば、WO 2004/031114A1、欧州特許出願公開第714700号明細書A2、ドイツ連邦共和国特許出願公開第4431949号明細書A1、ドイツ連邦共和国特許出願公開第3030243号明細書A1、ドイツ連邦共和国特許出願公開第3030243号明細書A1ならびにこれらの明細書中で引用された刊行物)、および殊にプロペンまたはイソブテンから出発して二段階で不均一系触媒作用により気相部分酸化することによる(メタ)アクリル酸の製造の際の第二の酸化段階として重要である。また、(メタ)アクロレインを不均一系触媒作用により気相部分酸化して(メタ)アクリル酸とするために、触媒活性物質として、一般式Iの多金属酸化物組成物を使用することは、公知である(例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第102007010422号明細書A1、ドイツ連邦共和国特許出願公開第102010023312号明細書A1、Applied Catalysis A:General 269(2004)、第53〜61頁およびApplied Catalysis A:General 325(2007)、第237〜243頁参照)。
その際には、前記多金属酸化物組成物の製造のために、多金属酸化物組成物において意図された、そのつどの化学量論的割合で、所望の多金属酸化物組成物の酸素とは異なる元素状成分の源(出発化合物)から出発し、この源から可能なかぎり緊密な、特に微粒状の乾燥混合物を製造し、この乾燥混合物を引き続き熱処理によって活性酸化物に変換する。その際に、前記源は、既に酸化物であるか、または少なくとも酸素の存在で、加熱によって酸化物に変換しうる当該化合物である。
その際に、前記出発化合物(源)の緊密な混合は、乾燥した形で行なうことができるか、または湿った形で行なうことができる。前記混合を乾燥した形で行なう場合には、前記源(出発化合物)は、有利に微粒状粉末として使用され、および混合(および任意に、粉末の粗大化の目的のための圧縮)の後に熱処理に供される。
しかし、とりわけ、前記の緊密な混合は、技術水準の製造法の際に、湿った形で、使用技術的に有利には水性形で行なわれる。その際に、前記出発化合物は、(例えば、水性の)溶液および/または懸濁液の形で互いに混合される。引続き、湿った(例えば、水性)物質(溶液または懸濁液)は、乾燥され、その際に生じる緊密な乾燥混合物は、(任意に、粉末の粗大化の目的のための中間圧縮の後に)熱処理される。特に緊密な乾燥混合物は、記載された混合法の際に、溶解された形で存在する源(出発化合物)だけから出発する場合に得られる。乾燥プロセスは、とりわけ、噴霧乾燥によって行なわれる。
技術水準の記載された製造形式にとって特徴的なことは、全ての製造工程(粗大化の目的のための粉末圧縮の任意に使用される中間工程を除外した)が大気圧で実施されることである。
しかし、触媒活性物質としての一般式Iの前記記載と同様に得られた多金属酸化物組成物上で、(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法の欠点は、(メタ)アクロレインの所定の変換率の際の目標生成物の形成((メタ)アクリル酸の形成)の選択率ならびに所定の反応温度で生じる、(メタ)アクロレインの変換率、ひいては触媒活性物質の活性が全面的には満足することができないことである。(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法の2つの欠点は、これらが生じる(メタ)アクリル酸の収率を減少させる作用を及ぼす場合には不利である。
(収率A(モル%)=選択率S(モル%)×変換率U(モル%)/100モル%)。
Catalysis Today 91−92(2004)、第237〜240頁には、混合酸化物Mo123.48xの熱水的製造およびアクロレインをアクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化するための触媒活性物質としての前記混合酸化物の使用が記載されている。
WO 2005/120702 A1および欧州特許出願公開第1407819号明細書A2は、基本元素として同様にMoおよびVを有するが、しかし元素Wを有しない多金属酸化物組成物の熱水的製造に関する。基本元素への拡張は、これらの明細書においては、第1に元素Nbならびに元素Teおよび/またはSbを用いて行なわれる。その際に、これらの明細書においては、殊に飽和炭化水素を不均一系触媒作用により気相部分酸化するための、触媒活性物質材料としてのこの種の多金属酸化物組成物の使用が極めて重要である。(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化するための触媒活性物質としての当該混合酸化物の使用可能性は、これらの明細書においては単に付随的に述べられている。
しかし、前記の熱水的に製造される混合酸化物を触媒活性物質として使用して(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法の欠点は、長時間の運転で、この方法が触媒性能を比較的早期に低下させることである。
したがって、本発明の課題は、技術水準の相応する方法の前記欠点およびこの方法において使用される活性物質の記載された前記欠点を有するにしても、なお減少された規模で有する、(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化するために必要とされる触媒活性多金属酸化物組成物を含めて、(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法を提供することであった。
それに応じて、一般式I
Mo12a1 b2 c3 d4 e5 f6 gn (I)
〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
1=W、Nb、Ta、Crおよび/またはCe、
2=Cu、Ni、Co、Fe、Mnおよび/またはZn、
3=Sb、Teおよび/またはBi、
4=1つ以上のアルカリ金属(Li、Na、K、Rbおよび/またはCs)および/またはH、
5=1つ以上のアルカリ土類金属(Mg、Ca、Srおよび/またはBa)、
6=Si、Al、Tiおよび/またはZr、
a=1〜6、
b=0.2〜8、
c=0〜18、
d=0〜40、
e=0〜2、
f=0〜4、
g=0〜40、および
n=I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕の触媒活性多金属酸化物組成物上で、(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法であって、
− 多金属酸化物組成物(I)中に含まれている、元素X1の全モル量の少なくとも50モル%が元素Wに割り当てられ、および
− 多金属酸化物組成物(I)の製造が、多金属酸化物組成物(I)の元素状成分の源からの混合物を水の存在下に過圧容器内で(水性混合物として)熱水処理に供し、その際に新たに形成される固体を前駆体物質として分離し、およびこの前駆体物質を熱処理によって触媒活性多金属酸化物組成物(I)に変換する方法により行なわれることを特徴とする前記方法が使用される。
本発明によれば、好ましくは、多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも60モル%、特に有利に少なくとも70モル%、殊に有利に少なくとも80モル%、または少なくとも90モル%、および最もよくて少なくとも95モル%、または100モル%が元素Wに割り当てられる。この規定は、本明細書中で、多金属酸化物組成物(I)の他の組成とは無関係に一般的に有効である。
有利に、化学量論的係数bは、0.2〜4、特に有利に0.2〜3である。
化学量論的係数cは、特に0.5〜18、特に有利に0.5〜10、殊に有利に0.5〜3である。
化学量論的係数aは、本発明によれば、有利に1〜5、特に有利に2〜4である。
本発明によれば、有利に、化学量論的係数dは、0〜20の値、特に有利に0〜10の値、殊に有利に0〜2の値である。
化学量論的係数eおよび化学量論的係数fは、(互いに独立して)有利に0〜2である。
化学量論的係数gは、有利に0〜15、特に有利に0〜8である。
1は、本発明によれば、有利にW、Nbおよび/またはCr、特に有利にWおよびNb、またはW(だけ)を意味する。
2は、本発明によれば、有利にCu、Ni、Coおよび/またはFe、特に有利にCuおよび/またはNi、またはCu(だけ)を意味し、
3は、本発明によれば、有利にSbを意味し、
4は、本発明によれば、有利にNa、Kおよび/またはHを意味し、
5は、本発明によれば、有利にCa、Srおよび/またはBaを意味し、
6は、本発明によれば、有利にSi、Alおよび/またはTi、特に有利にSiおよび/またはAlを意味する。
多金属酸化物組成物(I)とは、とりわけ、変数が次の意味:
1=W、Nbおよび/またはCr、
2=Cu、Ni、Coおよび/またはFe;とりわけ、元素X2の含まれている全体量の少なくとも50モル%、より良好に少なくとも70モル%、さらにより良好に少なくとも90モル%または100モル%が元素Cuに割り当てられており、
3=Sb、
4=Na、Kおよび/またはH、
5=Ca、Srおよび/またはBa、
6=Si、Alおよび/またはTi、
a=1〜5、
b=0.2〜4、
c=0.5〜18、
d=0〜10、
e=0〜2、
f=0〜2、
g=0〜15、および
n=一般式I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数を有する当該多金属酸化物組成物が好ましい。
本発明によれば、多金属酸化物組成物(I)の好ましい群は、一般的な化学量論式II
Mo12a1 b2 c4 e5 f6 gn (II)
〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
1=Wおよび/またはNb、
2=Cuおよび/またはNi;とりわけ、元素X2の含まれている全モル量の少なくとも50モル%、より良好に少なくとも70モル%、さらにより良好に少なくとも90モル%または100モル%が元素Cuに割り当てられており、
4=H、
5=Caおよび/またはSr、
6=Siおよび/またはAl、
a=2〜4、
b=0.2〜3、
c=0.5〜3、
e=0〜2、
f=0〜0.5、
g=0〜8、および
n=一般式II中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕を満たす。
本発明によれば、多金属酸化物組成物(I)の別の好ましい群は、一般的な化学量論式III
Mo12abCuc4 e5 f6 gn (III)
〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
4=1つ以上のアルカリ金属(Li、Na、K、Rbおよび/またはCs)および/またはH、
5=少なくとも1つのアルカリ土類金属(Mg、Ca、Srおよび/またはBa)、
6=Si、Al、TiおよびZrの群からの1つ以上の元素、
a=2〜4、
b=0.2〜3、
c=0.5〜2、
e=0〜4、
f=0〜4、但し、eとfとの総和は、4を上回らず、
g=0〜40、および
n=一般式III中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数(または、換言すれば、一般式III中の酸素とは異なる元素の化学量論的係数ならびに前記元素の電荷数によって定められる、元素酸素の化学量論的係数)〕を満たす。
本発明によれば、有利に、一般式III中の化学量論的係数bは、0.5〜2、特に有利に0.75〜1.5である。
本発明によれば、有利に、一般式III中の化学量論的係数aは、2.5〜3.5である。
本発明によれば、有利に、一般式III中の化学量論的係数cは、1〜1.5である。
元素X4、X5およびX6は、一般式I(または一般式IIもしくは一般式III)の触媒活性多金属酸化物組成物の成分を必ずしも必要としない。
元素X6は、一般式Iの触媒活性多金属酸化物組成物内で本質的に不活性希釈剤として作用する。一般式Iの触媒活性多金属酸化物組成物中への前記不活性希釈剤の混入によって、同じ触媒活性多金属酸化物組成物の容積比活性(volumenspezifische Aktivitaet)は、望ましいレベルへ調節されうる。しばしば、一般式I(または一般式IIもしくは一般式III)の本発明による触媒活性多金属酸化物組成物中のX6の化学量論的係数は、0〜15または0〜8である。とりわけ、一般式I(または一般式IIもしくは一般式III)の本発明により使用すべき触媒活性多金属酸化物組成物は、元素X6を含まない。この供述は、相応して、触媒活性への中位の程度の影響をもつ元素状成分X4およびX5にも当てはまる。しばしば、一般式I(または一般式IIもしくは一般式III)の本発明により使用すべき触媒活性多金属酸化物組成物中の化学量論的係数eおよびfの総和は、0〜2、または0〜1、または0〜0.2である。
もちろん、多金属酸化物組成物(II)または(III)においても、当該多金属酸化物組成物中にそれぞれ含まれている、元素X1の全モル量の少なくとも50モル%は、元素Wに割り当てられていなければならない。
本発明によれば、有利に、多金属酸化物組成物(II)または(III)においても、当該多金属酸化物組成物(II)または(III)中に含まれている、元素X1の全モル量の少なくとも60モル%、特に有利に少なくとも70モル%、殊に有利に少なくとも80モル%、または少なくとも90モル%、および最大で少なくとも95モル%または100モル%は、元素Wに割り当てられている。
多金属酸化物前駆体組成物の熱水的製造は、当業者に信頼されている(例えば、Applied Catalysis A:194〜195(2000)、第479〜485頁;Kinetics and Catalysis,Vol.40,No.3,1999,第401〜404頁;Chem.Commun.,1999,第517〜518頁;特開平6−227819号公報、特開2000−26123号公報およびドイツ連邦共和国特許出願公開第10033121号明細書A1参照)。
とりわけ(殊に、これらの文書において)、これらは、所望の多金属酸化物組成物I(またはIIもしくはIII)の源の、特に緊密な混合物を、水の存在下に過圧容器(オートクレーブ)中で100℃超〜600℃(特に、110℃以上ないし400℃、特に有利に130℃以上ないし300℃)の範囲内の温度で熱処理して過圧を有する水蒸気を形成させることと解釈される。その際に、オートクレーブ内(気相中)を支配する作業圧力(または水蒸気圧力)の圧力範囲は、典型的には(例えば、200kPa以上から、または500kPa以上から)50MPaまで、特に25MPaまで、または22MPaまで、特に有利に15MPaまでに及ぶ(0.1013MPa=1atm)。考えられうる代表的な作業圧力(または水蒸気圧力)として、2.5MPaが挙げられる。もちろん、本発明によれば、600℃を上回る温度および50MPaを上回る作業圧力(または水蒸気圧力)が使用されうるが、しかし、このことは、使用技術的にあまり有利ではない。有利に、熱水処理中のオートクレーブ内でのガス雰囲気は、少なくとも30容積%、特に少なくとも50容積%、特に有利に少なくとも75容積%、殊に有利に少なくとも90容積%、または少なくとも95容積%、または少なくとも99容積%であるか、または水蒸気だけからなる。熱水処理中にオートクレーブ内に存在するガス雰囲気のさらなる成分として、例えば不活性ガス、例えば分子状窒素および希ガス(例えば、Ar、He)がこれに該当する。しかし、もちろん、前記ガス雰囲気の成分は、分子状酸素であってもよい。熱水処理中にオートクレーブ内に存在するガス雰囲気のさらなる考えられうる成分は、所望の多金属酸化物組成物I(またはIIもしくはIII)の相応して共用される(例えば、アンモニウムイオンを含む)源の熱分解の範囲内で形成されうる、ガス状分解生成物、例えばアンモニアである。
特に有利に、本発明による熱水処理は、水蒸気と液体の水が(オートクレーブ内、過圧容器内に)同時に存在する当該条件下で行なわれる。このことは、100℃超ないし374.15℃(水の臨界温度)の温度範囲内で相応する圧力を使用して可能である。
その際に、水の量は、前記液相が熱水処理中に懸濁液および/または溶液(後者は、本発明によれば、懸濁液に比べて有利である)中の出発化合物(源)の全体量を吸収することができる(このことは、とりわけ、25℃および101.3kPaに対することでもある)程度に、有利に計量される。
しかし、本発明によれば、前記出発化合物の(特に緊密な)混合物が水蒸気での熱水処理の際に平衡状態で、存在する液体の水量を全体的に吸収する(吸い取る)当該熱水法形式も可能である。
本発明によれば、好ましくは、前記熱水処理は、100℃超〜300℃の温度で、特に150℃〜250℃の温度で、特に有利に160℃〜190℃の温度で(例えば、175℃で)行なわれる。
熱水処理中にオートクレーブ内(過圧容器内)に全て存在する、水および所望の多金属酸化物組成物I(またはIIもしくはIII)の元素状成分の源の量に対して、オートクレーブ内での後者の源の全体量の全割合は、本発明によれば、一般に少なくとも1質量%である。通常、前記全割合は、90質量%を上回らない。典型的には、相応する質量割合は、3〜60質量%、または5〜30質量%、しばしば5〜15質量%である。使用される源(出発化合物)の1つが例えば水和水を有する場合には、この水和水は、前記源の質量割合に分類されるのではなく、水の質量割合に分類される。すなわち、オートクレーブ内に存在する出発化合物(源)の全体量の前記全割合は、「無水」に属している。
水および所望の多金属酸化物組成物I(またはIIもしくはIII)の酸素とは異なる元素状成分の源の他に、オートクレーブ内(過圧容器内)で熱水処理すべき水性混合物(処理すべき水性混合物)は、なお助剤、例えば当該水性混合物のpH値を調節するための調節剤を含むこともできる。
25℃の温度および101.3kPa(=1atm)の圧力に対して、熱水処理すべき水性混合物のpH値は、(熱水処理の開始前に)本発明によれば、有利に7未満の値で、特に有利に6以下または5以下の値で、および殊に有利に4以下または3以下の値である。しかし、通常、前記pH値は、0以上の値である。本発明によれば、殊に有利に前記pH値は、1以上および3以下、または1.5以上および2.5以下である。記載されたpH値ならびに本明細書中で実施されるpH値測定は、別記しない限り、HANNA Instruments Deutschland GmbH社、D−77694 Kehl在、のChecker(登録商標)pH−Elektrode HI 98103を用いる測定に関連する。当該測定は、2つの緩衝水溶液を用いてそのつどの測定前に較正され、これらのpH値は、相応する条件下で7.01および4.01であった(WTW(Wissenschaftlich Technische Werkstaetten GmbH)社、D−82362 Weinheim在、のTechnical Buffer、型式 TEP 7(カタログ番号108702)およびTEP 4(カタログ番号108700))。
前記pH値を調節するための調節剤として、殊に強有機酸および強無機酸(ブレンステッドの範囲内)がこれに該当する。例示的に、硝酸および硫酸が挙げられる。本発明によれば、有利に、前記pH値のための調節剤として、希硫酸(濃度=25℃、101.3kPaで1mol/l)が使用される。一般に、高められた温度でガス状化合物に分解する当該強酸が本発明による目的のために有利である。
塩、例えば炭酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、ギ酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウムまたは硫酸アンモニウムは、同様に熱水処理すべき水性混合物の成分であることができる。これらの塩を用いることにより、液体の水性媒体のイオン強度は、影響を及ぼされうる。高められた温度の作用下でガス状化合物に分解する、前記イオン強度の当該媒介物質が好ましい。
本発明による熱水処理中に、過圧容器内に存在する水性混合物は、攪拌されてもよいし、攪拌されなくてもよい。本発明によれば、攪拌されるのが好ましい。
該当する多金属酸化物組成物の元素状成分のための源として、一般に、既に酸化物であり、および/または少なくとも分子状酸素の存在下での加熱によって酸化物に変換しうる当該化合物である、当該化合物がこれに該当する。
殊に、本発明による熱水的製造の変法のためには、多金属酸化物組成物(I)の元素状成分の出発化合物(源)として、水を用いる過圧下での加熱の際に酸化物および/または水酸化物を形成することができる全ての出発化合物(源)がこれに該当する。しかし、もちろん、本発明による熱水処理のための出発化合物として、元素状成分の酸化物および/または水酸化物が共用されてもよいし、単独で使用されてもよい。
本発明によれば、元素Moに適した源は、例えば酸化モリブデン、例えばトリ酸化モリブデン、モリブデンハロゲン化物、例えば塩化モリブデンおよびモリブデン酸塩、例えばヘプタモリブデン酸アンモニウム(例えば、その四水和物)である。ヘプタモリブデン酸アンモニウムおよびその水和物は、本発明によれば、特に好ましいMo源である。
本発明によれば、元素Vに適した源は、例えばバナジルアセチルアセトネート、バナジン酸塩、例えばアンモニウムメタバナデート、酸化バナジウム、例えば五酸化バナジウム(V25)、ならびにバナジウムハロゲン化物およびバナジウムオキシドハロゲン化物、例えばVOCl3である。本発明によれば、有利に、バナジウム出発化合物として、バナジウムを酸化状態+4で含む当該バナジウム出発化合物が共用される。本発明によれば、特に好ましいV源は、バナジルサルフェートおよびその水和物である。
元素Wのための源として、本発明によれば、例えばタングステンの酸化物、例えばW23、WO2およびWO3が使用されうる。本発明によれば、さらなる適当なタングステン出発化合物は、塩化タングステン(VI)、炭化タングステンおよび硫化タングステン(IV)である。しかし、好ましいW源は、本発明による熱水的製造法のために当該W源のタングステン酸塩または当該W源に由来する酸を形成する。本発明による目的のために特に好ましいW源は、パラタングステン酸アンモニウムならびにメタバナジン酸アンモニウムおよびその水和物を形成する。
元素状成分Cuのための源として、本発明による目的のために、殊に銅(II)塩、例えば硫酸銅(II)、硝酸銅(II)および酢酸銅(II)ならびにこれらの水和物が当てはまる。
本発明によれば、元素テルルに適した源は、酸化テルル、例えば二酸化テルル、金属テルル、テルルハロゲン化物、例えばTeCl2を形成するが、しかし、テルル酸、例えばオルトテルル酸H6TeO6も形成する。
好ましいアンチモン出発化合物は、アンチモンハロゲン化物、例えばSbCl3、アンチモン酸化物、例えば三酸化アンチモン(Sb23)、アンチモン酸、例えばHSb(OH)6であるが、しかし、酸化アンチモン塩、例えばアンチモンオキシドサルフェート[(SbO2)SO4]である。
本発明によれば、適当なニオブ源は、例えば酸化ニオブ、例えば五酸化ニオブ(Nb25)、ニオブオキシドハロゲン化物、例えばNbOCl3、ニオブハロゲン化物、例えばNbCl5であるが、しかし、ニオブおよび有機炭酸および/またはジカルボン酸、例えばシュウ酸塩およびアルコラートからなる錯体化合物でもある。
多金属酸化物I(またはIIもしくはIII)の別の考えられうる元素状成分に関連して、本発明によれば、当該の熱水処理に適した出発化合物として、とりわけ当該出発化合物のハロゲン化物、硝酸塩、ギ酸塩、シュウ酸塩、酢酸塩、炭酸塩および/または水酸化物がこれに該当する。また、本発明によれば、適当な出発化合物は、前記元素状成分のオキソ化合物、例えば当該オキソ化合物のメタレートであるか、または当該オキソ化合物に由来する酸、または前記酸に由来するアンモニウム塩である。
もちろん、元素状成分の源として、例えば1つ以上の元素状成分を含みかつ任意にそれ自体熱水法で取得される混合酸化物(またはそれ以外の混合塩)がこれに該当する。
原則的に、源として、自体公知の方法で(通常通りに)技術水準の公知の製造法により製造されたものである、一般的な化学量論式I(またはIIもしくはIII)の多金属酸化物がこれに該当する(例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第102010023312号明細書A1ならびに欧州特許出願公開第714700号明細書A2およびこれらの刊行物中で引用された、技術水準の刊行物中の記載と同様)。その際に、これらの刊行物の冒頭の既述と同様に、多金属酸化物組成物において意図された、そのつどの化学量論的割合で、所望の多金属酸化物組成物の酸素とは異なる元素状成分の源(出発化合物)から出発し、この源から可能なかぎり緊密な、特に微粒状の乾燥混合物を製造し、この乾燥混合物を引き続き非熱水の熱処理によって活性酸化物に変換する。その際に、前記源は、既に酸化物であるか、または少なくとも酸素の存在で、加熱によって酸化物に変換しうる当該化合物である。
本発明による方法のための源として、一般的な化学量論式I(またはIIもしくはIII)の通常製造される多金属酸化物が使用されてもよく、この多金属酸化物は、既に(メタ)アクロレインを不均一系触媒作用により気相部分酸化して(メタ)アクリル酸とする触媒反応に使用され、かつ当該触媒反応の長時間運転において不活性化されている(WO 2005/047226A1参照)。この場合、本発明による方法の使用は、一般に、不活性化された多金属酸化物組成物の再生(再活性化)を生じさせる。もちろん、その際に同じ多金属酸化物組成物は、活性材料シェルとして不活性成形体の表面上に施されてもよい(およびこの不活性成形体と共にシェル型触媒を形成する)。
本発明による熱水処理は、一般に、数分間または数時間ないし数日間の期間を利用する。典型的には、0.5時間〜100時間、しばしば5時間〜80時間、または10時間〜50時間、または20時間〜50時間の期間である。
使用技術的に有利には、熱水処理に使用すべきオートクレーブは、内側がTeflon(登録商標)で被覆されている(テフロン(=ポリテトラフルオロエチレン)で被覆されている)。こうして、熱水処理すべき水性混合物の汚染は、耐圧鋼を用いて確実に排除されており、ついでに言うと、この耐圧鋼から過圧容器が普通に完成されている。
本発明による熱水処理前に、前記オートクレーブは、任意に含まれている水性混合物を含めて、排気されうる。引続き、前記オートクレーブは、温度上昇前に不活性ガス(N2、希ガス(例えば、Ar))で充填されうる。これら2つの手段は、中止することもできる(後者の充填は、殊に、オートクレーブの長時間安定性に対して、一般に、あまり好ましいものではない)。もちろん、熱水処理すべき水性混合物は、熱水処理の開始前に、さらに不活性ガスで洗浄されていてよいか、または、それとは別に、不活性ガスで洗浄されていてよい。
前記不活性ガスは、使用技術的に有利には、既に本来の熱水処理の開始前にオートクレーブ中で過圧に調節するために利用されてもよい。
熱水処理の終結後に、前記オートクレーブは、室温(典型的には、25℃)へ急冷することができるか、または徐々に、すなわちより長い時間を経て(例えば、放置することにより)室温へもたらすことができる。とりわけ、前記したような冷却の後に、オートクレーブは、開放することができ、熱水処理の経過中に新たに形成された固体は、過圧容器の残留内容物と分離されうる。簡単に、この分離は、例えばろ過または別の機械的な分離操作(例えば、遠心分離)によって行なうことができる。
分離された固体は、所望の触媒活性の多金属酸化物I(またはIIもしくはIII)の前駆体物質を形成する。有利な場合には、既にこの前駆体物質は、所望の触媒活性を発揮することができる。
しかし、通常、分離された前駆体物質は、さらに熱処理され、その後にこの前駆体物質は、触媒活性多金属酸化物組成物I(またはIIもしくはIII)として(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法に使用される。
当該の元素状成分の源の本発明によりそのつど処理すべき水性混合物の計量による化学量論と生じる前駆体物質の化学量論とは、必然的に完全には対応しない。しかし、これらは、たいてい類似している。これら双方の間の相応する関係は、そのつど幾つかの予備試験において見い出されうる。
原則的に、本発明による方法の場合、前駆体物質の熱処理として、(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸自体とする、不均一系触媒作用による気相部分酸化を採用することができる。この場合には、熱処理は、いわば室温で、か焼雰囲気としての(流動しないかまたは流動する)反応ガス混合物の下で行なわれる。この場合には、触媒活性多金属酸化物組成物への移行は、いわば時間的に長引かせた形式として行なわれる。本発明による方法のための源として、一般的な化学量論式I(またはIIもしくはIII)の通常製造される多金属酸化物が使用される場合には、一般に、得られる前駆体物質の熱処理として、同じ前駆体物質の乾燥を使用することで十分であり、その際に温度は、典型的には、100〜200℃または100〜150℃の範囲内にある。
しかし、一般に、前記前駆体物質の熱処理は、熱水処理の範囲内で使用される、当該温度を上回る温度で行なわれる。
必要とされる温度への前駆体物質の昇温段階から予測すると、前記前駆体物質の熱処理(か焼)は、本発明によれば、有利に300〜700℃の温度で、しばしば350〜650℃、または400〜600℃の温度で行なわれる。この熱処理は、真空下ならびにガス状雰囲気下で行なうことができる。前記熱処理は、酸化性、還元性および/または不活性のガス雰囲気下で実施されうる。酸化性のガス雰囲気として、前記前駆体物質の熱処理には、例えば空気、分子状酸素で富化した空気または分子状酸素が失なわれた空気がこれに該当する(もちろん、分子状酸素と不活性ガスとの全ての他の混合物が酸化性ガス雰囲気として使用されてもよい)。とりわけ、前記前駆体物質の熱処理は、本発明によれば、不活性雰囲気下、すなわち分子状窒素および/または希ガスの下で実施される。不活性とは、O2および還元作用成分のガス雰囲気の含量がそのつど、3容積%以下、より良好に1容積%以下、さらにより良好に0.1容積%以下および最大で0容積%であることを意味する。
前記前駆体物質の熱処理がガス雰囲気下で行なわれる場合には、このガス状雰囲気は、流動しなくともよいし、流動してもよい。総じて、前記前駆体物質の熱処理は、24時間まで、またはそれ以上を利用することができる。しばしば、前記前駆体物質の熱処理は、0.5時間ないし10時間、または1時間ないし5時間にわたっている。高められた温度は、通常、熱処理のより短い時間を伴い、およびより低い温度の場合には、一般に、熱処理時間のより長い時間が使用される。高い温度および長い処理時間は、一般に、前駆体物質の熱処理の範囲内で生じる触媒活性多金属酸化物組成物I(またはIIもしくはIII)の比表面積を減少させる。
相応する水性混合物の熱水処理の終結後の前駆体物質を、過圧容器の残留する内容物と分離することは、例えば機械的分離操作(例えば、ろ過)に加えて、さらに、(適当な)液体を用いる、例えば機械的に分離された前駆体物質の洗浄操作を含むことができる。当該洗浄操作の範囲内で、なお熱水処理の前駆体物質の表面上に残留しかつそこに付着する残留出発成分(またはpH値の調節のために共用された調節剤)および/または形成された副生成物は、本発明によれば、有利に分離されうる。
当該洗浄液として、例えば水、有機酸またはその水溶液(例えば、シュウ酸、ギ酸、酢酸および酒石酸)ならびに無機酸およびその水溶液(例えば、硫酸、過塩素酸、塩酸、硝酸および/またはテルル酸)がこれに該当するが、しかし、アルコール、前記酸のアルコール性溶液または過酸化水素およびこれらの水溶液もこれに該当する。
もちろん、洗浄のために、前記洗浄液の混合物が使用されてもよい。本発明によれば、有利に、洗浄液として、水中のシュウ酸の溶液が使用される。当該溶液の適当なシュウ酸含量は、例えば溶液1 l当たりシュウ酸0.4モルである(25℃および101.3kPa)。本発明によれば、有利に、洗浄操作は、高められた温度(例えば、70〜80℃)で行なわれる。水で後洗浄することは、使用技術的に有利である。
この洗浄操作には、洗浄液の分離後に、前記前駆体物質の既述したように実施すべき熱処理を続けることができる。
良好な順序づけのために、この位置で、前記前駆体物質の熱処理を最初に酸化性(分子状酸素を含む)大気の下(例えば、空気の下)で開始しかつそれに引き続いて不活性ガス雰囲気下で継続させることができる(かまたは反対に行なうことができる)ことを確認すべきである。
もちろん、前記前駆体物質は、当該前駆体物質の熱処理前に粉末または破砕片に微粉砕することもできる。
本発明により得られる触媒活性多金属酸化物組成物I(またはIIもしくはIII)は、それ自体として形成されてよい(例えば、粉末または破砕片に微粉砕されてよい)か、または(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化するための触媒活性物質として、成形体に形成されてもよい。その際に、触媒層は、固定層、移動層または渦動層であることができる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第10118814号明細書A1、またはPCT/EP/02/04073、またはドイツ連邦共和国特許出願公開第10051419号明細書A1、またはドイツ連邦共和国特許出願公開第102010023312号明細書A1、またはドイツ連邦共和国特許出願公開第102007010422号明細書A1、または欧州特許出願公開第714700号明細書A2中の記載と同様に、非担持触媒の場合には、成形は、例えば押出またはペレット化によって行なうことができ、およびシェル型触媒の場合には、キャリヤー体への施与によって行なうことができる。
シェル型触媒の場合には、本発明により得られる多金属酸化物組成物I(またはIIもしくはIII)に使用すべきキャリヤー体は、特に化学的に不活性である。すなわち、前記キャリヤー体は、(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する経過中に本質的に影響を及ぼさない。
前記キャリヤー体のための材料として、本発明によれば、殊に酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、ケイ酸塩、例えば粘土、カオリン、ステアタイト(とりわけ、タイプC−220のCeramTec社(DE)のステアタイト、または有利に水中で可溶性の僅かなアルカリ金属含量を有する)、軽石、ケイ酸アルミニウム、珪酸マグネシウム、炭化ケイ素および二酸化ジルコニウムがこれに該当する。
前記キャリヤー体の表面は、滑らかでも粗くともよい。前記キャリヤー体の表面は、粗いのが有利であり、それというのも、高められた表面粗さは、一般に、施された活性物質シェルの高められた付着強さを必然的に引き起こすからである。
明らかに形成された表面粗さを有するキャリヤー体として、殊に、当該キャリヤー体の表面上に破砕片層を有するキャリヤー体がこれに該当する。
とりわけ、前記キャリヤー体の表面粗さRzは、30〜100μmの範囲内、特に有利に50〜70μmの範囲内にある(Hommelwerke社の「DIN−ISO表面パラメーター用ホンメルテスター(Hommel Tester)」を用いるDIN 4768 第1頁に従って測定した)。ステアタイト(Steatit)C220からなる、CeramTec社の粗面のキャリヤー体が特に好ましい。
前記キャリヤー材料は、多孔質であってもよいし、非多孔質であってもよい。とりわけ、前記キャリヤー材料は、非多孔質である(細孔の全容積は、キャリヤー体の容積に対して、有利に1容積%以下である)。
前記キャリヤー体は、規則的に形成されていてもよいし、不規則に形成されていてもよく、その際に規則的に形成されたキャリヤー体が、有利である。
前記キャリヤー体の最長寸法は、通常、1〜10mmの範囲内にある(この最長寸法は、キャリヤー体の表面上に存在する2つの点を結ぶ最長の直線である)。
本発明によれば、有利には、球体または円柱体、殊に中空円柱体(リング)がキャリヤー体として使用される。キャリヤーの球体にとって好ましい直径は、1〜4mmである。円柱体をキャリヤー体として使用する場合には、当該円柱体の長さは、特に2〜10mmであり、および当該円柱体の外径は、4〜10mmである。さらに、リングの場合には、肉厚は、通常、1〜4mmである。本発明によれば、適当なリング状キャリヤー体は、3〜6mmの長さ、4〜8mmの外径および1〜2mmの肉厚を有していてもよい。しかし、7mm×3mm×4mmまたは5mm×3mm×2mm(外径×長さ×内径)のキャリヤーリングの形状寸法も可能である。
本発明によるシェル型触媒のキャリヤー体の表面上に存在する活性の多金属酸化物組成物シェルの厚さは、通常、10〜1000μmである。しかし、この厚さは、50〜700μm、100〜600μmまたは150〜500μmであってもよい。また、考えられうるシェル厚さは、10〜500μm、100〜500μmまたは150〜300μmである。
本発明によるシェル型触媒の製造は、最も簡単には、一般式Iの所望の多金属酸化物組成物を予め形成し、この多金属酸化物組成物を微粒状の形に変換し、最終的に液状結合剤を用いてキャリヤー体の表面上に施す程度に行なうことができる。
そのために、前記キャリヤー体の表面は、有利に液状結合剤で制御されて湿潤され(例えば、噴霧によって)、こうして湿潤されたキャリヤー体を微粒状の本発明により得られた触媒活性の多金属酸化物I(またはIIもしくはIII)と接触させて前記活性物質の層を湿潤された表面上に固着させる(例えば、湿潤されたキャリヤー体には、欧州特許出願公開第714700号明細書A2の記載と同様に活性物質粉末が散布される)。引続き、被覆されたキャリヤー体は、乾燥され、および付着液は、少なくとも一部分が除去される(例えば、熱ガスを通過させることによって、WO 2006/094766参照)。「制御されて湿潤され」とは、これに関連して、キャリヤー表面が実際に液状結合剤を吸着していることを示すが、しかし、キャリヤー表面上に液相それ自体が目視的には現れないことを意味する。キャリヤー表面が過剰に湿潤された場合には、微粒状の触媒活性多金属酸化物組成物は、前記表面上に付着するのではなくて凝集して別々の凝集塊を生じる。これについての詳細な記載は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第2909671号明細書A1およびドイツ連邦共和国特許出願公開第10051419号明細書A1中に見出せる。もちろん、高められた層厚を達成するための手段は、周期的に繰り返すことができる。この場合には、被覆された基体は、新たな「キャリヤー体」等になる。しかし、本発明によるシェル型触媒を製造するための、欧州特許出願公開第714700号明細書A2中で技術水準として正当に評価された、全ての別の施与方法が使用されてもよい。しかし、原則的に、本発明によるシェル型触媒の製造のために、前記キャリヤー体の表面上に最初に微粒状の前駆体物質を施し、その後に初めて、すなわち既に前記キャリヤー体の表面上に存在させてから、この前駆体物質を熱処理して一般式I(またはIIもしくはIII)の触媒活性多金属酸化物組成物とすることを実施する程度に行なうこともできる。
液状結合剤として、例えば水、有機溶剤または水中もしくは有機溶剤中の有機物質(例えば、有機溶剤)の溶液がこれに該当する。例示的に、有機結合剤として、一価有機アルコールまたは多価有機アルコール、例えばエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールまたはグリセリン、一価有機カルボン酸または多価有機カルボン酸、例えばプロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、グルタル酸またはマレイン酸、アミノアルコール、例えばエタノールアミンまたはジエタノールアミンならびに一価有機アミドまたは多価有機アミド、例えばホルムアミドが挙げられる。水中、有機液体中または水と有機液体との混合物中で可溶性の有機結合剤促進剤として、例えば単糖類およびオリゴ糖類、例えばグルコース、フルクトース、サッカロースおよび/またはラクトースが適している。
特に有利には、液状結合剤として、水20〜90質量%と有機化合物10〜80質量%とからなる溶液が使用される。とりわけ、前記液状結合剤の有機含量は、10〜50質量%、特に有利に20〜30質量%である。殊に好ましい液状結合剤は、水20〜90質量%とグリセリン10〜80質量%とからなる溶液である。有利には、前記水溶液中のグリセリン含量は、10〜50質量%、特に有利に20〜30質量%である。本発明によれば、好ましい結合剤の利点は、特に、当該結合剤が微粒状の活性物質(または微粒状の前駆体物質)ならびにキャリヤー体を満足のいく方法で湿潤させることができることにある。
もちろん、前記キャリヤー体の表面上に施すべき、一般式I(またはIIもしくはIII)の触媒活性多金属酸化物組成物またはその前駆体物質の細度は、所望のシェル厚さに適合されている。100〜500μmのシェル厚さの範囲には、例えば、1〜20μmの目開きまたはそれとは別に、1〜10μmの目開きが前記粉末粒子の全体数の少なくとも50%に適合しかつ50μmを上回る最長寸法を有する粒子の数値的割合が10%未満である当該活性物質粉末が適している。その他の点では、相応してWO 2005/120702A1の第18頁の記述が当てはまる。
本発明によれば、有利に、本発明によるシェル型触媒は、欧州特許出願公開第714700号明細書A2中に記載されかつ例示的に記載された製造法に従って製造される。その際に、水75質量%とグリセリン25質量%とからなる水溶液は、好ましい結合剤である。前記前駆体物質の熱処理の方法は、本発明によれば、有利にドイツ連邦共和国特許出願公開第10360057号明細書A1中に記載されかつ例示的に記載された方法形式に従って実施される。
本発明によるシェル型触媒の長時間安定性をさらに向上させるために、WO 2008/214863A1の教示によれば、以下に述べるように、唯一の微粒状多金属酸化物組成物I(またはIIもしくはIII)の代わりに、有利に同じ微粒状多金属酸化物組成物I(またはIIもしくはIII)と、モリブデンの酸化物、および高められた温度および分子状酸素の作用下でモリブデンの酸化物を形成する、モリブデンの化合物の群からの微粒状物質Sとの微粒状混合物を前記キャリヤー体の表面上に施すことができる。
注目すべきことに、一般式I(またはIIもしくはIII)の本発明により製造された多金属酸化物組成物は、高められた比表面積O(BET表面積、分子状窒素)によって特徴付けられている。
一般に、Oは、15m2/g以上または20m2/g以上であり、しばしばOは、25m2/g以上であり、または30m2/g以上の値である。通常の場合には、Oは、150m2/gを超えない。部分的には、Oのために達成される値は、100m2/g以下であるか、または60m2/g以下であるか、または50m2/g以下もしくは40m2/g以下である。Oのための高い値は、通常製造される、一般式I(またはIIもしくはIII)の多金属酸化物が源として本発明による方法に従って、「熱水後処理」される場合に得られる。
比表面積Oを測定するために、約1gの試料の初期質量が使用された。この測定自体は、ドイツ国85235 Odelhausen在のQuantachrome GmbH & Co.KG社の型式AUTOSORB 3Bの機器を用いて行なわれた。実際の測定を準備するために、そのつど試験すべき試料は、最初に高真空下に200℃で10時間維持され、かつその後に200℃で24時間ヘリウムで洗浄された。引続き、窒素吸着が−196℃で行なわれた。
一般に、一般式I(またはIIもしくはIII)の本発明により製造された多金属酸化物組成物は、X線回折法により非晶質を示すのではなく、部分結晶構造を(すなわち、X線回折図は、ごく僅かな(一般に、5本未満の)別々の回折線(反射)を示し、これらの2シータ規模の半減値幅は、4°以下である(その際に、半減値幅は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10321398号明細書A1中の規定と同様である))示す。(この刊行物において、X線回折図に関する記載は、そのつど、Cu−Kα1線(λ=1.540698オングストローム)を使用する粉末回折図に関連し、使用される回折計は、ドイツ国64295 Darmstadt在のStoe & Cie GmbH社の型式Stadi Pの機器であり、この機器は、使用される放射光をGe[1,1,1]単結晶で単色化し、試料から反射される放射光は、位置敏感型検出器で吸収された(スイス国5400 Baden在のDectris Ltd.社の型式Mythen 1Kの検出器))。結晶構造の分類は、通常、不可能である。
一般式I(またはIIもしくはIII)の本発明により得られた触媒活性多金属酸化物組成物ならびにこの多金属酸化物組成物を備えた(装備した)触媒またはこの多金属酸化物組成物から形成された触媒は、殊に、(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法のための、特に有利にアクロレインをアクリル酸へ不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法のための触媒として適している。その際に、前記触媒は、殊に、目標生成物が高い活性の際に高い選択率で形成される一方で、当該触媒で被覆された触媒層が部分酸化の実施の際に高い耐用寿命を示すことによって優れている。
このことは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第10307983号明細書A1、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19948523号明細書A1およびドイツ連邦共和国特許出願公開第19910508号明細書A1の記載と同様に、(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化することが高い(メタ)アクロレイン空間速度の際に実施される場合に有効である。
その際に、不均一系触媒作用による気相部分酸化は、自体公知の方法で実施されうる。すなわち、(メタ)アクロレイン、分子状酸素および少なくとも1つの不活性希釈ガスを含む反応ガス混合物は、高められた温度で、その触媒が活性物質として一般式I(またはIIもしくはIII)の少なくとも1つの多金属酸化物組成物を有する触媒層を通過し、およびこの触媒層中での(メタ)アクロレインの滞留時間中に、同じ(メタ)アクロレインの変換が行なわれ、(メタ)アクリル酸が生じる。本発明によれば、触媒層として、触媒固定層が好ましい。しかし、原則的に、本発明による方法には、渦動層または流動層も当てはまる。一般に、水蒸気は、反応ガス混合物の成分として、選択率および活性を改善する。その他の点では、高められたモル比熱を有する不活性希釈ガス、例えばn−プロパンまたはCO2が有利である。
(メタ)アクロレインの気相部分酸化を実施するために、殊に熱交換器型反応器が適している。熱交換器型反応器は、少なくとも1つの一次空間および少なくとも1つの二次空間を有し、これら双方は、分離壁によって互いに隔てられている。少なくとも1つの一次空間内には、触媒装入部が位置し、この触媒装入部は、一般式I(またはIIもしくはIII)の少なくとも1つの多金属酸化物組成物を含み、およびこの触媒装入部には、(メタ)アクロレインを含有する反応ガス混合物が貫流する。同時に、二次空間には、流体の熱キャリヤーが貫流し、前記分離壁によって双方の空間の間で、熱交換が発生し、この熱交換は、触媒層を通過する過程での反応ガス混合物の温度を制御する目的を遂行する。
一般に、(メタ)アクロレインの気相部分酸化は、例えば欧州特許出願公開第700714号明細書A1、欧州特許出願公開第700893号明細書A1、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19910508号明細書A1、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19948523号明細書A1、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19910506号明細書A1、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19948241号明細書A1、ドイツ連邦共和国特許出願公開第2830765号明細書A1、ドイツ連邦共和国特許出願公開第2513405号明細書A1、米国特許第3147084号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第2201528号明細書A1、欧州特許出願公開第383224号明細書A2、特開2007−260588号公報Aおよび特開昭58−096041号公報A中の記載と同様に、1つ以上の温度帯域を有する管束型(熱交換器型)反応器中で実施される。
その際に、触媒固定層は、触媒成形体(任意に、希釈作用する不活性成形体との混合物で)の相応するばら材料の形で管束型反応器の金属管(触媒管)内に存在し、この金属管の周りには、単数または複数の温度媒体が導かれる(1つの温度帯域を上回る場合には、相応する数の空間的に本質的に隔てられた温度媒体が金属管に周りに導かれる)。前記温度媒体は、たいてい、塩溶融液である。前記反応ガス混合物は、触媒管を通して導かれる。
それとは別に、前記触媒固定層は、例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第102004017150号明細書A1、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19952964号明細書A1およびドイツ連邦共和国特許出願公開第10361456号明細書A1で推奨されている記載と同様に、熱薄板型反応器の熱キャリヤーによって貫流される熱薄板の間の空間内にも存在することができる。
前記触媒固定層は、既述したように、全く一般的に、本発明により得られる触媒だけからなることができるが、しかし、不活性の成形体で希釈して当該触媒からなることもできる。その際に、不活性の成形体としては、例えば、本発明によるシェル型触媒の製造に使用されるキャリヤー成形体(キャリヤー体)が使用されうる。触媒層の前方および/または後方には、純粋な不活性成形体ばら材料が存在することができる(この種の純粋な不活性成形体ばら材料は、反応ガスを用いるかまたは反応ガス成分を用いる触媒固定層の空間速度の計算の場合には、通常、含まれない)。
管束型反応器において使用される触媒管は、通常、フェライト鋼から完成されており、かつ典型的には、1〜3mmの肉厚を有する。前記触媒管の内径は、一般に20〜30mm、しばしば21〜26mmである。前記触媒管の長さは、有利に2〜4mである。
使用技術的に有利には、管束反応器中に収容される、触媒管の数は、少なくとも5000本、特に少なくとも10000本に達する。しばしば、前記反応器容器内に収容される触媒管の数は、15000本ないし40000本である。50000本を上回る数の触媒管を備えた管束型反応器は、むしろ例外といえる。前記容器内には、触媒管が通常の場合に均一に分布して配置されており(好ましくは、触媒管1本当たり6本の等間隔の隣接管)、その際にこの分布は、有利に、相互に最も燐接した触媒管(触媒管の分布)の中心内軸間の距離は、35〜45mmである(例えば、欧州特許第468290号明細書A1参照)。
管束型反応器のための熱交換剤として、塩、例えば硝酸カリウム、亜硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウムおよび/または硝酸ナトリウムの溶融液、または低融点の金属、例えばナトリウム、水銀ならびに様々な金属の合金を使用することは、特に有利である。
本発明により得ることができる触媒を備えた管束型反応器中への触媒管の装入は、とりわけ、管束型反応器が触媒装入量に対して、135Nl/l×h以上、または150Nl/l×h以上、または160Nl/l×h以上、または170Nl/l×h以上、または180Nl/l×h以上、または200Nl/l×h以上、または220Nl/l×h以上、または240Nl/l×h以上である(メタ)アクロレイン空間速度で運転される場合に好ましい。もちろん、当該触媒装入量は、より少ない(例えば、130Nl/l×h以下、または100Nl/l×h以下、または80Nl/l×h以下、または60Nl/l×h以下)の(メタ)アクロレイン空間速度の場合にも好ましい。
しかし、一般に、触媒装入量に対する(メタ)アクロレイン空間速度は、350Nl/l×h以下、または300Nl/l×h以下、または250Nl/l×h以下になる(相応する空間速度は、熱薄板型反応器中で実現されてもよい)。
その際に、「空間速度」ならびに「Nl」の概念は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19927624号明細書A1中の規定と同様に使用される。
その際に、一般に、触媒固定層の容積比活性は、この容積比活性が反応ガスの流れ方向に増大する程度に構成される。このことは、簡単に、例えば反応ガスの流れ方向に、不活性成形体を備えた触媒固定層の希釈度を減少させることによって実現されうる。
その他の点では、例えば本発明により得ることができるシェル型触媒を用いる不均一系触媒作用による部分酸化は、全ての視点において、全く一般的に、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第10350822号明細書A1の記載と同様に実施されうる。前記反応ガス投入混合物中の(メタ)アクロレイン含量は、例えば3容積%または6〜15容積%の値、しばしば4容積%または6〜10容積%、または5〜8容積%であることができる(そのつど、全容積に対する)。
2:前記反応ガス投入混合物中の(メタ)アクロレインのモル比率は、通常、1以上になる。通常、この比率は、3以下の値になる。しばしば、(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用による(メタ)アクロレイン部分酸化は、1:(1〜3):(0〜20):(3〜30)、特に1:(1〜3):(0.5〜10):(7〜10)の、反応ガス投入混合物中に存在する、(メタ)アクロレイン:酸素:水蒸気:不活性ガスの容積比(Nl)で実施される。
その際に、不活性希釈ガス(これは、前記反応ガス混合物が前記触媒層(例えば、固定層)を1回通過した際に、少なくとも95モル%、特に少なくとも97モル%または少なくとも99モル%、および最大で100モル%が化学的に不変のまま維持されている、ガスまたは当該ガスの混合物である)として、とりわけ、N2、CO2、CO、希ガス、プロパン、エタン、メタン、ブタンおよび/またはペンタン(すなわち、それぞれ、唯一の希釈ガスとして、または別の不活性希釈剤または当該不活性希釈剤の中の幾つかの別の不活性希釈剤との混合物で)がこれに該当する。その際に、当該不均一系触媒作用による(メタ)アクロレイン部分酸化の反応温度は、通常、200〜400℃、一般に220〜380℃、しばしば230〜350℃、頻繁に245〜285℃または245〜265℃の範囲内にある。作業圧力は、通常、101.3〜350kPaである。
前記反応ガス混合物が例えば前記触媒固定層を1回通過したことに基づく(メタ)アクロレイン変換率は、通常、90モル%以上、または96モル%以上、しばしば98モル%以上、および頻繁に99モル%以上である。
その他の点では、本発明による部分酸化法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第102007019597号明細書A1の推奨および教示に全体的に相応して実施されうる。
殊に、本発明による部分酸化に必要とされる(メタ)アクロレインの源として、(メタ)アクロレインのC3/C4前駆体化合物(例えば、プロペンまたはイソブテン)を(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化することによる、(メタ)アクロレインを含有する生成物ガス混合物は、当該生成物ガス混合物から(メタ)アクロレインを予め分離する必要なしに、そのまま使用されうる。
(メタ)アクリル酸形成の選択率S(モル%)とは、本明細書中で次のように解釈される:
Figure 2015520745
(その際に、変換率の数は、そのつど、触媒層への反応ガス混合物の1回の通過に対するものである)。
いずれにせよ、不変の反応条件下でより低い温度で同じ変換率を生じる活性物質(触媒)は、より高い活性をもつ。
(メタ)アクロレインの変換率U(モル%)は、相応して次のように規定されている:
Figure 2015520745
部分酸化の生成物ガス混合物からの(メタ)アクリル酸の分離は、自体公知の方法で、例えば、(メタ)アクリル酸を最初に吸収手段および/または縮合手段によって縮合された相に変換することによって行なうことができる。それに引き続く熱分離法、例えば精留および/または結晶化によって、縮合された相から引き続いて(メタ)アクリル酸が任意の純度で単離されうる(例えば、ドイツ連邦共和国実用新案登録第602004924号明細書T2およびWO 2006/114428A1ならびにこれらの刊行物中で引用された技術水準参照)。
それゆえに、本願は、殊に、次の本発明による実施態様を含む:
1.一般式I
Mo12a1 b2 c3 d4 e5 f6 gn (I)
〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
1=W、Nb、Ta、Crおよび/またはCe、
2=Cu、Ni、Co、Fe、Mnおよび/またはZn、
3=Sb、Teおよび/またはBi、
4=1つ以上のアルカリ金属(Li、Na、K、Rbおよび/またはCs)および/またはH、
5=1つ以上のアルカリ土類金属(Mg、Ca、Srおよび/またはBa)、
6=Si、Al、Tiおよび/またはZr、
a=1〜6、
b=0.2〜8、
c=0〜18、
d=0〜40、
e=0〜4、
f=0〜4、
g=0〜40、および
n=I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕の触媒活性多金属酸化物組成物上で(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法であって、
− 多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも50モル%が元素Wに割り当てられ、および
− 多金属酸化物組成物(I)の製造が、多金属酸化物組成物(I)の元素状成分の源からの混合物を水の存在下に過圧容器内で(水性混合物として)熱水処理に供し、その際に新たに形成される固体を前駆体物質として分離し、およびこの前駆体物質を熱処理によって触媒活性多金属酸化物組成物(I)に変換する方法により行なわれることを特徴とする、前記方法。
2.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも60モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様1による方法。
3.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも70モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様1による方法。
4.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも80モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様1による方法。
5.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも90モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様1による方法。
6.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも95モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様1による方法。
7.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の100モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様1による方法。
8.前記化学量論的係数bは、0.2〜4であることを特徴とする、実施態様1から7までのいずれか1つによる方法。
9.前記化学量論的係数bは、0.2〜3であることを特徴とする、実施態様1から7までのいずれか1つによる方法。
10.前記化学量論的係数cは、0.5〜18であることを特徴とする、実施態様1から9までのいずれか1つによる方法。
11.前記化学量論的係数cは、0.5〜10であることを特徴とする、実施態様1から9までのいずれか1つによる方法。
12.前記化学量論的係数cは、0.5〜3であることを特徴とする、実施態様1から9までのいずれか1つによる方法。
13.前記化学量論的係数aは、1〜5であることを特徴とする、実施態様1から12までのいずれか1つによる方法。
14.前記化学量論的係数aは、2〜4であることを特徴とする、実施態様1から13までのいずれか1つによる方法。
15.前記化学量論的係数dは、0〜20であることを特徴とする、実施態様1から14までのいずれか1つによる方法。
16.前記化学量論的係数dは、0〜10であることを特徴とする、実施態様1から14までのいずれか1つによる方法。
17.前記化学量論的係数dは、0〜2であることを特徴とする、実施態様1から14までのいずれか1つによる方法。
18.前記化学量論的係数eは、0〜2であることを特徴とする、実施態様1から17までのいずれか1つによる方法。
19.前記化学量論的係数fは、0〜2であることを特徴とする、実施態様1から18までのいずれか1つによる方法。
20.X1=W、Nbおよび/またはCrであることを特徴とする、実施態様1から19までのいずれか1つによる方法。
21.X1=WおよびNbであることを特徴とする、実施態様1から19までのいずれか1つによる方法。
22.X1=Wであることを特徴とする、実施態様1から19までのいずれか1つによる方法。
23.X2=Cu、Ni、Coおよび/またはFeであることを特徴とする、実施態様1から22までのいずれか1つによる方法。
24.X2=Cuおよび/またはNiであることを特徴とする、実施態様1から22までのいずれか1つによる方法。
25.X2=Cuであることを特徴とする、実施態様1から22までのいずれか1つによる方法。
26.X3=Sbであることを特徴とする、実施態様1から25までのいずれか1つによる方法。
27.X4=Na、Kおよび/またはHであることを特徴とする、実施態様1から26までのいずれか1つによる方法。
28.X5=Ca、Srおよび/またはBaであることを特徴とする、実施態様1から27までのいずれか1つによる方法。
29.X6=Si、Alおよび/またはTiであることを特徴とする、実施態様1から28までのいずれか1つによる方法。
30.X6=Siおよび/またはAlであることを特徴とする、実施態様1から28までのいずれか1つによる方法。
31.一般式Iの変数は、次の意味:
1=W、Nbおよび/またはCr、
2=Cu、Ni、Coおよび/またはFe、
3=Sb、
4=Na、Kおよび/またはH、
5=Ca、Srおよび/またはBa、
6=Si、Alおよび/またはTi、
a=1〜5、
b=0.2〜4、
c=0.5〜18、
d=0〜10、
e=0〜2、
f=0〜2、
g=0〜15、および
n=一般式I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数を有することを特徴とする、実施態様1から7までのいずれか1つによる方法。
32.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも50モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様31による方法。
33.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも70モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様31による方法。
34.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも90モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様31による方法。
35.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれている元素X2の全モル量の100モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様31による方法。
36.前記触媒活性多金属酸化物組成物は、一般的な化学量論式II
Mo12a1 b2 c4 e5 f6 gn (II)
〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
1=Wおよび/またはNb、
2=Cuおよび/またはNi、
4=H、
5=Caおよび/またはSr、
6=Siおよび/またはAl、
a=2〜4、
b=0.2〜3、
c=0.5〜3、
e=0〜2、
f=0〜0.5、
g=0〜8、および
n=一般式II中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕を満たすことを特徴とする、実施態様1から7までのいずれか1つによる方法。
37.前記多金属酸化物組成物中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも50モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様36による方法。
38.前記多金属酸化物組成物中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも70モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様36による方法。
39.前記多金属酸化物組成物中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも90モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様36による方法。
40.前記多金属酸化物組成物中に含まれている元素X2の全モル量の100モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様36による方法。
41.前記触媒活性多金属酸化物組成物は、一般的な化学量論式III
Mo12abCuc4 e5 f6 gn (III)
〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
4=1つ以上のアルカリ金属(Li、Na、K、Rbおよび/またはCs)および/またはH、
5=1つ以上のアルカリ土類金属(Mg、Ca、Srおよび/またはBa)、
6=Si、Al、TiおよびZrの群からの1つ以上の元素、
a=2〜4、
b=0.2〜3、
c=0.5〜2、
e=0〜4、
f=0〜4、但し、eとfとの総和は、4を上回らず、
g=0〜40、および
n=一般式III中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕を満たすことを特徴とする、実施態様1から7までのいずれか1つによる方法。
42.前記化学量論的係数bは、0.5〜2であることを特徴とする、実施態様41による方法。
43.前記化学量論的係数aは、2.5〜3.5であることを特徴とする、実施態様41または42による方法。
44.前記化学量論的係数cは、1〜1.5であることを特徴とする、実施態様41から43までのいずれか1つによる方法。
45.前記熱水処理は、100℃超〜600℃の温度で行なわれることを特徴とする、実施態様1から44までのいずれか1つによる方法。
46.前記熱水処理は、110℃以上〜400℃の範囲内の温度で行なわれることを特徴とする、実施態様1から45までのいずれか1つによる方法。
47.前記熱水処理は、130℃以上〜300℃の範囲内の温度で行なわれることを特徴とする、実施態様1から46までのいずれか1つによる方法。
48.前記熱水処理は、50MPa以下の過圧の作業圧力で行なわれることを特徴とする、実施態様1から47までのいずれか1つによる方法。
49.前記熱水処理は、200kPa以上および25MPa以下の作業圧力で行なわれるか、または500kPa以上および22MPa以下の作業圧力で行なわれることを特徴とする、実施態様1から48までのいずれか1つによる方法。
50.前記熱水処理中に水蒸気と液体の水とが同時に存在することを特徴とする、実施態様1から49までのいずれか1つによる方法。
51.前記の熱水処理された水性混合物は、懸濁液であることを特徴とする、実施態様1から50までのいずれか1つによる方法。
52.前記の熱水処理された水性混合物は、溶液であることを特徴とする、実施態様1から50までのいずれか1つによる方法。
53.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合は、少なくとも1質量%であることを特徴とする、実施態様1から52までのいずれか1つによる方法。
54.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合は、90質量%以下であることを特徴とする、実施態様1から53までのいずれか1つによる方法。
55.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合は、3〜60質量%であることを特徴とする、実施態様1から54までのいずれか1つによる方法。
56.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合は、5〜30質量%であることを特徴とする、実施態様1から55までのいずれか1つによる方法。
57.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合は、5〜15質量%であることを特徴とする、実施態様1から56までのいずれか1つによる方法。
58.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に7未満のpH値を有することを特徴とする、実施態様1から57までのいずれか1つによる方法。
59.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に6以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様1から57までのいずれか1つによる方法。
60.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に5以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様1から57までのいずれか1つによる方法。
61.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に4以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様1から57までのいずれか1つによる方法。
62.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に3以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様1から57までのいずれか1つによる方法。
63.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に0以上のpH値を有することを特徴とする、実施態様1から62までのいずれか1つによる方法。
64.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に1以上および3以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様1から63までのいずれか1つによる方法。
65.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に1.5以上および2.5以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様1から64までのいずれか1つによる方法。
66.前記熱水処理に供される水性混合物は、添加された硫酸を含むことを特徴とする、実施態様58から65までのいずれか1つによる方法。
67.前記熱水処理に供される水性混合物は、熱水処理中に攪拌されることを特徴とする、実施態様1から66までのいずれか1つによる方法。
68.前記元素状成分Moの少なくとも1つの源は、ヘプタモリブデン酸アンモニウムおよび/またはこの化合物の水和物であることを特徴とする、実施態様1から67までのいずれか1つによる方法。
69.前記元素状成分Wの少なくとも1つの源は、パラタングステン酸アンモニウム、メタタングステン酸アンモニウムおよび/またはこれらの化合物の水和物であることを特徴とする、実施態様1から68までのいずれか1つによる方法。
70.前記元素状成分バナジウムの少なくとも1つの源は、バナジウムを酸化状態+4で含むことを特徴とする、実施態様1から69までのいずれか1つによる方法。
71.前記元素状成分バナジウムの少なくとも1つの源は、硫酸バナジルおよび/またはこの化合物の水和物であることを特徴とする、実施態様70による方法。
72.前記元素状成分Cuの少なくとも1つの源は、硫酸銅(II)、硝酸銅(II)、酢酸銅(II)および/またはこれらの化合物の水和物であることを特徴とする、実施態様1から71までのいずれか1つによる方法。
73.前記熱水処理は、0.5時間〜100時間継続させることを特徴とする、実施態様1から72までのいずれか1つによる方法。
74.前記熱水処理は、5時間〜80時間継続させることを特徴とする、実施態様1から73までのいずれか1つによる方法。
75.前記熱水処理は、分子状酸素の不在下または存在下で行なわれることを特徴とする、実施態様1から74までのいずれか1つによる方法。
76.前記熱水処理の際に新たに形成される固体を前駆体物質として分離することは、前記固体を少なくとも1回機械的に分離すること、およびこの機械的に分離された固体を、有機酸、無機酸、およびこれらの酸の水溶液からなる群からの少なくとも1つの洗浄液で、少なくとも1回洗浄することを含むことを特徴とする、実施態様1から75までのいずれか1つによる方法。
77.前記洗浄液は、シュウ酸の水溶液であることを特徴とする、実施態様76による方法。
78.前記前駆体物質の熱処理の際の温度は、300〜700℃であることを特徴とする、実施態様1から77までのいずれか1つによる方法。
79.前記前駆体物質の熱処理の際の温度は、350〜650℃であることを特徴とする、実施態様1から78までのいずれか1つによる方法。
80.前記前駆体物質の熱処理の際の温度は、400〜600℃であることを特徴とする、実施態様1から79までのいずれか1つによる方法。
81.前記前駆体物質の熱処理は、分子状酸素を含むガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様1から80までのいずれか1つによる方法。
82.前記前駆体物質の熱処理は、真空下で行なわれるか、または分子状酸素を含まないガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様1から80までのいずれか1つによる方法。
83.前記前駆体物質の熱処理は、還元性のガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様1から80までのいずれか1つによる方法。
84.前記前駆体物質の熱処理は、分子状窒素および/または希ガスを含むガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様81から83までのいずれか1つによる方法。
85.前記前駆体物質の熱処理は、分子状酸素および還元作用成分の含量がそのつど3容積%以下であるガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様1から80までのいずれか1つによる方法。
86.前記触媒活性多金属酸化物組成物は、不均一系触媒作用による部分酸化の際に固定層中、移動層中、または渦動層中に存在することを特徴とする、実施態様1から85までのいずれか1つによる方法。
87.前記触媒活性多金属酸化物組成物は、当該多金属酸化物組成物がキャリヤー体の表面上に施されている、シェル型触媒の活性物質であることを特徴とする、実施態様1から86までのいずれか1つによる方法。
88.前記シェル型触媒における触媒活性多金属酸化物組成物は、球状キャリヤー体またはリング状キャリヤー体上に施されていることを特徴とする、実施態様87による方法。
89.前記触媒活性多金属酸化物組成物は、水20〜90質量%およびグリセリン10〜80質量%からなる溶液を結合剤として共用して前記キャリヤー体の表面上に施されていることを特徴とする、実施態様88による方法。
90.前記キャリヤー体の最長寸法は、1〜10mmであることを特徴とする、実施態様88または89による方法。
91.前記キャリヤー体は、長さが4〜10mmであり、外径が2〜10mmであり、かつ肉厚が1〜4mmであるリングであることを特徴とする、実施態様88または89による方法。
92.前記キャリヤー体は、長さが3〜6mmであり、外径が4〜8mmであり、かつ肉厚が1〜2mmであるリングであることを特徴とする、実施態様88または89による方法。
93.前記シェル型触媒における活性の多金属酸化物組成物は、10〜1000μmの厚さの活性物質シェルを形成することを特徴とする、実施態様87から92までのいずれか1つによる方法。
94.前記シェル型触媒における活性の多金属酸化物組成物は、50〜700μmの厚さの活性物質シェルを形成することを特徴とする、実施態様87から93までのいずれか1つによる方法。
95.前記シェル型触媒における活性の多金属酸化物組成物は、100〜600μmの厚さの活性物質シェルを形成することを特徴とする、実施態様87から94までのいずれか1つによる方法。
96.前記シェル型触媒における活性の多金属酸化物組成物は、100〜500μmの厚さの活性物質シェルを形成することを特徴とする、実施態様87から95までのいずれか1つによる方法。
97.前記シェル型触媒における活性の多金属酸化物組成物は、150〜300μmの厚さの活性物質シェルを形成することを特徴とする、実施態様87から96までのいずれか1つによる方法。
98.前記の活性の多金属酸化物組成物の比表面積は、15m2/g以上であることを特徴とする、実施態様1から97までのいずれか1つによる方法。
99.前記の活性の多金属酸化物組成物の比表面積は、20m2/g以上であることを特徴とする、実施態様1から97までのいずれか1つによる方法。
100.前記の活性の多金属酸化物組成物の比表面積は、25m2/g以上であることを特徴とする、実施態様1から97までのいずれか1つによる方法。
101.前記の活性の多金属酸化物組成物の比表面積は、30m2/g以上であることを特徴とする、実施態様1から97までのいずれか1つによる方法。
102.前記の活性の多金属酸化物組成物の比表面積は、150m2/g以下であることを特徴とする、実施態様1から101までのいずれか1つによる方法。
103.前記の活性の多金属酸化物組成物の比表面積は、60m2/g以下であることを特徴とする、実施態様1から102までのいずれか1つによる方法。
104.前記の活性の多金属酸化物組成物の比表面積は、40m2/g以下であることを特徴とする、実施態様1から103までのいずれか1つによる方法。
105.前記不均一系触媒作用による気相部分酸化の反応温度は、200〜400℃の範囲内にあることを特徴とする、実施態様1から104までのいずれか1つによる方法。
106.前記不均一系触媒作用による気相部分酸化の反応温度は、220〜380℃の範囲内にあることを特徴とする、実施態様1から105までのいずれか1つによる方法。
107.前記不均一系触媒作用による気相部分酸化の反応温度は、230〜350℃の範囲内にあることを特徴とする、実施態様1から106までのいずれか1つによる方法。
108.前記不均一系触媒作用による気相部分酸化の反応温度は、245〜285℃の範囲内にあることを特徴とする、実施態様1から107までのいずれか1つによる方法。
109.前記気相部分酸化の開始時の(メタ)アクロレインは、分子状酸素を含む反応ガス混合物の成分であり、但し、前記反応ガス混合物中に含まれている(メタ)アクロレインに対する前記反応ガス混合物中に含まれている分子状酸素のモル比率は、1〜3であることを特徴とする、実施態様1から108までのいずれか1つによる方法。
110.前記気相部分酸化の開始時の(メタ)アクロレインは、水蒸気も含む反応ガス混合物の成分であることを特徴とする、実施態様1から109までのいずれか1つによる方法。
111.前記気相部分酸化の開始時の(メタ)アクロレインは、分子状酸素、不活性ガスおよび任意に水蒸気を含む反応ガス混合物の成分であり、但し、前記反応ガス混合物中に存在する(メタ)アクロレイン:酸素:水蒸気:不活性ガスの容積比(Nl)は、1:(1〜3):(0〜20):(3〜30)であることを特徴とする、実施態様1から110までのいずれか1つによる方法。
112.前記気相部分酸化の開始時の(メタ)アクロレインは、分子状酸素、不活性ガスおよび水蒸気を含む反応ガス混合物の成分であり、但し、前記反応ガス混合物中に存在する(メタ)アクロレイン:酸素:水蒸気:不活性ガスの容積比(Nl)は、1:(1〜3):(0.5〜10):(7〜10)であることを特徴とする、実施態様1から111までのいずれか1つによる方法。
113.前記の活性の多金属酸化物組成物は、部分結晶構造を有することを特徴とする、実施態様1から112までのいずれか1つによる方法。
114.前記熱水処理中の過圧容器内には、水蒸気含量が少なくとも30容積%である気相が存在することを特徴とする、実施態様1から113までのいずれか1つによる方法。
115.前記熱水処理中の過圧容器内には、水蒸気含量が少なくとも50容積%である気相が存在することを特徴とする、実施態様1から113までのいずれか1つによる方法。
116.前記熱水処理中の過圧容器内には、水蒸気含量が少なくとも90容積%である気相が存在することを特徴とする、実施態様1から113までのいずれか1つによる方法。
117.前記熱水処理中の過圧容器内には、水蒸気含量が少なくとも95容積%である気相が存在することを特徴とする、実施態様1から113までのいずれか1つによる方法。
118.一般式I
Mo12a1 b2 c3 d4 e5 f6 gn (I)
〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
1=W、Nb、Ta、Crおよび/またはCe、
2=Cu、Ni、Co、Fe、Mnおよび/またはZn、
3=Sb、Teおよび/またはBi、
4=1つ以上のアルカリ金属(Li、Na、K、Rbおよび/またはCs)および/またはH、
5=1つ以上のアルカリ土類金属(Mg、Ca、Srおよび/またはBa)、
6=Si、Al、Tiおよび/またはZr、
a=1〜6、
b=0.2〜8、
c=0〜18、
d=0〜40、
e=0〜4、
f=0〜4、
g=0〜40、および
n=I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕の触媒活性多金属酸化物組成物であって、
その際に、
− 前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも50モル%が元素Wに割り当てられ、および
− 前記多金属酸化物組成物(I)が、多金属酸化物組成物(I)の元素状成分の源からの混合物を水の存在下に過圧容器内で(水性混合物として)熱水処理に供し、その際に新たに形成される固体を前駆体物質として分離し、およびこの前駆体物質を熱水処理によって触媒活性多金属酸化物組成物(I)に変換する方法により得られることを特徴とする、前記多金属酸化物組成物。
119.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも60モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様118による多金属酸化物組成物。
120.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも70モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様118による多金属酸化物組成物。
121.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも80モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様118による多金属酸化物組成物。
122.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも90モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様118による多金属酸化物組成物。
123.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも95モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様118による多金属酸化物組成物。
124.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の100モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様118による多金属酸化物組成物。
125.前記化学量論的係数bが0.2〜4であることを特徴とする、実施態様118から124までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
126.前記化学量論的係数bが0.2〜3であることを特徴とする、実施態様118から124までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
127.前記化学量論的係数cが0.5〜18であることを特徴とする、実施態様118から126までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
128.前記化学量論的係数cが0.5〜10であることを特徴とする、実施態様118から127までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
129.前記化学量論的係数cが0.5〜3であることを特徴とする、実施態様118から128までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
130.前記化学量論的係数aが1〜5であることを特徴とする、実施態様118から129までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
131.前記化学量論的係数aが2〜4であることを特徴とする、実施態様118から130までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
132.前記化学量論的係数dが0〜20であることを特徴とする、実施態様118から131までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
133.前記化学量論的係数dが0〜10であることを特徴とする、実施態様118から132までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
134.前記化学量論的係数dが0〜2であることを特徴とする、実施態様118から133までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
135.前記化学量論的係数eが0〜2であることを特徴とする、実施態様118から134までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
136.前記化学量論的係数fが0〜2であることを特徴とする、実施態様118から135までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
137.X1=W、Nbおよび/またはCrであることを特徴とする、実施態様118から136までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
138.X1=WおよびNbであることを特徴とする、実施態様118から136までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
139.X1=Wであることを特徴とする、実施態様118から136までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
140.X2=Cu、Ni、Coおよび/またはFeであることを特徴とする、実施態様118から139までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
141.X2=Cuおよび/またはNiであることを特徴とする、実施態様118から139までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
142.X2=Cuであることを特徴とする、実施態様118から139までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
143.X3=Sbであることを特徴とする、実施態様118から142までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
144.X4=Na、Kおよび/またはHであることを特徴とする、実施態様118から143までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
145.X5=Ca、Srおよび/またはBaであることを特徴とする、実施態様118から144までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
146.X6=Si、Alおよび/またはTiであることを特徴とする、実施態様118から145までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
147.X6=Siおよび/またはAlであることを特徴とする、実施態様118から145までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
148.一般式Iの変数は、次の意味:
1=W、Nbおよび/またはCr、
2=Cu、Ni、Coおよび/またはFe、
3=Sb、
4=Na、Kおよび/またはH、
5=Ca、Srおよび/またはBa、
6=Si、Alおよび/またはTi、
a=1〜5、
b=0.2〜4、
c=0.5〜18、
d=0〜10、
e=0〜2、
f=0〜2、
g=0〜15、および
n=一般式I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数を有することを特徴とする、実施態様118から124までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
149.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも50モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様148による多金属酸化物組成物。
150.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも70モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様148による多金属酸化物組成物。
151.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも90モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様148による多金属酸化物組成物。
152.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれている元素X2の全モル量の100モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様148による多金属酸化物組成物。
153.前記触媒活性多金属酸化物組成物は、一般的な化学量論式II
Mo12a1 b2 c4 e5 f6 gn (II)
〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
1=Wおよび/またはNb、
2=Cuおよび/またはNi、
4=H、
5=Caおよび/またはSr、
6=Siおよび/またはAl、
a=2〜4、
b=0.2〜3、
c=0.5〜3、
e=0〜2、
f=0〜0.5、
g=0〜8、および
n=一般式II中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕を満たすことを特徴とする、実施態様118から124までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
154.前記多金属酸化物組成物中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも50モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様153による多金属酸化物組成物。
155.前記多金属酸化物組成物中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも70モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様153による多金属酸化物組成物。
156.前記多金属酸化物組成物中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも90モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様153による多金属酸化物組成物。
157.前記多金属酸化物組成物中に含まれている元素X2の全モル量の100モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様153による多金属酸化物組成物方法。
158.前記触媒活性多金属酸化物組成物は、一般的な化学量論式III
Mo12abCuc4 e5 f6 gn (III)
〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
4=1つ以上のアルカリ金属(Li、Na、K、Rbおよび/またはCs)および/またはH、
5=1つ以上のアルカリ土類金属(Mg、Ca、Srおよび/またはBa)、
6=Si、Al、TiおよびZrの群からの1つ以上の元素、
a=2〜4、
b=0.2〜3、
c=0.5〜2、
e=0〜4、
f=0〜4、但し、eとfとの総和は、4を上回らず、
g=0〜40、および
n=一般式III中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕を満たすことを特徴とする、実施態様118から124までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
159.前記化学量論的係数bが0.5〜2であることを特徴とする、実施態様158による多金属酸化物組成物。
160.前記化学量論的係数aが2.5〜3.5であることを特徴とする、実施態様158または159による多金属酸化物組成物。
161.前記化学量論的係数cが1〜1.5であることを特徴とする、実施態様158から160までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
162.前記熱水処理が100℃超〜600℃の温度で行なわれることを特徴とする、実施態様118から161までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
163.前記熱水処理が110℃以上〜400℃の範囲内の温度で行なわれることを特徴とする、実施態様118から162までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
164.前記熱水処理が130℃以上〜300℃の範囲内の温度で行なわれることを特徴とする、実施態様118から163までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
165.前記熱水処理が、50MPa以下の過圧の作業圧力で行なわれることを特徴とする、実施態様118から164までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
166.前記熱水処理が、200kPa以上および25MPa以下の作業圧力で、または500kPa以上および22MPa以下の作業圧力で行なわれることを特徴とする、実施態様118から165までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
167.前記熱水処理中に水蒸気と液体の水とが同時に存在することを特徴とする、実施態様118から166までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
168.前記の熱水処理された水性混合物が、懸濁液であることを特徴とする、実施態様118から167までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
169.前記の熱水処理された水性混合物が、溶液であることを特徴とする、実施態様118から167までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
170.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合が、少なくとも1質量%であることを特徴とする、実施態様118から169までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
171.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合が、90質量%以下であることを特徴とする、実施態様118から170までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
172.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合が、3〜60質量%であることを特徴とする、実施態様118から171までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
173.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合が、5〜30質量%であることを特徴とする、実施態様118から172までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
174.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合が、5〜15質量%であることを特徴とする、実施態様118から173までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
175.前記熱水処理に供される水性混合物が、25℃および103.1kPaの際に7未満のpH値を有することを特徴とする、実施態様118から174までのいずれか1つによる方法。
176.前記熱水処理に供される水性混合物が、25℃および103.1kPaの際に6以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様118から174までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
177.前記熱水処理に供される水性混合物が、25℃および103.1kPaの際に5以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様118から174までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
178.前記熱水処理に供される水性混合物が、25℃および103.1kPaの際に4以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様118から174までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
179.前記熱水処理に供される水性混合物が、25℃および103.1kPaの際に3以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様118から174までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
180.前記熱水処理に供される水性混合物が、25℃および103.1kPaの際に0以上のpH値を有することを特徴とする、実施態様118から179までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
181.前記熱水処理に供される水性混合物が、25℃および103.1kPaの際に1以上および3以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様118から180までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
182.前記熱水処理に供される水性混合物が、25℃および103.1kPaの際に1.5以上および2.5以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様118から181までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
183.前記熱水処理に供される水性混合物が、添加された硫酸を含むことを特徴とする、実施態様175から182までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
184.前記熱水処理に供される水性混合物が、熱水処理中に攪拌されることを特徴とする、実施態様118から183までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
185.前記元素状成分Moの少なくとも1つの源が、ヘプタモリブデン酸アンモニウムおよび/またはこの化合物の水和物であることを特徴とする、実施態様118から184までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
186.前記元素状成分Wの少なくとも1つの源が、パラタングステン酸アンモニウム、メタタングステン酸アンモニウムおよび/またはこれらの化合物の水和物であることを特徴とする、実施態様118から185までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
187.前記元素状成分バナジウムの少なくとも1つの源が、バナジウムを酸化状態+4で含むことを特徴とする、実施態様118から186までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
188.前記元素状成分バナジウムの少なくとも1つの源が、硫酸バナジルおよび/またはこの化合物の水和物であることを特徴とする、実施態様187による方法。
189.前記元素状成分Cuの少なくとも1つの源が、硫酸銅(II)、硝酸銅(II)、酢酸銅(II)および/またはこれらの化合物の水和物であることを特徴とする、実施態様118から188までのいずれか1つによる方法。
190.前記熱水処理が、0.5時間〜100時間継続されることを特徴とする、実施態様118から189までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
191.前記熱水処理が、5時間〜80時間継続されることを特徴とする、実施態様118から190までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
192.前記熱水処理が、分子状酸素の不在下または存在下で行なわれることを特徴とする、実施態様118から191までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
193.熱水処理の際に新たに形成される固体を前駆体物質として分離することが、前記固体を少なくとも1回機械的に分離すること、およびこの機械的に分離された固体を、有機酸、無機酸、およびこれらの酸の水溶液からなる群からの少なくとも1つの洗浄液で、少なくとも1回洗浄することを含むことを特徴とする、実施態様118から192までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
194.前記洗浄液が、シュウ酸の水溶液であることを特徴とする、実施態様193による多金属酸化物組成物。
195.前記前駆体物質の熱処理の際の温度が、300〜700℃であることを特徴とする、実施態様118から194までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
196.前記前駆体物質の熱処理の際の温度が、350〜650℃であることを特徴とする、実施態様118から195までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
197.前記前駆体物質の熱処理の際の温度が、400〜600℃であることを特徴とする、実施態様118から196までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
198.前記前駆体物質の熱処理が、分子状酸素を含むガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様118から197までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
199.前記前駆体物質の熱処理は、真空下で行なわれるか、または分子状酸素を含まないガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様118から197までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
200.前記前駆体物質の熱処理が、還元性のガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様118から197までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
201.前記前駆体物質の熱処理が、分子状窒素および/または希ガスを含むガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様198から200までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
202.前記前駆体物質の熱処理が、分子状酸素および還元作用成分の含量がそのつど3容積%以下であるガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様118から197までのいずれか1つによる方法。
203.前記多金属酸化物組成物の比表面積が、15m2/g以上であることを特徴とする、実施態様118から202までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
204.前記多金属酸化物組成物の比表面積が、20m2/g以上であることを特徴とする、実施態様118から202までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
205.前記多金属酸化物組成物の比表面積が、25m2/g以上であることを特徴とする、実施態様118から202までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
206.前記多金属酸化物組成物の比表面積が、30m2/g以上であることを特徴とする、実施態様118から202までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
207.前記多金属酸化物組成物の比表面積が、150m2/g以下であることを特徴とする、実施態様118から206までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
208.前記多金属酸化物組成物の比表面積が、60m2/g以下であることを特徴とする、実施態様118から207までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
209.前記多金属酸化物組成物の比表面積が、40m2/g以下であることを特徴とする、実施態様118から208までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
210.前記多金属酸化物組成物が、部分結晶構造を示すことを特徴とする、実施態様118から209までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
211.前記熱水処理中の過圧容器内には、水蒸気含量が少なくとも30容積%である気相が存在することを特徴とする、実施態様118から210までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
212.前記熱水処理中の過圧容器内には、水蒸気含量が少なくとも50容積%である気相が存在することを特徴とする、実施態様118から210までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
213.前記熱水処理中の過圧容器内には、水蒸気含量が少なくとも90容積%である気相が存在することを特徴とする、実施態様118から210までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
214.前記熱水処理中の過圧容器内には、水蒸気含量が少なくとも95容積%である気相が存在することを特徴とする、実施態様118から210までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
215.(メタ)アクロレインを不均一系触媒作用により気相部分酸化して(メタ)アクリル酸とすることを実施するための触媒活性物質としての、実施態様118から214までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物の使用。
216.キャリヤー体および当該キャリヤー体の表面上に施された触媒活性物質ならびに任意に、当該活性物質を前記キャリヤー体の表面上に施すための結合剤からなるシェル型触媒であって、前記触媒活性物質が実施態様118から214までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物であることを特徴とする、前記シェル型触媒。
217.前記シェル型触媒における多金属酸化物組成物が、球状キャリヤー体またはリング状キャリヤー体上に施されていることを特徴とする、実施態様216によるシェル型触媒。
218.前記多金属酸化物組成物が、水20〜90質量%およびグリセリン10〜80質量%からなる溶液を結合剤として用いて前記キャリヤー体上に施されていることを特徴とする、実施態様216または217によるシェル型触媒。
219.前記キャリヤー体の最長寸法が、1〜10mmであることを特徴とする、実施態様216から218までのいずれか1つによるシェル型触媒。
220.前記キャリヤー体は、長さが4〜10mmであり、外径が2〜10mmであり、かつ肉厚が1〜4mmであるリングであることを特徴とする、実施態様216または219によるシェル型触媒。
221.前記キャリヤー体は、長さが3〜6mmであり、外径が4〜8mmであり、かつ肉厚が1〜2mmであるリングであることを特徴とする、実施態様216または219によるシェル型触媒。
222.前記シェル型触媒における多金属酸化物組成物が、10〜1000μmの厚さの活性物質シェルを形成することを特徴とする、実施態様216から221までのいずれか1つによるシェル型触媒。
223.前記シェル型触媒における多金属酸化物組成物が、50〜700μmの厚さの活性物質シェルを形成することを特徴とする、実施態様216から222までのいずれか1つによるシェル型触媒。
224.前記シェル型触媒における多金属酸化物組成物が、100〜600μmの厚さの活性物質シェルを形成することを特徴とする、実施態様216から223までのいずれか1つによるシェル型触媒。
225.前記シェル型触媒における多金属酸化物組成物が、100〜500μmの厚さの活性物質シェルを形成することを特徴とする、実施態様216から224までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物。
226.前記シェル型触媒における活性の多金属酸化物組成物が、150〜300μmの厚さの活性物質シェルを形成することを特徴とする、実施態様216から225までのいずれか1つによるシェル型触媒。
227.(メタ)アクロレインを不均一系触媒作用により気相部分酸化して(メタ)アクリル酸とすることを実施するための触媒活性物質としての、実施態様216から226までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物の使用。
228.一般式I
Mo12a1 b2 c3 d4 e5 f6 gn (I)
〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
1=W、Nb、Ta、Crおよび/またはCe、
2=Cu、Ni、Co、Fe、Mnおよび/またはZn、
3=Sb、Teおよび/またはBi、
4=1つ以上のアルカリ金属(Li、Na、K、Rbおよび/またはCs)および/またはH、
5=1つ以上のアルカリ土類金属(Mg、Ca、Srおよび/またはBa)、
6=Si、Al、Tiおよび/またはZr、
a=1〜6、
b=0.2〜8、
c=0〜18、
d=0〜40、
e=0〜4、
f=0〜4、
g=0〜40、および
n=I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕の多金属酸化物組成物の製造法であって、
− 前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも50モル%が元素Wに割り当てられ、および
− 前記多金属酸化物組成物(I)が、多金属酸化物組成物(I)の元素状成分の源からの混合物を水の存在下に過圧容器内で(水性混合物として)熱水処理に供し、その際に新たに形成される固体を前駆体物質として分離し、およびこの前駆体物質を熱処理によって触媒活性多金属酸化物組成物(I)に変換することによって製造されることを特徴とする、前記方法。
228.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも60モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様227による方法。
229.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも70モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様227よる方法。
230.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも80モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様227による方法。
231.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも90モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様227による方法。
232.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも95モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様227による方法。
233.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の100モル%が元素Wに割り当てられることを特徴とする、実施態様227による方法。
234.前記化学量論的係数bは、0.2〜4であることを特徴とする、実施態様227から233までのいずれか1つによる方法。
235.前記化学量論的係数bは、0.2〜3であることを特徴とする、実施態様227から233までのいずれか1つによる方法。
236.前記化学量論的係数cは、0.5〜18であることを特徴とする、実施態様227から235までのいずれか1つによる方法。
237.前記化学量論的係数cは、0.5〜10であることを特徴とする、実施態様227から235までのいずれか1つによる方法。
238.前記化学量論的係数cは、0.5〜3であることを特徴とする、実施態様227から235までのいずれか1つによる方法。
239.前記化学量論的係数aは、1〜5であることを特徴とする、実施態様227から238までのいずれか1つによる方法。
240.前記化学量論的係数aは、2〜4であることを特徴とする、実施態様227から239までのいずれか1つによる方法。
241.前記化学量論的係数dは、0〜20であることを特徴とする、実施態様227から240までのいずれか1つによる方法。
242.前記化学量論的係数dは、0〜10であることを特徴とする、実施態様227から240までのいずれか1つによる方法。
243.前記化学量論的係数dは、0〜2であることを特徴とする、実施態様227から240までのいずれか1つによる方法。
244.前記化学量論的係数eは、0〜2であることを特徴とする、実施態様227から240までのいずれか1つによる方法。
245.前記化学量論的係数fは、0〜2であることを特徴とする、実施態様227から244までのいずれか1つによる方法。
246.X1=W、Nbおよび/またはCrであることを特徴とする、実施態様227から245までのいずれか1つによる方法。
247.X1=WおよびNbであることを特徴とする、実施態様227から245までのいずれか1つによる方法。
248.X1=Wであることを特徴とする、実施態様227から245までのいずれか1つによる方法。
249.X2=Cu、Ni、Coおよび/またはFeであることを特徴とする、実施態様227から248までのいずれか1つによる方法。
250.X2=Cuおよび/またはNiであることを特徴とする、実施態様227から248までのいずれか1つによる方法。
251.X2=Cuであることを特徴とする、実施態様227から248までのいずれか1つによる方法。
252.X3=Sbであることを特徴とする、実施態様227から251までのいずれか1つによる方法。
253.X4=Na、Kおよび/またはHであることを特徴とする、実施態様227から252までのいずれか1つによる方法。
254.X5=Ca、Srおよび/またはBaであることを特徴とする、実施態様227から253までのいずれか1つによる方法。
255.X6=Si、Alおよび/またはTiであることを特徴とする、実施態様227から254までのいずれか1つによる方法。
256.X6=Siおよび/またはAlであることを特徴とする、実施態様227から254までのいずれか1つによる方法。
257.前記一般式Iの変数は、次の意味:
1=W、Nbおよび/またはCr、
2=Cu、Ni、Coおよび/またはFe、
3=Sb、
4=Na、Kおよび/またはH、
5=Ca、Srおよび/またはBa、
6=Si、Alおよび/またはTi、
a=1〜5、
b=0.2〜4、
c=0.5〜18、
d=0〜10、
e=0〜2、
f=0〜2、
g=0〜15、および
n=一般式I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数を有することを特徴とする、実施態様227から233までのいずれか1つによる方法。
258.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも50モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様257による方法。
259.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも70モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様257による方法。
260.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも90モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様257による方法。
261.前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれている元素X2の全モル量の100モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様257による方法。
262.前記触媒活性多金属酸化物組成物は、一般的な化学量論式II
Mo12a1 b2 c4 e5 f6 gn (II)
〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
1=Wおよび/またはNb、
2=Cuおよび/またはNi、
4=H、
5=Caおよび/またはSr、
6=Siおよび/またはAl、
a=2〜4、
b=0.2〜3、
c=0.5〜3、
e=0〜2、
f=0〜0.5、
g=0〜8、および
n=一般式II中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕を満たすことを特徴とする、実施態様227から233までのいずれか1つによる方法。
263.前記多金属酸化物組成物中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも50モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様262による方法。
264.前記多金属酸化物組成物中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも70モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様262による方法。
265.前記多金属酸化物組成物中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも90モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様262による方法。
266.前記多金属酸化物組成物中に含まれている元素X2の全モル量の100モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、実施態様262による方法。
267.前記触媒活性多金属酸化物組成物は、一般的な化学量論式III
Mo12abCuc4 e5 f6 gn (III)
〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
4=1つ以上のアルカリ金属(Li、Na、K、Rbおよび/またはCs)および/またはH、
5=1つ以上のアルカリ土類金属(Mg、Ca、Srおよび/またはBa)、
6=Si、Al、TiおよびZrの群からの1つ以上の元素、
a=2〜4、
b=0.2〜3、
c=0.5〜2、
e=0〜4、
f=0〜4、但し、eとfとの総和は、4を上回らず、
g=0〜40、および
n=一般式III中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕を満たすことを特徴とする、実施態様227から233までのいずれか1つによる方法。
268.前記化学量論的係数bは、0.5〜2であることを特徴とする、実施態様267による方法。
269.前記化学量論的係数aは、2.5〜3.5であることを特徴とする、実施態様267または268による方法。
270.前記化学量論的係数cは、1〜1.5であることを特徴とする、実施態様267から269までのいずれか1つによる方法。
271.前記熱水処理は、100℃超〜600℃の温度で行なわれることを特徴とする、実施態様227から270までのいずれか1つによる方法。
272.前記熱水処理は、110℃以上〜400℃の範囲内の温度で行なわれることを特徴とする、実施態様227から271までのいずれか1つによる方法。
273.前記熱水処理は、130℃以上〜300℃の範囲内の温度で行なわれることを特徴とする、実施態様227から272までのいずれか1つによる方法。
274.前記熱水処理は、50MPa以下の過圧の作業圧力で行なわれることを特徴とする、実施態様227から273までのいずれか1つによる方法。
275.前記熱水処理は、200kPa以上および25MPa以下の作業圧力で行なわれるか、または500kPa以上および22MPa以下の作業圧力で行なわれることを特徴とする、実施態様227から274までのいずれか1つによる方法。
276.前記熱水処理中に水蒸気と液体の水とが同時に存在することを特徴とする、実施態様227から275までのいずれか1つによる方法。
277.前記の熱水処理された水性混合物は、懸濁液であることを特徴とする、実施態様227から276までのいずれか1つによる方法。
278.前記の熱水処理された水性混合物は、溶液であることを特徴とする、実施態様227から276までのいずれか1つによる方法。
279.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合は、少なくとも1質量%であることを特徴とする、実施態様227から278までのいずれか1つによる方法。
280.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合は、90質量%以下であることを特徴とする、実施態様227から279までのいずれか1つによる方法。
281.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合は、3〜60質量%であることを特徴とする、実施態様227から280までのいずれか1つによる方法。
282.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合は、5〜30質量%であることを特徴とする、実施態様227から280までのいずれか1つによる方法。
283.前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合は、5〜15質量%であることを特徴とする、実施態様227から282までのいずれか1つによる方法。
284.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に7未満のpH値を有することを特徴とする、実施態様227から283までのいずれか1つによる方法。
285.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に6以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様227から283までのいずれか1つによる方法。
286.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に5以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様227から283までのいずれか1つによる方法。
287.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に4以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様227から283までのいずれか1つによる方法。
288.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に3以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様227から283までのいずれか1つによる方法。
289.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に0以上のpH値を有することを特徴とする、実施態様227から288までのいずれか1つによる方法。
290.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に1以上および3以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様227から289までのいずれか1つによる方法。
291.前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に1.5以上および2.5以下のpH値を有することを特徴とする、実施態様227から290までのいずれか1つによる方法。
292.前記熱水処理に供される水性混合物は、添加された硫酸を含むことを特徴とする、実施態様227から291までのいずれか1つによる方法。
293.前記熱水処理に供される水性混合物は、熱水処理中に攪拌されることを特徴とする、実施態様227から292までのいずれか1つによる方法。
294.前記元素状成分Moの少なくとも1つの源は、ヘプタモリブデン酸アンモニウムおよび/またはこの化合物の水和物であることを特徴とする、実施態様227から293までのいずれか1つによる方法。
295.前記元素状成分Wの少なくとも1つの源は、パラタングステン酸アンモニウム、メタタングステン酸アンモニウムおよび/またはこれらの化合物の水和物であることを特徴とする、実施態様227から294までのいずれか1つによる方法。
296.前記元素状成分バナジウムの少なくとも1つの源は、バナジウムを酸化状態+4で含むことを特徴とする、実施態様227から295までのいずれか1つによる方法。
297.前記元素状成分バナジウムの少なくとも1つの源は、硫酸バナジルおよび/またはこの化合物の水和物であることを特徴とする、実施態様296による方法。
298.前記元素状成分Cuの少なくとも1つの源は、硫酸銅(II)、硝酸銅(II)、酢酸銅(II)および/またはこれらの化合物の水和物であることを特徴とする、実施態様227から297までのいずれか1つによる方法。
299.前記熱水処理は、0.5時間〜100時間継続させることを特徴とする、実施態様227から298までのいずれか1つによる方法。
300.前記熱水処理は、5時間〜80時間継続させることを特徴とする、実施態様227から299までのいずれか1つによる方法。
301.前記熱水処理は、分子状酸素の不在下または存在下で行なわれることを特徴とする、実施態様227から300までのいずれか1つによる方法。
302.熱水処理の際に新たに形成される固体を前駆体物質として分離することは、前記固体を少なくとも1回機械的に分離すること、およびこの機械的に分離された固体を、有機酸、無機酸、およびこれらの酸の水溶液からなる群からの少なくとも1つの洗浄液で、少なくとも1回洗浄することを含むことを特徴とする、実施態様227から301までのいずれか1つによる方法。
303.前記洗浄液は、シュウ酸の水溶液であることを特徴とする、実施態様302による方法。
304.前記前駆体物質の熱処理の際の温度は、300〜700℃であることを特徴とする、実施態様227から303までのいずれか1つによる方法。
305.前記前駆体物質の熱処理の際の温度は、350〜650℃であることを特徴とする、実施態様227から304までのいずれか1つによる方法。
306.前記前駆体物質の熱処理の際の温度は、400〜600℃であることを特徴とする、実施態様227から305までのいずれか1つによる方法。
307.前記前駆体物質の熱処理は、分子状酸素を含むガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様227から306までのいずれか1つによる方法。
308.前記前駆体物質の熱処理は、真空下で行なわれるか、または分子状酸素を含まないガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様227から306までのいずれか1つによる方法。
309.前記前駆体物質の熱処理は、還元性のガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様227から306までのいずれか1つによる方法。
310.前記前駆体物質の熱処理は、分子状窒素および/または希ガスを含むガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様307から309までのいずれか1つによる方法。
311.前記前駆体物質の熱処理は、分子状酸素および還元作用成分の含量がそのつど3容積%以下であるガス雰囲気下で行なわれることを特徴とする、実施態様227から306までのいずれか1つによる方法。
312.前記熱水処理中の過圧容器内には、水蒸気含量が少なくとも30容積%である気相が存在することを特徴とする、実施態様227から311までのいずれか1つによる方法。
313.前記熱水処理中の過圧容器内には、水蒸気含量が少なくとも50容積%である気相が存在することを特徴とする、実施態様227から311までのいずれか1つによる方法。
314.前記熱水処理中の過圧容器内には、水蒸気含量が少なくとも90容積%である気相が存在することを特徴とする、実施態様227から311までのいずれか1つによる方法。
315.前記熱水処理中の過圧容器内には、水蒸気含量が少なくとも95容積%である気相が存在することを特徴とする、実施態様227から311までのいずれか1つによる方法。
316.微粒状多金属酸化物をキャリヤー体の表面上に液状結合剤を用いて施すことにより、シェル型触媒を製造する方法であって、この微粒状多金属酸化物が実施態様118から214までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物であることを特徴とする、前記方法。
317.前記キャリヤー体は、球状またはリング状であることを特徴とする、実施態様316による方法。
318.前記液状結合剤は、水20〜90質量%とグリセリン10〜80質量%とからなる溶液であることを特徴とする、実施態様316または317による方法。
319.前記キャリヤー体の最長寸法は、1〜10mmであることを特徴とする、実施態様316から318までのいずれか1つによる方法。
320.前記キャリヤー体は、長さが4〜10mmであり、外径が2〜10mmであり、かつ肉厚が1〜4mmであるリングであることを特徴とする、実施態様316から319までのいずれか1つによる方法。
321.前記キャリヤー体は、長さが3〜6mmであり、外径が4〜8mmであり、かつ肉厚が1〜2mmであるリングであることを特徴とする、実施態様316から319までのいずれか1つによる方法。
322.前記多金属酸化物組成物を厚さ10〜1000μmの活性材料シェルとして、キャリヤー体の表面上に施すことを特徴とする、実施態様316から321までのいずれか1つによる方法。
323.前記多金属酸化物組成物を厚さ50〜700μmの活性材料シェルとして、キャリヤー体の表面上に施すことを特徴とする、実施態様316から322までのいずれか1つによる方法。
324.前記多金属酸化物組成物を厚さ100〜600μmの活性材料シェルとして、キャリヤー体の表面上に施すことを特徴とする、実施態様316から323までのいずれか1つによる方法。
325.前記多金属酸化物組成物を厚さ100〜500μmの活性材料シェルとして、キャリヤー体の表面上に施すことを特徴とする、実施態様316から324までのいずれか1つによる方法。
326.前記多金属酸化物組成物を厚さ150〜300μmの活性材料シェルとして、キャリヤー体の表面上に施すことを特徴とする、実施態様316から325までのいずれか1つによる方法。
327.(メタ)アクロレインを触媒活性多金属酸化物組成物上で(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法であって、この多金属酸化物組成物が実施態様118から214までのいずれか1つによる多金属酸化物組成物であることを特徴とする、前記方法。
328.(メタ)アクロレインをシェル型触媒上で(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法であって、このシェル型触媒が実施態様316から326までのいずれか1つによるシェル型触媒であることを特徴とする、前記方法。
2012年5月10日に出願された、仮の米国特許出願第61/645082号は、参照のために本願に援用される。
上記教示に関連して、本発明の数多くの変更とずれが考えられうる。したがって、特許請求の範囲内の本発明をその範囲内で特に説明されたこととは別に実施しうることから出発することができる。
環状ではない横断面を有する内側管を示す略図。 第1のYP部分酸化サイクルならびに第3のTP部分酸化サイクルのそれぞれの触媒層温度に依存して、そのつど生じる、アクリル酸の収率AAAの経過を示す線図。 絶対強度の様々な目盛りを有する、前記多金属酸化物のX線回折図。 絶対強度の様々な目盛りを有する、前記多金属酸化物のX線回折図。 前記比較多金属酸化物のX線回折図。 化学量論式が測定精度内のMo1232.25xであり、かつ比表面積Oが138m2/gである、得られた混合酸化物粉末5に所属するX線回折図。 第3のTP部分酸化サイクルにおいて、2.d)からの長時間運転ならびに3.d)からの長時間運転および5.からの長時間運転のそれぞれの触媒層温度に依存して、そのつど生じる、アクリル酸の収率AAAの経過を示す線図。
実施例および比較例
1.化学量論式Mo124xの比較混合酸化物の熱水処理による製造、およびアクロレインをアクリル酸とする、不均一系触媒作用による部分酸化の長時間運転における前記比較混合酸化物の性能試験
a)熱水処理すべき水性混合物の製造
最初に、ヘプタモリブデン酸アンモニウム四水和物[(NH46Mo724・4H2O]8.83g(=Mo50mmol)を25℃で水120ml中に溶解した。生じる黄色の溶液を引き続きさらになお25℃で30分間攪拌した後、この溶液は、第1の水溶液を形成した。硫酸バナジル水和物3.28g(=12.5mmol V)を水120ml中に25℃で溶解することによって、第2の溶液を製造した。第1の水溶液を絶えず攪拌しながら、25℃の維持下に、第2の溶液を15分間内で連続的に第1の水溶液中に滴加した。生じる混合溶液の色は、暗色のバイオレットであった。
この混合溶液を25℃でさらに30分間、後攪拌した。引続き、前記混合溶液のpH値を、希釈された25℃を有する硫酸水溶液(その濃度は、約1モルであった)の添加によって、2.2の値に調節した。前記した全ての作業工程を空気中で実施した。
最終的に、生じる酸性混合溶液中に溶解されて含まれる分子状酸素を、25℃の温かい窒素流(N2 99.9モル%以上、約1500ml/時)を10分間吹き込むことによって排除した。こうして製造された最終溶液を引き続き次の記載と同様に熱水処理した。
b)1.a)において製造された最終水溶液の熱水処理
オートクレーブ中の反応空間の内筒は、テフロン製でありかつ取り外し可能な蓋を備えた中空円柱の幾何学的形状を有し、この中空円柱は、Viton(登録商標)のOリングで密閉されていた。このテフロン製中空円柱の外被の肉厚は、7.5mmであり、当該中空円柱の内径は、60mmであり、底面は、5.0mmの厚さであり、および前記反応空間の容積は、325mlであった。前記テフロン製中空円柱は、気密にネジ止め可能な蓋を備えた、耐圧性の外被によって取り囲まれていた。製造された前記テフロン製中空円柱の材料は、DIN タイプ1.4301の特殊鋼であった。テフロンで外装された熱電素子は、2つの蓋を通して、反応空間内に案内され(D−63477 Maintal在のTMH GmbH社のタイプK)、この発熱体を用いて、反応空間内の温度が検出された。この反応内部空間は、テフロンで外装された磁気棒を装備しており、この磁気棒は、前記反応空間を攪拌するために、通常の実験室用磁気攪拌プレートを用いて回転運動を設定することができた。加熱を、4つの電気的加熱カートリッジ(230V、400W、D−78567 Fridingen在のHeinz Stegmaier GmbH社)によって、特殊鋼製の耐圧性外被を取り囲む、アルミニウム製の2個の半殻形のスリーブ中で行なった。温度プログラムを制御するために、プログラミング可能なプロセス調整器(CAL Control Inc.社、Libertyville在、IL、60048−3764、米国のタイプCAL 9500P)を使用した。これに関する温度制御のために、さらなる熱電素子が加熱外被中に堅固に取り付けられていた。この加熱外被中のさらなる熱電素子は、過剰の温度からの保障措置に使用された。
1.a)において製造された水性最終溶液の全体量を、25℃の温度で前記オートクレーブの通気された反応空間内に導入した。引続き、前記オートクレーブを、反応空間を含めて気密に密閉した。その後に、前記オートクレーブの反応空間内で攪拌された溶液を、5℃/分の加熱速度で175℃の温度へ加熱し、引き続きさらなる24時間中に、攪拌しながらこの温度(175℃)で維持した。次に、前記加熱を終結させ、前記反応空間の内容物をさらなる撹拌下に7時間以内に、本質的に線形で25℃へ冷却した。最大の運転圧力は、約1MPaであった。
前記反応空間内には、水性懸濁液が存在した。懸濁された固体をろ過によって分離した。その際に生じるフィルターケークを、80℃の温度を有するシュウ酸水溶液120ml(シュウ酸濃度=0.4mol/l溶液(25℃および101.3kPaに対して))中に懸濁させ、かつ80℃の維持下に1時間にわたり攪拌した。次に、固体を元通りにろ別し、温度が25℃である水200mlで洗浄した。引き続き、この固体を80℃の温度で10時間、空気循環乾燥キャビネット中で乾燥して熱水処理すべき前駆体物質とした。
c)1.b)において製造された前駆体物質の熱水処理(か焼)
熱処理のための装置は、当該装置自体の縦軸を中心に回転可能な石英ガラス製内側管およびこの内側管を取り囲む外被管を含む。
この外被管の長さは、52cmであった。36cmの長さに対して、前記外被管の内径は、4.8cmであり、および15cmの長さに対して、前記外被管の内径は、6.5cmであった。1cmの長さを超えて、4.8cmの内径から6.5cmの内径へ移行された。前記外被管がより大きな横断面を有する、外被管の端部(端部E1)で、この外被管は、石英ガラスからなる底面で密閉されていた。この端部に対向する、外被管がより小さい横断面を有する端部(端部E2)で、この外被管は、開いていた。
前記内側管は、49cmの長さを有していた。37cmの長さに対して、内側管の内径は、1.5cmであった。これに引き続く10cmの長さに対して、内側管を取り囲む内径は、3.4cmであり(この縦区間に対して、内側管の横断面が環状ではなく、本明細書の図1の図示と同様であり、この横断面の形状は、静的攪拌機の作用を引き起こす)、およびそれに引き続く2cmの最終長さに対して、内側管の内径は、1cmであった。
この内側管は、2つの側(端部)で開いていた。ガラスの厚さは、2本の石英ガラス管の場合に1.5mmであった。
前記外被管の端部E2で、より小さい横断面を有する開口を備えた内側管は、2本の管の縦軸が一致し、かつ内側管のより小さい横断面を有する開口から外被管のガラス底面に到るまでの距離が2cmのままである程度に先行して案内されていた。
1.b)からの乾燥された前駆体物質を熱処理前に乳鉢中ですり潰し、かつ引き続き、その全体量を図1による横断面を有する前記内側管の前記区間内に導入し、かつこの区間内で両側から石英ウールで固定した。
2本のガラス管は、スクリューモーター(ドイツ国71101 Schoenach在のFaulhaber社)を備えた外被管の開いた側にガラス金属結合により固定されており、このスクリューモーターは、それ自体の軸を中心に一定の回転速度で回転することができた。微粒状前駆体物質中には、Eurothermregler(登録商標)により、か焼物質(前駆体物質)中の温度を制御するCr/Ni熱電素子が突出していた。
前記外被管(および当該外被管と内側管)は、前方に膨らんだ部分を有する、35cmの長さで、Heraeus社の加熱可能なマッフル炉中に突出していた。
前記スクリューモーターの側から内側管中には窒素流を導入することができ(N2 99.95容積%超)、この窒素流は、内側管の対向する端部で当該内側管から再び流出され、その際にこの流れの強さは、可変面積流量計により制御することができた。か焼工程(熱処理)中、前駆体物質から任意に放出されたガスおよび内側管から流出する窒素流は、前記外被管を介して導出することができた。
100ml/分の窒素容積流(これは、25℃の温度で供給された)および3回転/分のスクリューモーターの回転数の場合、微粒状前駆体物質は、(先に30分間窒素流で洗浄した後で)5℃/分の加熱速度で500℃へ加熱された。引続き、この温度(500℃)を、窒素流を維持しながらさらに120分間維持した。最終的に、か焼物質を10時間以内に本質的に線形で25℃へ冷却した。
生じる比較混合酸化物の粒径は、3〜25μmの範囲内であった(最長寸法)。比表面積Oは、66m2/gであった。比較混合酸化物の化学量論式は、Mo124xであった(そのつどの混合酸化物の化学量論の分析は、本明細書のために、誘導結合したプラズマ(ICP−OES)を用いてPerkin Elmer社、ドイツ国63110 Rodgau在のタイプICP Optima 3000の測定機器を用いて、発光分光分析によって行なわれ、この目的のために、そのつど、試験すべき酸化物物質20mgを2モルの苛性ソーダ水溶液20ml(Merck社、Darmstadt在の超純粋な純度等級のNaOH)で溶解し、そのつど生じる澄明な溶液を、ICP−OES測定のために、引き続きなお水で1(溶液):100(水)の質量比で希釈した)。
d)アクロレインをアクリル酸とする、比較混合酸化物の不均一系触媒作用による部分酸化の長時間運転における1.c)からの微粒状比較混合酸化物の触媒性能試験
不均一系触媒作用による部分酸化の長時間運転における触媒性能の評価のために、当該長時間運転の代わりに、相応する性能挙動をより少ない時間的消費で望まれる、いわゆる温度プログラム化された部分酸化試験(TPPE)において採用しうることは、一般に公知である。
当該試験の場合、反応器中に存在する触媒試料は、反応ガス混合物の一定の流れ(反応ガス混合物の一定の流れ強さ、一定の組成)にさらされ、かつ同時に前記触媒試料(微粒状の活性物質試料)の温度は、時間と共に意図的に変動される。前記触媒試料の温度に依存して反応器を離れる生成物および反応体が観察される。前記生成物ガス混合物中の前記の生成物および反応体の容積割合から、前記触媒試料のそのつどの温度に依存して、特性値、例えば反応体の変換率、目的生成物形成の選択率および目的生成物の収率(そのつど、触媒層を通過する反応ガス混合物の1回の通過量に対して)が取得されることができ、触媒性能に関する記述も可能である。すでに顕著な全ての酸化を引き起こす、高められた温度範囲になるまで、前記温度プログラムを繰返し実施することによって、前記触媒(活性物質)は、制限された時間以内に意図的に、高められた熱応力にさらされ、それによって、前記触媒の性能の発揮は、温度プログラムの数回の走行により、標準部分酸化運転における前記触媒の長時間挙動の評価を可能にする(WO 2005/047226 A1、「アクロレインをアクリル酸へ不均一系触媒作用により気相部分酸化する長時間の運転法」も参照のこと)。
本明細書のTPPEの場合、反応器として、中空円柱形の石英ガラスが使用され、これは、U字管に湾曲されかつ空気循環炉中に導入された。この炉は、電気的に加熱可能であり、かつアルミニウムケーシングから構成され、このアルミニウムケーシング内には、電熱線が巻かれており、上向きおよび下向きに開いた、円筒形のセラミックスリーブが存在し、このセラミックスリーブの内部空間内には、U字管が置かれていた。可変の加熱速度ならびにある期間にわたって一定の時間が実現されうる。前記炉内での温度勾配の形成を避けるために、前記炉の底面(セラミックスリーブの下方)に電気的に運転されるプロペラが取り付けられており、このプロペラは、炉内で一定の空気循環を生じさせた。
前記反応器を冷却する目的のために、前記炉空間内に直接冷却ガスを供給することができた。さらに、前記炉のアルミニウム外被中には、冷却蛇管が取り付けられており、この冷却蛇管によって冷却水を導くことができた(空気循環炉/反応器構造の詳細な説明は、S.Endres,Dissertation,TU Darmstadt,2009およびJ.Kunert,Dissertation,TU Darmstadt 2003中に見出せる)。石英ガラス製反応管の内径は、0.4cmであった。前記液ガラスの肉厚は、1mmであった。このU字管の2つ脚部は、それぞれ14cmの長さを有しかつ上向きに向いていた。2つの前記脚部の間隔は、3.3cmであった。
TPPEを実施するために、そのつど、試験すべき微粒状活性物質50mgを、U字形管状反応器の左側の脚部管の内側空間内で、2つのガラスウール製プラグの間に固定した。前記反応器中に存在する触媒層の温度を調整するために、この触媒層の中央部に、熱電素子(タイプK、TMH GmbH社、ドイツ国63477 Maintal在)は、位置していた。
そのつど、供給すべきガス(混合物)を、温度プログラミングされた部分酸化試験(TPPE)の範囲内で、U字形管状反応器の右側の脚部のネックの開口部に供給した。供給温度は、明らかに別記しない限り、全体にわたって170℃であった。そのつど供給すべきガス(混合物)の容積流の強さは、全ての試験の場合に試験の全体時間にわたって20ml/分で一定であった。前記反応器中に存在する触媒試料の温度は、100℃〜480℃の範囲内で変動された。
温度プログラミングされた部分酸化試験に供するべき微粒状混合酸化物をそのつど、同等な出発状態に変えるために(WO 2005/047226 A1参照)、前記微粒状混合酸化物を前記反応器中に存在させながら、最初にそのつど酸化再生による前処理に供した(以下、前酸化と呼称する)。
この目的のために、He90容積%および分子状酸素10容積%からなる再生ガス混合物(20ml/分)を供給した(供給温度は、同様に170℃であった)。その際に、微粒状混合酸化物試料の温度を20℃/分の速度で25℃から400℃へ高めた。この温度を引き続き60分間、再生ガス混合物と同様に維持した。次に、Heだけからなる(供給温度=100℃)ガス流(20ml/分)の下で30分間内で、本質的に線形で100℃の混合酸化物試料の温度へ冷却した。
その後に、100℃の温度を維持しながら、10分間の流入段階中に実際の反応ガス混合物流(20ml/分)で洗浄し、その際にこの反応ガス混合物流の供給温度は、同様に100℃であった。比較混合酸化物Mo124xの場合、すなわち本明細書中の比較例1.d)の場合に、この比較混合酸化物は、次の組成を有していた:
アクロレイン5容積%、
分子状酸素10容積%、および
ヘリウム85容積%。
この流入段階には、さらに、実際のTPPEが続いた。
そのために、前記反応ガス混合物流(20ml/分、いまや、供給温度=170℃)を維持しながら、前記混合酸化物試料の温度を10℃/分の加熱速度で100℃から480℃へ加熱した。次に、純粋なHeガス流(不活性ガス流)の下で15分以内に、本質的に線形で400℃へ冷却した(供給温度=170℃)。この温度を30分間維持し、かつこの時間中に、He90容積%と分子状酸素10容積%とからなる再生ガス流(供給温度=170℃)で再生した。次に、Heだけからなるガス流(供給温度=100℃)の下で30分間内で、本質的に線形で100℃の混合酸化物試料の温度へ冷却した。この工程で、前記前酸化に引き続いて実施された、第1のTP部分酸化サイクル(流入段階を含めて)は、終結された。
2つのさらなる、同様に実施されるTP部分酸化サイクル(そのつどの流入段階を含めて)が引き続く。
前記生成物ガス混合物は、オンラインで、当該生成物ガス混合物が供給される質量分析計を用いて分析された。
この質量分析計は、ドイツ国28201 Bremen在のInProcess Instruments社のタイプGAM 400の四重極質量分析計であった。前記質量分析計は、200℃まで加熱可能な吸入システム(石英ガラス製毛管)および70eVのイオン化エネルギーを用いる電子衝撃イオン化のためのクロスビームソースおよびSEV型検出器をもっていた。
前記触媒層中に存在する熱電素子により測定される温度信号と前記生成物ガス混合物の容積割合とを同期して検出した。「生成物ガス混合物」および「触媒層の温度」を分類する場合、触媒層と質量分光計との間の導電路、ならびに質量分光計において、生成物ガス混合物のために時間的遅延が誘発されることを考慮に入れた(この試験構成に関する詳細な記載は、S.Endres,Dissertation,TU Darmstadt,2009中に見出せる)。
前記の第1の2つのTP部分酸化サイクルにおいて、前記比較混合酸化物Mo124xの場合には、アクリル酸の最大収率AAAが330℃の触媒層温度の際に達成された。前記最大収率の値は、77モル%であった。既に、第3のTP部分酸化サイクルにおいて、アクリル酸の最大収率AAAは、74モル%に低下し、およびなお320℃だけの触媒層温度であった。これら2つの減少は、長時間の運転で触媒性能の比較的僅かに顕著な安定性を示す。本明細書の図2は、第1のYP部分酸化サイクル(図2中の参照符号1)ならびに第3のTP部分酸化サイクル(図2中の参照符号3)のそれぞれの触媒層温度に依存して、そのつど生じる、アクリル酸の収率AAAの経過を示す。図2の横座標は、℃での触媒層の温度を示し、および縦座標は、モル%/100での収率AAAを示す。
2.化学量論的式Mo1232.25xの本発明による多金属酸化物の熱水処理による製造、およびアクロレインをアクリル酸とする、不均一系触媒作用による部分酸化の長時間運転における前記多金属酸化物の性能試験
a)熱水処理すべき水性混合物の製造
水120ml中に、25℃で最初に、ヘプタモリブデン酸アンモニウム四水和物10g(=Mo 56.6mmol)を溶解し、かつそれに引き続いてメタタングステン酸アンモニウム水和物2.9g(=W10.6mmol)[(NH4621241・18H2O]を溶解した。生じる黄色の溶液をさらになお25℃で30分間攪拌した後、この溶液は、第1の水溶液を形成した。
硫酸バナジウム水和物3.69g(=V 14.2mmol)を25℃で水120ml中に溶解することによって、第2の水溶液を製造した。第1の水溶液を絶えず攪拌しながら、25℃の維持下に第2の水溶液を15分間内に連続的に第1の水溶液中に滴加した。生じる水溶液の色は、バイオレットであった。さらに30分の間に、前記水溶液を25℃で後攪拌した。引続き、前記混合溶液のpH値を、希釈された硫酸水溶液(この濃度は、約1モルであった)を添加することによって、2.2の値に調節した。
全ての前記作業工程を空気中で実施した。最終的に、生じる酸性混合溶液中に溶解されて含まれる分子状酸素を、25℃の温かい窒素流(N2 99.9モル%以上、約1500ml/時)を10分間吹き込むことによって排除した。
こうして製造された最終水溶液を引き続き次の記載と同様に熱水処理した。
b)2.a)において製造された最終水溶液の熱水処理
2.a)で製造された水溶液を、1.a)で製造された最終水溶液の記載に関連して、1.b)と同様に熱水処理した。その際に生じる水性懸濁液から、1.b)の記載に相応するやり方で、懸濁された固体をろ過によって分離し、シュウ酸水溶液で洗浄し、水で後洗浄し、および最終的に空気循環乾燥キャビネット中で乾燥して熱処理すべき前駆体物質とした。
c)2.b)で製造された前駆体物質の熱処理(か焼)
2.b)で製造された前駆体物質を、1.b)で製造された前駆体物質の1.c)における熱処理(か焼)と同様に熱処理した。
前記の生じる多金属酸化物の粒径は、3〜25μmの範囲内にあった(最長寸法)。比表面積Oは、36m2/gであった(2.b)におけるシュウ酸水溶液/水を用いる洗浄操作の実施なしに、O=35m2/gであった。本発明により製造された多金属酸化物の化学量論式は、Mo1232.25xであった。
前記多金属酸化物のX線回折図は、絶対強度の様々な目盛りを有する、本明細書の図3および4によって示されている。横座標は、回折角度を2シータ(2θ)[度]の目盛りで示す。縦座標には、絶対強度がプロットされている。個々の規定される回折・反射の存在に基づいて、X線非晶質構造は、存在しない。結晶の分類は、同様に不可能である。したがって、前記多金属酸化物粉末は、部分結晶と呼称することができる。
ドイツ国73447 Oberkochen在のCarl Zeiss社のタイプDSM 962の走査型電子顕微鏡で実施される、多金属酸化物のREM撮影(1000倍の倍率)で(この機器は、表面結像のために、SE(secondary electrons:第2の電子)ならびにBSE(back scattered electrons:逆散乱電子)検出器をもち、ならびに元素分析のために、EDX検出器をもつ)、スポンジ様構造を示した(結晶が一面に振りかけられた不規則な粗面)。この表面は、約1μmの長さを有する、小棒状の結晶から構成されていた。
d)アクロレインをアクリル酸とする、本発明による多金属酸化物の不均一系触媒作用による部分酸化の長時間運転における、2.c)からの微粒状の本発明による前記多金属酸化物の触媒性能試験
アクロレインをアクリル酸とする、相応する触媒作用による部分酸化の長時間運転における、触媒性能を評価する目的のために、2.c)からの前記多金属酸化物を触媒活性物質として使用して、1.d)からのTPPEを含む3TP部分酸化サイクルを繰り返した。
第1の部分酸化サイクルにおいて、アクリル酸の最大収率AAAを322℃の触媒層温度の際に達成した。前記最大収率の値は、79モル%であった。その後の2つのサイクルにおいて、前記最大収率AAAは、325℃の触媒層温度の際に81モル%へ上昇した。この安定したTPPE挙動は、長時間運転において、触媒性能の顕著な安定性を示す。前記アクリル酸形成の活性および選択率は、3回のTP部分酸化サイクルにわたって、むしろ僅かな増加をこうむる(シュウ酸水溶液/水での洗浄操作の実施なしに、最大の収率AAAは、第3のサイクルで73モル%であり、所属する触媒層温度は、350℃であり、触媒性能は、3回の全てのサイクルにわたって安定していた。)。
3.技術水準の方法による化学量論式Mo1232.25xの比較多金属酸化物の本発明によらない製造、およびアクロレインをアクリル酸とする、不均一触媒作用による部分酸化の長時間運転における、前記比較多金属酸化物の性能試験
a)出発水溶液の製造
2 lの収容能力を有するガラス製丸底フラスコ中で、温度が25℃である、1.5 lの予め装入された水の中へ、モリブデン酸アンモニウム四水和物41.998g(=Mo 237.8mmol)、メタバナジウム酸アンモニウム6.956g(=V 59.5mmol)(NH4VO3)およびメタタングステン酸アンモニウム水和物11.047g(=W 44.6mmol)を、記載された順序で攪拌混入した。60質量%の硝酸水溶液を添加することによって、水性混合物のpH値を5の値に調節した。引続き、なお90分間、還流下に攪拌し、その後に25℃へ冷却した。澄明な黄色がかったオレンジ色の水溶液を生じた。
b)3.a)で製造された水溶液の噴霧乾燥
使用される噴霧乾燥装置は、J.Kunert,Dissertation,TU Darmstadt 2003中に記載されている。
前記の噴霧乾燥すべき水溶液を25℃の温度で非攪拌型貯蔵容器中に予め装入した。HPLCポンプ(タイプP700、LATEK Labortechnik GmbH社、ドイツ国69214 Eppelheim在)により、前記水溶液を12ml/分の容積流で噴霧塔の二物質流ノズル中へ輸送した。前記ノズル中で、前記溶液を圧縮空気流(607.8kPa)によって噴霧化し、および熱風ブロア(Leister Process Technologies社、スイス国6056 Kaegiswil在、タイプVulcan“E”、65dB(A)、静的圧力0.4kPa、出力:9.9〜13.3kW)が発生させた熱い(275℃)乾燥空気流によって連行し、および乾燥して黄色の粉末状固体とし、この固体をサイクロン中で分離した。前記二物質流ノズルのノズル直径は、0.7mmであった。乾燥塔からの出口温度は、90℃であった。
c)3.b)で製造された噴霧粉末の熱処理(か焼)
3.b)で製造された噴霧粉末を、1.b)で製造された前駆体物質に関連する1.c)の記載と同様に熱処理した。
しかし、温度プログラムを次のように構成した。最初に、2℃/分の加熱速度で325℃へ加熱した。次に、この温度を4時間維持した。それに引き続き、温度を2℃/分の加熱速度で400℃へ高め、この温度を10分間維持した。最終的に、か焼物質を10時間以内に線形で25℃へ冷却した。
生じる比較多金属酸化物の粒径は、13μm以下であった(最長寸法)。比表面積Oは、4m2/gであった。比較多金属酸化物の化学量論式は、Mo1232.25xであった。
前記比較多金属酸化物のX線回折図は、本明細書の図5によって示されている。横座標は、回折角度を2シータ(2θ)[度]の目盛りで示す。縦座標には、絶対強度がプロットされている。規定される回折・反射の欠陥の存在に基づいて、この多金属酸化物粉末は、X線非晶質とみなすことができる。
多金属酸化物のREM写真は、平滑な表面を有する球状粒子を示した。中空球の当該の構成は、噴霧乾燥にとって公知の事象である。
d)アクロレインをアクリル酸とする、前記比較多金属酸化物の不均一系触媒作用による部分酸化の長時間運転における、3.c)からの微粒状の本発明によらない前記多金属酸化物の触媒性能試験
アクロレインをアクリル酸とする、相応する触媒作用による部分酸化の長時間運転における、触媒性能を評価する目的のために、3.c)からの前記比較多金属酸化物を触媒活性物質として使用して、1.d)からのTPPEを含む3TP部分酸化サイクルを繰り返した。
3回のTP部分酸化サイクルにより、アクリル酸の最大収率AAAの減少は、観察されなかった。第3のTP部分酸化サイクルにおいて、最大収率AAAは、442℃の触媒層温度の場合でありかつ49モル%であった。
4.化学量論式Mo1232.25xの比較多金属酸化物の本発明によらない製造、およびアクロレインをアクリル酸とする、前記比較多金属酸化物の不均一触媒作用による部分酸化の長時間運転における、前記比較多金属酸化物の性能試験
a)2.a)からの最終水溶液の製造を繰り返した。
b)4.a)で製造された水溶液を噴霧乾燥した。
前記噴霧乾燥は、3.a)で製造された水溶液の3.b)における噴霧乾燥と同様に行なわれた。
c)4.b)で生じる噴霧粉末をか焼した。この熱処理(か焼)は、2b.)で製造された前駆体物質の2.c)における熱処理と同様に行なわれた。生じる微粒状の比較多金属酸化物は、化学量論式Mo1232.25xを有していた。前記比較多金属酸化物の比表面積Oは、5.8m2/gであった。
d)4.c)からの微粒状の比較多金属酸化物の触媒性能試験は、2.c)からの微粒状の本発明による多金属酸化物に関連して2.d)と同様に行なわれた。
3回のTP部分酸化サイクルにより、アクリル酸の最大収率AAAの減少は、観察されなかった。第3のTP部分酸化サイクルにおいて、最大収率AAAは、400℃の触媒層温度の場合でありかつ40モル%であった。
5.3.c)からの比較多金属酸化物の本発明による熱水後処理による化学量論式Mo1232.25xの多金属酸化物の本発明による製造、およびアクロレインをアクリル酸とする、不均一触媒作用による部分酸化の長時間運転における、前記多金属酸化物の性能試験
3.c)からの粉末状比較多金属酸化物10gを水150ml中に懸濁させ、その際に生じる水性懸濁液を1.b)からのオートクレーブの反応空間内に供給し、かつ1.b)の記載と同様に熱水処理した。
25℃への冷却後に、前記反応空間から水性懸濁液を取出し、その中に懸濁された固体を遠心分離(タイプJ2/21のBeckmann 遠心分離機を使用した。ロータJA 14、5000rpm、10750g、10分間)により分離した。
分離された固体沈殿物を空気循環乾燥キャビネット中で110℃で120分間乾燥させ、かつ次に乳鉢中ですり潰した。
得られた混合酸化物粉末5の化学量論式は、測定精度内のMo1232.25xであった。この混合酸化物粉末の比表面積Oは、138m2/gであった。
所属するX線回折図は、本明細書の図6によって示されている。横座標は、回折角度を2シータ(2θ)[度]の目盛りで示す。縦座標には、絶対強度がプロットされている。より低い強度を有する、複数の規定される回折・反射が示されている。全体的に、部分結晶性だけが存在する。
前記多金属酸化物のREM写真は、なお、3.c)からの比較多金属酸化物と比較して減少された凝集を有する球状粒子を示した。
長時間運転における、触媒性能を評価する目的のために、前記混合酸化物粉末5を触媒活性物質として使用して、1.d)からのTPPEを含む3TP部分酸化サイクルを繰り返した。3回のTP部分酸化サイクルにより、アクリル酸の最大収率AAAの減少は、観察されなかった。第3のTP部分酸化サイクルにおいて、最大収率AAAは、351.5℃の触媒層温度の場合でありかつ63.5モル%であった。
本明細書の図7は、第3のTP部分酸化サイクルにおいて、2.d)からの長時間運転(図7中の参照符号1)ならびに3.d)からの長時間運転(図7中の参照符号2)および5.からの長時間運転(図7中の参照符号3)のそれぞれの触媒層温度に依存して、そのつど生じる、アクリル酸の収率AAAの経過を示す。図7の横座標は、℃での触媒層の温度を示し、および縦座標は、モル%/100での収率AAAを示す。
6.アクロレインをアクリル酸とする、2.c)からの微粒状の本発明による多金属酸化物の不均一触媒作用による部分酸化の長時間運転における、前記の微粒状の本発明による多金属酸化物の触媒性能試験
2.d)と同様に方法を実施した。しかし、この反応ガス混合物流は、次の組成を有していた:
アクロレイン5容積%、
分子状酸素10容積%、
2O7容積%、および
ヘリウム78容積%。
最大収率AAAは、3回のTP部分酸化サイクルにわたって本質的に不変であった。この最大収率AAAは、第3の部分酸化サイクルにおいて89モル%でありかつ300℃の触媒層温度の場合に達成された。
7.アクロレインをアクリル酸とする、5.からの微粒状の本発明による多金属酸化物の不均一触媒作用による部分酸化の長時間運転における、前記の微粒状の本発明による多金属酸化物の触媒性能試験
5.と同様に方法を実施した。しかし、この反応ガス混合物流は、次の組成を有していた:
アクロレイン5容積%、
分子状酸素10容積%、
2O7容積%、および
ヘリウム78容積%。
最大収率AAAは、3回のTP部分酸化サイクルにわたって本質的に不変であった。この最大収率AAAは、第3の部分酸化サイクルにおいて74モル%でありかつ324℃の触媒層温度の場合に達成された。
8.メタクロレインをメタクリル酸とする、2.c)からの微粒状の本発明による多金属酸化物および3.c)からの微粒状の本発明によらない多金属酸化物の不均一触媒作用による部分酸化の長時間運転における、前記の微粒状の本発明による多金属酸化物および前記の微粒状の本発明によらない多金属酸化物の触媒性能試験
a)2.d)または3.d)と同様に方法を実施した。しかし、この反応ガス混合物流は、次の組成を有していた:
メタクロレイン5容積%、
分子状酸素10容積%、および
ヘリウム85容積%。
そのつど第3のTP部分酸化サイクルおいて生じる、メタクリル酸の最大収率AMAの比は、
MA(2.d):AMA(3.d)=2.2
であった。
2.c)からの本発明による多金属酸化物を使用する場合、第3のTP部分酸化サイクルにおけるメタクリル酸収率の最大値は、360℃の触媒層の温度の場合に生じる。
3.c)からの本発明によらない比較多金属酸化物を使用する場合、第3のTP部分酸化サイクルにおけるメタクリル酸収率の最大値は、417℃の触媒層の温度の場合に生じる。
b)2.c)からの本発明による多金属酸化物を用いる8.a)からのTPPEを繰り返したが、しかし、この反応ガス混合物流は、次の組成を有していた:
メタクロレイン5容積%、
分子状酸素10容積%、
2O7容積%、および
ヘリウム78容積%。
8.a)からのTPPEの第3のサイクルにおけるメタクリル酸の達成された最大収率AMAと比較して、8.b)でのTPPEの第3のサイクルにおけるメタクリル酸の最大収率は、1.41倍大きかった。この8.b)でのTPPEの第3のサイクルにおけるメタクリル酸の最大収率は、350℃の触媒層の温度の場合に生じた。
9.化学量論式Mo123.33.24xの本発明による触媒活性多金属酸化物組成物を用いるシェル型触媒SK1の製造
(以下の記載の場合、任意に存在する水和水は、明らかに問題にされない)
収容能力が4 lでありかつ攪拌装置を装備したガラス製四口フラスコ中で、温度が25℃である、1.046 lの水の中へ、25℃を維持しながら、ヘプタモリブデン酸アンモニウム87.2g(=Mo 495.3mmol、H.C.Starck GmbH社)を溶解した。その後に、パラタングステン酸アンモニウム24.7g(=W 95.4mmol、BASF SE社)を添加し、生じる水性混合物を80℃で30分間攪拌した。生じる80℃を有する溶液は、溶液Iを形成した。
硫酸バナジル33.9g(=V 127.2mmol、Fischer Scientific社)を、80℃の温度を有する水1.046 l中に添加し、および撹拌下ならびに80℃の維持下に溶液IIに溶解した。
80℃の維持下に、溶液IIを溶液I中に攪拌混入した。次に、25℃へ冷却した。その際に生じる溶液のpH値を、1モルの硫酸の添加によって撹拌下に2.0に調節した。その後に、前記溶液中に溶解された分子状酸素を、分子状窒素(N2のO2含量は、10容積ppm未満であった)を10分間吹き込むことによって排除した。
引続き、前記溶液を空気中で、オートクレーブのテフロンで被覆された攪拌型反応空間(BASF SE社の自家製)内に充填した。この反応空間は、3.5 lの収容能力を有しかつHastelloy Cから製造された外被を有していた。この反応空間内には、温度制御のために、熱電素子が突出していた。次に、充填されたオートクレーブの気相中に存在する空気を、分子状酸素で排除した。そのために、前記オートクレーブを3回順次に窒素5バール(そのO2含量は、20容積ppm未満であった)で充填し、かつそのつど直ちに周囲圧力に放圧した。その後に、前記オートクレーブを撹拌(回転速度500rpm)下に5℃/分の加熱速度で175℃へ加熱した。この温度を撹拌下に24時間維持した。次に、さらなる撹拌下に2.5時間以内に本質的に線形で25℃へ冷却し、かつ引き続いてふたたび3回順次に分子状酸素で洗浄した(O2 20容積ppm未満)。そのために、前記圧力を窒素で、そのつど5バールへもたらし、かつ5バールの達成時に再び直接に周囲圧力(大気圧)へ放圧した。次に、前記オートクレーブを開放し、このオートクレーブからの含まれている水性懸濁液をセラミック製吸引漏斗(Witeg Labortechnik GmbH社、ドイツ国97877 Wertheim在、孔径4)により吸引し、その際に生じるフィルターケークを空気循環乾燥キャビネット中で80℃で16時間乾燥させた。この乾燥させたフィルターケークを、70℃の温かい、水中のシュウ酸の0.4モル(標準条件に対して)の溶液中に攪拌しながら懸濁させ、引き続き70℃で1時間攪拌した(回転速度:300rpm)。次に、再びセラミック製吸引漏斗(Witeg Labortechnik GmbH社、ドイツ国97877 Wertheim在、孔径4)により吸引した。その際に生じるフィルターケークをなお3回そのつど100mlの25℃を有する水で洗浄し、最終的に再び80℃で16時間、空気循環乾燥キャビネット中で乾燥させた(前駆体物質に対する要件を充足させるために、ここまでに記載された製造法を12回再現した)。
前記空気循環乾燥キャビネットから全体的に取り出された量の前駆体物質を、引き続きRetsch社のミルZM 200中で微粉砕して微粒状粉末とし、この粉末粒子の50%を目開き1〜10μmの篩に通過させ、および50μmを上回る最長寸法を有する、前記粉末の粒子の数値的割合は、1%未満であった(この位置で本発明により特に適した粒径分布は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第102007010422号明細書A1の図3に示されている)。
前記微粒状前駆体物質の熱処理(か焼)を、180gの量割合で、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10033121号明細書A1の図1に示された回転型球面炉内で行なった。この回転型球面炉は、ロータリーエバポレーター上の1 lの石英ガラス製丸底フラスコから構成されていた。この丸底フラスコは、炉内に存在していた。全てのか焼(冷却を含めて)中に、分子状窒素の50 Nl/h(ここで、このNlは、25℃および101.3kPaに関連する)のガス流を前記回転管に通過させた(O210容積ppm未満)。このガス流を前記回転型球面炉に25℃の温度で供給した。か焼中に、前記丸底フラスコを7rpmの回転速度で回転させた。
前記熱処理の経過中に、前記丸底フラスコ中に存在する前駆体物質を最初に70分間以内に25℃から線形で350℃の材料温度(熱電素子で制御した)へ加熱した。引続き、この材料温度を1時間維持した。その後に、前記材料温度を20分間以内に本質的に線形で450℃へ加熱し、この温度を1分間維持した。引続き、前記材料温度を20分間以内に線形で500℃へ高め、この温度を2分間維持した。その後に、前記回転型球面炉の内容物を2.5時間以内に本質的に線形に25℃へ冷却した。
引続き、前記回転型球面炉から取り出された、微粒状の触媒活性多金属酸化物組成物(その比BET表面積は、30m2/gであった)を用いて、欧州特許出願公開第714700号明細書A2の実施例S1と同様に、リング状キャリヤー体800g(外径7mm、長さ3mm、内径4mm、45μmの表面粗さRzを有するCeram Tec社のSteatit C220(粗粒層、名称「ステアタイトリング(Steatitring)7×3×4 多孔質 被覆された」))を被覆した(しかし、前記活性物質の割合を前記実施例S1とは異なり、約20質量%(キャリヤー体と活性物質とからの全質量に対して)に選択した)。前記キャリヤー体の質量の容積に対する、キャリヤー体の全細孔容積は、1容積%以下である。結合剤は、欧州特許出願公開第714700号明細書A2の実施例S1と同様に、水75質量%とグリセリン25質量%とからなる水溶液であった。前記被覆を、キャリヤー体が充填されている、回転型塗布ドラム(内径=25.5cm、36rpm)中で行なった。液状結合剤約70mlをノズル(ノズル直径=1mm)により40分間以内に前記キャリヤー体上に噴霧した(正確な結合剤量は、そのつど、ツイン構造体は形成されないが、全ての粉末量が粉末の凝集を生じることなく、キャリヤー体の表面上に取り込まれる程度に計量された)。同時に、同じ時間にわたって、触媒活性多金属酸化物組成物粉末205gを、輸送スクリューを用いて噴霧ノズルの噴霧円錐体の外側で連続的に供給した。被覆中に、供給された粉末を全体的にキャリヤー体の表面上に取り込んだ。微粒状の酸化物活性物質の凝集は、観察されなかった。
引続き、被覆された前記リングを300℃の温度で2時間、空気循環乾燥キャビネット中に保持した(脱湿気)。前記空気循環乾燥キャビネットから取り出されたシェル型触媒SK1は、当該シェル型触媒の全質量に対して、19質量%の酸化物活性物質割合を有していた。
シェル型触媒SK1の活性物質シェルの化学量論式は、Mo123.33.24xであった。
10.化学量論式Mo123.21.9Cu0.4xの本発明による触媒活性多金属酸化物組成物を用いるシェル型触媒SK2の製造
(以下の記載の場合、任意に存在する水和水は、明らかに問題にされない)
リング状シェル型触媒SK2をシェル型触媒SK1の製造と同様に製造した。しかし、水溶液Iは、パラタングステン酸アンモニウム24.7gの代わりに、同じ物質を13.1gだけ同量の水中にW源として溶解して含有し、および溶液IIは、硫酸バナジル28.3g(Fischer Scientific社)および硫酸銅(II)12.6g(=Cu50.5mmol、Sigma Aldrich)を水1.046 l中に溶解して含有していた。
得られた微粒状の活性物質の化学量論式は、Mo123.21.9Cu0.4xであった。この微粒状の活性物質のか焼後のBET表面積Oは、30m2/gであり、およびシェル型触媒SK2の全質量に対して、酸化物活性物質割合は18.8質量%であった。
11.化学量論式Mo1232.25xの本発明によらない触媒活性多金属酸化物組成物を用いる比較シェル型触媒VSK1の製造
90℃の温かい水5400g中に、5分間以内にヘプタモリブデン酸アンモニウム四水和物450.0g(Mo含量=54.5質量%)を溶解した。引続き、90℃の維持下にメタバナジウム酸アンモニウム82.0g(V含量=43.5質量%)を添加し、生じる溶液を90℃でさらに40分間、後攪拌した。次に、パラタングステン酸アンモニウム七水和物175.4g(W含量=71質量%)を添加し、生じる溶液を90℃で30分間、後攪拌した。
引続き、この水溶液を330℃の入口温度および106℃の出口温度で空気流中で1時間以内に噴霧乾燥した(NIRO社の噴霧塔、噴霧塔頂部No.F0A1)。噴霧乾燥中に、そのつど、なお噴霧されなかった、懸濁液の割合を90℃の維持下にさらに攪拌した。
生じる噴霧粉末を、ドイツ連邦共和国特許出願公開第102010023312号明細書A1の比較例1Bにおける噴霧粉末を用いる方法に完全に相応して、後加工してリング状の比較シェル型触媒VSK1とした(使用されたリング状キャリヤーおよび被覆法は、(本)明細書の項目「9.」の記載に相当した)。か焼の際の最も高い材料温度は、400℃であった。
活性物質の化学量論式は、Mo1232.25xであった。この活性物質のか焼後のBET表面積Oは、13.3m2/gであり、かつシェル型触媒VSK1の全質量に対して、酸化物活性物質割合は、20質量%であった。
12.化学量論式Mo1231.2Cu0.6xの本発明によらない触媒活性多金属酸化物組成物を用いる比較シェル型触媒VSK2の製造
この製造は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第102010023312号明細書A1の比較例1Bの記載と同様に行なわれた。元素状成分の水溶液を噴霧乾燥し、および生じる噴霧粉末を後加工してリング状の比較シェル型触媒VSK2とした(使用されたリング状キャリヤーおよび被覆法は、(本)明細書の項目「9.」の記載に相当した)。か焼の際の最も高い材料温度は、400℃であった。
活性物質の化学量論式は、Mo1231.2Cu0.6xであった。この活性物質のか焼後のBET表面積Oは、15m2/gであり、かつシェル型触媒VSK1の全質量に対して、酸化物活性物質割合は、20質量%であった。
13.アクロレインをアクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する触媒としてのシェル型触媒SK1、SK2、VSK1およびVSK2の試験
前記シェル型触媒をそのつど、塩浴(硝酸カリウム53質量%と亜硝酸ナトリウム40質量%と硝酸ナトリウム7質量%とからなる混合物)によって再洗浄された、上方から下向きに次のように被覆されていた反応管(V2A鋼、外径30mm、肉厚2mm、内径26mm、長さ465cm)中で試験した:
区間1:長さ79cm、
空の管、
区間2:長さ62cm、
幾何学的寸法7mm×3mm×4mm(外径×長さ×内径、CeramTec社 のSteatit C 220)のステアタイトリングからなる前層、
区間3:長さ100cm、
幾何学的寸法7mm×3mm×4mm(外径×長さ×内径、CeramTec社 のSteatit C 220)のステアタイトリング15質量%およびそのつ どのシェル型触媒80質量%からなる均一な混合物からなる触媒固定層、
区間4:長さ200cm、
区間3においてもそのつど使用されるシェル型触媒だけからなる触媒固定層、
区間5:長さ10cm、
区間2と同じステアタイトリングからなる後層、
区間6:長さ14cm。
触媒固定層を収容するためのV2A鋼からなる触媒鋼。
反応ガス混合物は、次の出発組成を有していた:
アクロレイン 4.3容積%、
プロペン 0.2容積%、
プロパン 0.2容積%、
アクリル酸 0.3容積%、
2 5.4容積%、
2O 7容積%、
COおよびCO2 0.4容積%、および
2 82.2容積%。
前記反応ガス混合物は、そのつど、上方から下方へ貫流した。
触媒固定層のアクロレイン負荷量(ドイツ連邦共和国特許出願公開第19927624号明細書A1の規定と同様)を、そのつど調節して75Nl/l×hとした。
反応管を、その長さにわたって(区間1における空の管の最後の10cmになるまで、および区間6における管の最後の3cmになるまで)、攪拌されかつ外側から電気加熱された塩溶融液50kgで再洗浄した(前記管での流速は、3m/秒であった)。
前記塩浴が供給される塩浴温度(TB、℃)を、そのつど、アクロレインの変換率(UA、モル%)が触媒固定層を通る反応ガス混合物の1回の通過量に対して、約99.2モル%である程度に調節した。前記反応ガス混合物の入口温度(反応管への入口で)は、そのつどの塩浴温度に対して調節されていた。
前記塩浴温度は、前記反応管に沿って加熱のために変化しなかった(反応管から塩浴に放出されるよりも大量の熱が塩浴から放射された)。
次の第1表は、使用されるシェル型触媒に依存して、そのつど、100回の運転時間後に生じる結果を示す(SAA=アクリル酸形成の選択率):
Figure 2015520745
図2中の1 第1のYP部分酸化サイクル、 図2中の3 第3のTP部分酸化サイクル、 図7中の1 2.d)からの長時間運転、 図7中の2 3.d)からの長時間運転、 図7中の3 5.からの長時間運転

Claims (25)

  1. 一般式I
    Mo12a1 b2 c3 d4 e5 f6 gn (I)
    〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
    1=W、Nb、Ta、Crおよび/またはCe、
    2=Cu、Ni、Co、Fe、Mnおよび/またはZn、
    3=Sb、Teおよび/またはBi、
    4=1つ以上のアルカリ金属および/またはH、
    5=1つ以上のアルカリ土類金属、
    6=Si、Al、Tiおよび/またはZr、
    a=1〜6、
    b=0.2〜8、
    c=0〜18、
    d=0〜40、
    e=0〜4、
    f=0〜4、
    g=0〜40、および
    n=I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕の触媒活性多金属酸化物組成物上で、(メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法であって、
    − 前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも50モル%が元素Wに割り当てられ、および
    − 前記多金属酸化物組成物(I)の製造が、前記多金属酸化物組成物(I)の元素状成分の源からの混合物を水の存在下に過圧容器内で熱水処理に供し、その際に新たに形成される固体を前駆体物質として分離し、およびこの前駆体物質を熱処理によって触媒活性多金属酸化物組成物(I)に変換する方法により行なわれることを特徴とする、前記方法。
  2. 前記触媒活性多金属酸化物組成物は、一般的な化学量論式II
    Mo12a1 b2 c4 e5 f6 gn (II)
    〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
    1=Wおよび/またはNb、
    2=Cuおよび/またはNi、
    4=H、
    5=Caおよび/またはSr、
    6=Siおよび/またはAl、
    a=2〜4、
    b=0.2〜3、
    c=0.5〜3、
    e=0〜2、
    f=0〜0.5、
    g=0〜8、および
    n=一般式II中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕を満たすことを特徴とする、請求項1記載の方法。
  3. 前記多金属酸化物組成物中に含まれている元素X2の全モル量の少なくとも50モル%が元素Cuに割り当てられていることを特徴とする、請求項2記載の方法。
  4. 前記触媒活性多金属酸化物組成物は、一般的な化学量論式III
    Mo12abCuc4 e5 f6 gn (III)
    〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
    4=1つ以上のアルカリ金属および/またはH、
    5=1つ以上のアルカリ土類金属、
    6=Si、Al、TiおよびZrの群からの1つ以上の元素、
    a=2〜4、
    b=0.2〜3、
    c=0.5〜2、
    e=0〜4、
    f=0〜4、但し、eとfとの総和は、4を上回らず、
    g=0〜40、および
    n=一般式III中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕を満たすことを特徴とする、請求項1記載の方法。
  5. 前記熱水処理を100℃超ないし600℃の範囲内の温度で行なうことを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記熱水処理を50MPa以下の過圧の作業圧力で行なうことを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記熱水処理中に過圧容器内に存在する、水および前記元素状成分の源の量に対して、前記源の全体量の全割合は、3〜60質量%であることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
  8. 前記熱水処理に供される水性混合物は、25℃および103.1kPaの際に1以上および3以下のpH値を有することを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記元素状成分バナジウムの少なくとも1つの源は、バナジウムを酸化状態+4で含むことを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
  10. 前記熱水処理の際に新たに形成される固体を前駆体物質として分離することは、前記固体を少なくとも1回機械的に分離すること、およびこの機械的に分離された固体を、有機酸、無機酸、およびこれらの酸の水溶液からなる群からの少なくとも1つの洗浄液で、少なくとも1回洗浄することを含むことを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
  11. 前記前駆体物質の熱処理の際の温度は、350〜650℃であることを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。
  12. 前記触媒活性多金属酸化物組成物は、シェル型触媒の活性物質であり、このシェル型触媒において、当該多金属酸化物組成物がキャリヤー体の表面上に施されていることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
  13. 前記活性多金属酸化物組成物の比表面積は、15m2/g以上であることを特徴とする、請求項1から12までのいずれか1項に記載の方法。
  14. 一般式I
    Mo12a1 b2 c3 d4 e5 f6 gn (I)
    〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
    1=W、Nb、Ta、Crおよび/またはCe、
    2=Cu、Ni、Co、Fe、Mnおよび/またはZn、
    3=Sb、Teおよび/またはBi、
    4=1つ以上のアルカリ金属および/またはH、
    5=1つ以上のアルカリ土類金属、
    6=Si、Al、Tiおよび/またはZr、
    a=1〜6、
    b=0.2〜8、
    c=0〜18、
    d=0〜40、
    e=0〜4、
    f=0〜4、
    g=0〜40、および
    n=I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕の多金属酸化物組成物であって、
    その際に、
    − 前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも50モル%が元素Wに割り当てられ、および
    − 前記多金属酸化物組成物(I)が、多金属酸化物組成物(I)の元素状成分の源からの混合物を水の存在下に過圧容器内で(水性混合物として)熱水処理に供し、その際に新たに形成される固体を前駆体物質として分離し、およびこの前駆体物質を熱処理によって多金属酸化物組成物(I)に変換する方法により得られることを特徴とする、前記多金属酸化物組成物。
  15. 前記触媒活性多金属酸化物組成物は、一般的な化学量論式III
    Mo12abCuc4 e5 f6 gn (III)
    〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
    4=1つ以上のアルカリ金属および/またはH、
    5=1つ以上のアルカリ土類金属、
    6=Si、Al、TiおよびZrの群からの1つ以上の元素、
    a=2〜4、
    b=0.2〜3、
    c=0.5〜2、
    e=0〜4、
    f=0〜4、但し、eとfとの総和は、4を上回らず、
    g=0〜40、および
    n=一般式III中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕を満たすことを特徴とする、請求項14記載の多金属酸化物組成物。
  16. 前記熱水処理が100℃超〜600℃の温度で行なわれることを特徴とする、請求項14または15記載の多金属酸化物組成物。
  17. 前記熱水処理が、50MPa以下の過圧の作業圧力で行なわれることを特徴とする、請求項14から16までのいずれか1項に記載の多金属酸化物組成物。
  18. 前記熱水処理に供される水性混合物が、25℃および103.1kPaの際に1以上および3以下のpH値を有することを特徴とする、請求項14から17までのいずれか1項に記載の多金属酸化物組成物。
  19. 前記元素状成分バナジウムの少なくとも1つの源が、バナジウムを酸化状態+4で含むことを特徴とする、請求項14から18までのいずれか1項に記載の多金属酸化物組成物。
  20. (メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用による気相部分酸化を実施するための触媒活性物質としての、請求項14から19までのいずれか1項に記載の多金属酸化物組成物の使用。
  21. キャリヤー体および当該キャリヤー体の表面上に施された触媒活性物質ならびに任意に、当該活性物質を前記キャリヤー体の表面上に施すための結合剤からなるシェル型触媒であって、前記触媒活性物質が請求項14から19までのいずれか1項に記載の多金属酸化物組成物であることを特徴とする、前記シェル型触媒。
  22. (メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用による気相部分酸化を実施するための触媒としての、請求項21記載のシェル型触媒の使用。
  23. 一般式I
    Mo12a1 b2 c3 d4 e5 f6 gn (I)
    〔式中、前記変数は次の意味をもつ:
    1=W、Nb、Ta、Crおよび/またはCe、
    2=Cu、Ni、Co、Fe、Mnおよび/またはZn、
    3=Sb、Teおよび/またはBi、
    4=1つ以上のアルカリ金属および/またはH、
    5=1つ以上のアルカリ土類金属、
    6=Si、Al、Tiおよび/またはZr、
    a=1〜6、
    b=0.2〜8、
    c=0〜18、
    d=0〜40、
    e=0〜4、
    f=0〜4、
    g=0〜40、および
    n=I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数〕の多金属酸化物組成物の製造法であって、
    − 前記多金属酸化物組成物(I)中に含まれる、元素X1の全モル量の少なくとも50モル%が元素Wに割り当てられ、および
    − 前記多金属酸化物組成物(I)が、多金属酸化物組成物(I)の元素状成分の源からの混合物を水の存在下に過圧容器内で(水性混合物として)熱水処理に供し、その際に新たに形成される固体を前駆体物質として分離し、およびこの前駆体物質を熱処理によって触媒活性多金属酸化物組成物(I)に変換することによって製造されることを特徴とする、前記方法。
  24. (メタ)アクロレインを(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法であって、前記多金属酸化物組成物が請求項14から19までのいずれか1項に記載の多金属酸化物組成物であることを特徴とする、前記方法。
  25. (メタ)アクロレインをシェル型触媒上で(メタ)アクリル酸とする、不均一系触媒作用により気相部分酸化する方法であって、前記シェル型触媒が請求項21記載のシェル型触媒であることを特徴とする、前記方法。
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