JP2016536136A - 不飽和アルデヒドの気相酸化により不飽和カルボン酸を製造する触媒 - Google Patents
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Abstract
Description
4πr2
であり、ここで、rは、球形の担持成形体の半径を表す。中空円柱形の担持成形体の場合に、幾何学的表面積は、
Mo12VaX1 bX2 cX3 dX4 eX5 fOn (I)
[式中、
X1は、W、Nb、Ta、Cr及び/又はCeを表し、
X2は、Cu、Ni、Co、Fe、Mn及び/又はZnを表し、
X3は、Sb及び/又はBiを表し、
X4は、1種以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属及び/又はNを表し、
X5は、Si、Al、Ti及び/又はZrを表し、
aは、1〜6の範囲内の数を表し、
bは、0.2〜4の範囲内の数を表し、
cは、0〜18の範囲内、好ましくは0.5〜18の範囲内の数を表し、
dは、0〜40の範囲内の数を表し、
eは、0〜4の範囲内の数を表し、
fは、0〜40の範囲内の数を表し、及び
nは、一般式(I)中の、酸素以外の元素の化学量論係数並びにその電荷数(価数)により決まる、元素の酸素の化学量論係数を表す]の多元素系酸化物材料を含む。
Mo12VaWbCucX4 eX5 fOn (II)
[X4は、1種以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を表し、
X5は、Si、Al、Ti及びZrの群からの1種以上の元素を表し、
aは、2〜4の範囲内の数、好ましくは2.5〜3.5の範囲内の数を表し、
bは、0〜3の範囲内の数、好ましくは0.2〜3の範囲内の数、特に0.5〜2の範囲内の数、特に好ましくは0.75〜1.5の範囲内の数を表し、
cは、0.5〜3の範囲内の数、好ましくは0.7〜2.7の範囲内の数、特に0.9〜2.4の範囲内の数、特に好ましくは1〜1.5の範囲内の数を表し、
eは、0〜4の範囲内の数、好ましくは0〜2の範囲内の数、特に0〜1の範囲内の数、特に好ましくは0〜0.2の範囲内の数を表し、
fは、0〜40の範囲内の数、好ましくは0〜15の範囲内の数、特に0〜8の範囲内の数、特に好ましくは0を表し、及び
nは、一般式(II)中の、酸素以外の元素の化学量論係数並びにその電荷数(価数)により決まる、元素の酸素の化学量論係数を表す]に相当する。
V0.26−2は、0.26〜2μmの範囲内の平均直径を有する細孔の容積を表し、かつ
V0.02−6.5は、0.02〜6.5μmの範囲内の平均直径を有する細孔の容積を表す]によって決定される。
触媒の製造
A) 前駆体材料の製造
パドル型攪拌機を備えた、水により温度調節される1.75m3の特殊鋼製の二重ジャケット容器中で、酢酸銅水和物(含有率:Cu 32.0質量%、添加速度50kg/h、Goldschmidt社)8.2kgを、水274l中に室温(約25℃)で攪拌(回転数:70rpm)しながら溶かした。溶液1が得られた。これを更に30分間攪拌した。
熱処理の実施を、DE 10360057A1に記載された回転炉中で次の条件下で行った:
熱処理を、A)で記載されたように製造した306kgの原料品の量を用いて不連続的に行った;
水平線に対する回転円筒部の傾き角は0°であった;
この回転円筒部は、1.5rpmで右回りに回転した;
全体の熱処理の間に、回転円筒部に205Nm3/hのガス流を通過させ、このガス流は(当初に含まれる空気の排出後に)次の組成を有していて、かつガス流の回転円筒部からの排出について更に25Nm3/hの遮断ガス窒素により補った:80Nm3/hは、ベース負荷−窒素及び回転円筒部中で放出されるガスから構成され、25Nm3/hは遮断ガス窒素、30Nm3/hは空気、70Nm3/hは再循環された循環ガスである。遮断ガス窒素は、25℃の温度で供給した。他のガス流の混合物は、ヒーターによって、回転円筒部中の原料品がそれぞれ有する温度で、それぞれ回転円筒部中へ導入した。
C1(比較例)
中空円柱形の担持成形体(外径7mm、長さ3mm、内径4mm、表面粗さRz 45μm(砕片粒被覆)を示す、CeramTec社のステアタイトC 220)1600gを、粉砕された微細粒の粉末Pで被覆した。この被覆を、ハイコーターLHC 25/36(Loedige社、D-33102 Paderborn)中で行った。このハイコーターは、連続的に粉末供給を可能にするために改良されていた。これは、Tygonホース(内径:8mm、外径11.1mm;Saint-Gobain Performance社、89120 Charny, Frankreich)を介して、ハイコーターのドラムと接続されている漏斗状の粉末貯蔵容器からなっていた。ドラム半径はこの場合18cmである。ドラムの深さは20cmである。ドラムが回転する軸は、水平方向に調整されていた。被覆のために、粉砕された触媒活性酸化物材料粉末750gを粉末貯蔵容器内へ充填した。この粉末供給は、連続式加圧計量供給によって行った。パルス時間バルブは、50msに調節し、調節された圧力は、周囲圧力(約1atm)を0.7bar上回った。漏斗状の粉末貯蔵容器中の粉末は、均一な計量供給(攪拌機走行時間:2s、攪拌機休止時間:1s、改良V字型アンカー型攪拌機、BASF SE社の独自型)を保証するために、被覆の間に連続的に攪拌した。結合剤は、水75質量%及びグリセリン25質量%からなる水溶液であった。これを、別個に液体計量供給器を介してドラム内へ噴霧した。この液体を、Watson-Marlow社のHPLCポンプ(323型)を用いて、ドラム内に存在する供給アーム中へ圧送した(噴霧圧力3bar、成形圧力2bar、流量:3gのグリセリン/水の溶液(1:3)/min)。粉末計量供給器と液体計量供給器とは互いに平行に配置されている。供給アームに取り付けられた、Schlick社(DE)の570/0 S75型のノズル並びに同様に供給アームの下側に取り付けられた固体供給器の搬出口は、6cmの間隔で平行しかつ角度測定器を用いて水平線に対して40°の角度に調整された。この粉末供給は、ノズルのスプレー円錐体の外側に行った。ノズル口と固体供給器の搬出口は、この場合ドラムの回転方向を示す。ドラムは、被覆の間、時計回りで15rpmで回転する。被覆は、25℃で50分間の期間にわたり行った。その後、被覆された担持成形体を27分間、130℃の通気温度でかつ81℃の排気温度で乾燥した。この後、この担持成形体を静止したドラム中で30分間の期間にわたり25℃に冷却した。この被覆の間に、供給された粉末の大部分は、担持成形体の表面に取り込まれた。取り込まれなかった部分は、ドラムの後方のフィルターに捕らえられた。双子形状は形成されず及び微細粒の酸化物材料の凝集は観察されなかった。
粉砕された微細粒の粉末P335kgを、Climax社の三酸化モリブデン(Mo66.6質量%、このMoO3は、DE 10 2007 010 422 A1に記載された要件を全体として満たす)50kgと、AMK社(Aachen(DE))社のR645型のミキサー中で、10分間の混合時間で強力に混合した。これは切断刃を備えた傾斜型ミキサー(強力ミキサー)である。混合アームは39rpmで回転する。この生じる粉末は、次に粉末PMoとして表す。
付形を次のように行った:中空円柱形の担持成形体(外径7mm、長さ3mm、内径4mm;45μmの表面粗さRz及び担持成形体の体積を基準として≦1体積%の全細孔容積を示す、CeramTec社のC 220型のステアタイト;DE-A 2135620を参照)70kgを、200l内容積のコーティング用タンク(傾き角90°;Loedige社(DE)のハイコーター)に充填した。引き続き、このコーティング用タンクを16rpmで回転させた。Schlick 0.5mm, 90°の型のノズルを介して、40分間で水75質量%及びグリセリン25質量%の水溶液3.8〜4.2リットルを、液体フィード圧力約1.8barで、担持成形体に噴霧した。同時に、同じ期間で、粉砕された微細粒の粉末P(この粉末Pの比表面積は16m2/gであった)18.2kgを、振動式コンベアを介して、噴霧ノズルの噴霧円錐体の外側に連続的に供給した。この被覆の間に、供給した粉末は完全に担持成形体の表面に取り込まれ、微細粒の酸化物活性材料の凝集又は双子形状の形成は観察されなかった。
触媒C4の付形を、C1と同様に行うが、C1と異なるのは、粉末600gだけを粉末貯蔵容器中に充填し、被覆を40分間の期間にわたり行ったことであった。C1の際に実施した熱処理と同様の循環空気型乾燥庫内での熱処理の後に、この循環空気型乾燥庫から取り出した中空円柱形の外被触媒C4は、その全質量を基準として、20.0質量%の酸化物外被割合を示した。
この被覆を、ERWEKA社(DE)の顆粒化装置を備えた回転するコーティング用ドラム(内径=25.5cm;36rpm)中で行った。このドラムの回転軸は、この場合、水平線を基準として51.6℃の角度に置かれていた。このコーティング用ドラムは、中空円柱形の担持成形体(外径7mm、長さ3mm、内径4mm、45μmの表面粗さRz(砕片粒被覆)を有するCeramTec社のC 220のステアタイト)800gを充填した。結合剤として、水75質量%及びグリセリン25質量%からなる水溶液を使用した。液状結合剤約76gを、ノズル(ノズル直径=1mm)を介して、45分間の被覆時間内で担持成形体に吹き付けた。同時に、同じ期間で、粉砕された微細粒の粉末P200gを供給スクリューを用いて噴霧ノズルの噴霧円錐体の外側に連続的に供給した。この被覆の間に、供給された粉末の全部は、担持成形体の表面に取り込まれた。微細粒の酸化物活性材料の凝集は観察されなかった。この被覆を繰り返した。両方の被覆試験の全体量は試料にまとまった。この試料を、試料中にまだ存在するグリセリンを除去するために、Memmert GmbH + Co. KG社の空気循環乾燥庫(UM 400型;内部容積=53l;空気流=800l/h)中で処理した。熱処理条件は、実施例C1の条件と同一であった。この空気循環乾燥庫から取り出した中空円柱形の外被触媒C5は、その全質量を基準として、19.6質量%の酸化物外被割合を有していた。
触媒C6の付形を、C1と同様に行うが、C1と異なるのは、粉末451gだけを粉末貯蔵容器中に充填し、被覆を30分間の期間にわたり行ったことであった。C1で実施した熱処理と同様の循環空気型乾燥庫内での熱処理の後に、この循環空気型乾燥庫から取り出した中空円柱形の外被触媒C6は、その全質量を基準として、18.0質量%の酸化物外被割合を示した。
触媒C7の付形を、C1と同様に行うが、C1と異なるのは、粉末377.5gだけを粉末貯蔵容器中に充填し、被覆を25分間の期間にわたり行ったことであった。C1で実施した熱処理と同様の循環空気型乾燥庫内での熱処理の後に、この循環空気型乾燥庫から取り出した中空円柱形の外被触媒C7は、その全質量を基準として、15.8質量%の酸化物外被割合を示した。
触媒C8の付形を、C5と同様に行うが、C5と異なるのは、液状結合剤約44gをノズル(ノズル直径=1mm)を介して担持成形体に噴霧し、この被覆を27.5分間で行ったことであった。C1で実施した熱処理と同様の循環空気型乾燥庫内での熱処理の後に、この循環空気型乾燥庫から取り出した中空円柱形の外被触媒C8は、その全質量を基準として、15.5質量%の酸化物外被割合を示した。
触媒C9の付形を、C5と同様に行うが、C5と異なるのは、液状結合剤約29gをノズル(ノズル直径=1mm)を介して担持成形体に噴霧し、この被覆を16分間で行ったことであった。C1で実施した熱処理と同様の循環空気型乾燥庫内での熱処理の後に、この循環空気型乾燥庫から取り出した中空円柱形の外被触媒C9は、その全質量を基準として、10.8質量%の酸化物外被割合を示した。
触媒C10の付形を、C1と同様に行うが、C1と異なるのは、粉末300gだけを粉末貯蔵容器中に充填し、被覆を20分間の期間にわたり行ったことであった。C1で実施した熱処理と同様の循環空気型乾燥庫内での熱処理の後に、この循環空気型乾燥庫から取り出した中空円柱形の外被触媒C10は、その全質量を基準として、10.4質量%の酸化物外被割合を示した。
実施例C2と同様に、微細粒の粉末PをMoO3と混合した。しかしながら、実施例C2と異なるのは、水溶液(グリセリン/水=1/3)約1.9〜2.1リットルを約20分間で担持成形体に噴霧しただけであることであった。同時に、同じ期間で粉末PMo約8kgだけを連続的に供給した。この被覆の後に、実施例C2と同様に熱処理を被覆装置中で行った。
約2kgの被覆された活性材料粉末の試料を取り出した。試料中にまだ存在するグリセリンを、Memmert GmbH + Co. KG(UM 400型;内部容積=53l;空気中=800l/h)の空気循環型乾燥庫中で除去した。熱処理条件は、実施例C1の条件と同一であった。この空気循環乾燥庫から取り出した中空円柱形の外被触媒C11は、その全質量を基準として、10質量%の酸化物外被割合を有していた。
触媒C12の付形を、C1と同様に行うが、C1と異なるのは、粉末345.5gだけを粉末貯蔵容器中に充填し、被覆を23分間の期間にわたり行ったことであった。C1で実施した熱処理と同様の循環空気型乾燥庫内での熱処理の後に、この循環空気型乾燥庫から取り出した中空円柱形の外被触媒C12は、その全質量を基準として、14質量%の酸化物外被割合を示した。本発明による外被触媒C12の活性材料被覆量は、0.23mg/mm2である。
触媒C13の付形を、C1と同様に行うが、C1と異なるのは、粉末360.7gだけを粉末貯蔵容器中に充填し、被覆を24分間の期間にわたり行ったことであった。C1で実施した熱処理と同様の循環空気型乾燥庫内での熱処理の後に、この循環空気型乾燥庫から取り出した中空円柱形の外被触媒C13は、その全質量を基準として、13.4質量%の酸化物外被割合を示した。
1) 触媒の活性材料割合
2) 活性材料被覆量
3) 0.02〜6.5μmの範囲内の平均直径を有する細孔の容積
4) 0.26〜2μmの範囲内の平均直径を有する細孔の容積
5) 0.02〜6.5μmの範囲内の全細孔容積に対する、0.26〜2μmの範囲内の平均直径を有するマクロ孔の容積割合。
6) 被覆工程の期間
反応管(V2A鋼;外径30mm;壁厚2mm;内径26mm;長さ464cm)は、上から下に向かって、次の区間を有していた:
区間1:長さ79cm、空の管;
区間2:長さ62cm、寸法7mm×3mm×4mmのステアタイトリング(外径×長さ×内径;CeramTec社のステアタイトC 220)からなる前床;
区間3:長さ100cm、寸法7mm×3mm×4mmのステアタイトリング(外径×長さ×内径;CeramTec社のステアタイトC 220)20質量%及びそれぞれの触媒80質量%からなる均質な混合物からなる触媒床;
区間4:長さ200cm、区間3でそれぞれ使用した触媒だけからなる触媒床;
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床;
区間6:長さ14cm、触媒固定床の収容のための、V2A鋼からなる触媒ベース。
アクロレイン 4.3体積%、
プロペン 0.2体積%、
プロパン 0.2体積%、
アクリル酸 0.3体積%、
O2 5.4体積%、
H2O 7.0体積%、
CO及びCO2 0.4体積%、
残部 N2。
反応管(特殊鋼1.4541型(EU規格番号 EN10088−3);外径33.7mm;壁厚2mm;内径29.7mm;長さ400cm、温度スリーブ4mm)は下から上へ向かって次のように充填された:
区間1:長さ70cm
寸法7mm×3mm×4mmのステアタイトリング(外径×長さ×内径;CeramTec社のステアタイトC 220)からなる前床;
区間2:長さ100cm
それぞれの外被触媒からなる触媒固定床;
区間3:長さ200cm
それぞれの外被触媒からなる触媒固定床;
区間4:長さ8cm
区間1と同じステアタイトリングからなる後床;
区間5:長さ23cm
空の管。
アクロレイン 4.5体積%、
プロペン 0.1体積%、
プロパン 0.07体積%、
アクリル酸 0.5体積%、
O2 5.4体積%、
H2O 7体積%、
CO及びCO2 0.6体積%、及び
残部 N2。
**: 寸法7mm×3mm×4mmのステアタイトリング(CeramTec社のステアタイトC220)
***: 区間2中に存在するホットスポットの、区間1から区間2への移行部からの距離
DE-A 10232748は、触媒固定床の部分量を新たな触媒充填物に交換することを記載している。次に、本発明による触媒が、DE-A 10232748に記載された触媒固定床の部分交換についても好ましいかどうかを調査した。
区間1:長さ75cm
寸法7mm×3mm×4mmのステアタイトリング(外径×長さ×内径;CeramTec社のステアタイトC 220)からなる前床:
区間2:長さ110cm
それぞれの外被触媒からなる触媒固定床
区間3:長さ190cm
DE 103 60 057 A1の実施例1により製造された外被触媒(71質量%)と、寸法7mm×3mm×4mmのステアタイトリング(外径×長さ×内径;CeramTec社のステアタイトC 220)29質量%とからなる触媒固定床;
区間4:長さ3cm
区間1と同じステアタイトリングからなる後床;
区間5:長さ23cm
空の管。
アクロレイン 4.5体積%、
プロペン 0.1体積%、
プロパン 0.07体積%、
アクリル酸 0.5体積%、
O2 5.4体積%、
H2O 7体積%、
CO及びCO2 0.6体積%、及び
残部 N2。
**: 寸法7mm×3mm×4mmのステアタイトリング(CeramTec社のステアタイトC220)
***: 区間2中に存在するホットスポットの、区間1から区間2への移行部からの距離
反応管(特殊鋼1.4541型(EU規格番号 EN10088−3);外径33.7mm;壁厚2mm;内径29.7mm;長さ400cm、温度スリーブ4mm)は上から下へ向かって次のように充填された:
区間1:長さ70cm
寸法7mm×3mm×4mmのステアタイトリング(外径×長さ×内径;CeramTec社のステアタイトC 220)からなる前床:
区間2:長さ100cm
外被触媒C13からなる触媒固定床;
区間3:長さ200cm
外被触媒C3からなる触媒固定床;
区間4:長さ8cm
区間1と同じステアタイトリングからなる後床;
区間5:長さ23cm
空の管。
アクロレイン 4.5体積%、
プロペン 0.1体積%、
プロパン 0.07体積%、
アクリル酸 0.5体積%、
O2 5.4体積%、
H2O 7体積%、
CO及びCO2 0.6体積%、及び
残部 N2。
Claims (16)
- 前記担持成形体は、中空円柱形の担持成形体である、請求項1又は2に記載の触媒。
- 前記担持成形体はステアタイトからなり、かつ実質的に無孔性である、請求項1から3までのいずれか1項に記載の触媒。
- 前記中空円柱形の担持成形体は、高さ2〜5mm及び外径4〜8mmを示し、外径と内径の差の半分の値は1〜2mmである、請求項3又は4に記載の触媒。
- 前記活性材料は、一般式(II)
Mo12VaWbCucX4 eX5 fOn (II)
[式中、
X4は、1種以上のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を表し、
X5は、Si、Al、Ti及びZrの群からの1種以上の元素を表し、
aは、2〜4の範囲内の数を表し、
bは、0〜3の範囲内の数を表し、
cは、0.8〜3の範囲内の数を表し、
eは、0〜4の範囲内の数を表し、
fは、0〜40の範囲内の数を表し、
nは、一般式(II)中の、酸素以外の元素の化学量論係数並びにその電荷数により決まる、元素の酸素の化学量論係数を表す]の多元素系酸化物を含む、請求項1から5までのいずれか1項に記載の触媒。 - 多数の担持成形体、粉末状の活性材料及び液状の結合剤を、前記粉末状の活性材料が前記液状の結合剤で飽和されることなく、容器内で混合することにより、前記担持成形体を前記活性材料で被覆する、請求項1から6までのいずれか1項に記載の触媒の製造方法であって、被覆工程の時間は30分未満であることを特徴とする、前記製造方法。
- 前記担持成形体を前記容器中に装入し、前記粉末状の活性材料と前記液状の結合剤とを相互に別個に、被覆時間にわたり前記容器内へ添加する、請求項7に記載の方法。
- 前記混合を、前記容器の連続的な運動によって行う、請求項7又は8に記載の方法。
- 前記運動は、回転運動である、請求項9に記載の方法。
- 前記粉末状の活性材料は、50μmを越える最大幅を有する粒子の数値割合が、1%未満である、請求項7から10までのいずれか1項に記載の方法。
- 触媒固定床による分子酸素を用いたα,β−不飽和アルデヒドの気相酸化によりα,β−不飽和カルボン酸を製造する方法であって、前記触媒固定床は、請求項1から6までのいずれか1項に記載の触媒の床を含む、前記製造方法。
- 前記触媒固定床は、少なくとも2つの相互に連続する反応区域を有し、かつ前記床は、少なくとも、反応器入口に最も近い反応区域中に、請求項1から6までのいずれか1項に記載の触媒を含む、請求項12に記載の方法。
- 前記触媒固定床は、少なくとも2つの相互に連続する反応区域を有し、かつ前記床は、少なくとも、最も高い局所温度を生じる反応区域中に、請求項1から6までのいずれか1項に記載の触媒を含む、請求項12又は13に記載の方法。
- 所定の運転時点から、前記床の品質の回復のために、使用した全ての床ではなく、最も高い局所温度を生じる床の部分量のみを取り出しかつ新たな床に交換する、請求項12から14までのいずれか1項に記載の方法。
- アクロレインの気相酸化によってアクリル酸を製造する、請求項12から15までのいずれか1項に記載の方法。
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