JP4486751B2 - Catalyst system for one-stage gas phase production of acetic acid from ethylene - Google Patents

Catalyst system for one-stage gas phase production of acetic acid from ethylene Download PDF

Info

Publication number
JP4486751B2
JP4486751B2 JP2000556867A JP2000556867A JP4486751B2 JP 4486751 B2 JP4486751 B2 JP 4486751B2 JP 2000556867 A JP2000556867 A JP 2000556867A JP 2000556867 A JP2000556867 A JP 2000556867A JP 4486751 B2 JP4486751 B2 JP 4486751B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ethylene
acetic acid
catalyst
mixture
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000556867A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002537220A (en
Inventor
カリム,カリド
シェイクー,カリームディン
Original Assignee
サウディ ベーシック インダストリーズ コーポレイション
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by サウディ ベーシック インダストリーズ コーポレイション filed Critical サウディ ベーシック インダストリーズ コーポレイション
Priority claimed from PCT/EP1999/004502 external-priority patent/WO2000000284A2/en
Publication of JP2002537220A publication Critical patent/JP2002537220A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4486751B2 publication Critical patent/JP4486751B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【0001】
(発明の背景)
(発明の分野)
本発明は、MoVNbPd、MoVLaPd及びこれらの組合せを含有する改良された触媒系並びにエチレンの酢酸への低温度選択的酸素化のための改良された接触方法に関する。更に特に、本発明は、高いエチレン転化率及び酢酸収率を与えるための新規な触媒を使用するシングルステップ接触方法に関する。
【0002】
(関連技術の説明)
本件特許出願に於いて、幾つかの刊行物が参照されている。これらの参照には、本発明が関係している技術の状況が記載されており、参照してここに取り込まれる。
酢酸は、一般的に、液相均一反応に於いて高価なロジウム触媒を使用するメタノールカルボニル化によって製造される。この方法では、触媒の回収及び生成物の単離のために複雑な手順を必要とする。更に、最終生成物中のppmレベルでのヨウ素の存在は、この方法によって製造された酢酸の使用に負の影響を有する。
また、酢酸は、マンガン触媒を使用する二段階アセトアルデヒド法によっても製造される。このような方法は、米国特許第3,131,223号、同第3,057,915号、同第3,301,905号及び同第3,240,805号に開示されている。この方法の第一段には、エチレンからのアセトアルデヒドの製造が含まれる。この方法の経済性は、二段階から生じるコストのために有利ではない。更に、これらの方法では、副生物として大量のアセトアルデヒドが生成する。更に、二酸化炭素への完全酸化によって、大量のエチレンが失われるであろう。
更に最近、昭和電工[ヨーロッパ特許第0 62 0205 A1号]は、リン、ケイ素、ホウ素、アルミニウム、ゲルマニウム、チタン、ジルコニウム、セリウム、コバルト、クロム及び金属パラジウムと、周期表の第XI族、第XIV族、第XV族及び第XVI族から選択された少なくとも1種の元素とのヘテロポリ酸を含有する触媒を使用する、エチレンを酢酸に転化するための接触方法に関係している。エチレンの1回通過転化は、これらのヘテロポリ触媒上で非常に低く、分離コストへの大きな影響を有し得る顕著な量のアセトアルデヒドを生成すると報告された。本発明で使用する触媒系は、昭和電工の触媒とは異なる。
ヨーロッパ特許第A0 29 4845号は、(A)エタンのエチレンへのオキシ脱水素用の触媒及び(B)エチレンの水和/酸化用の触媒からなる少なくとも2種の触媒系の物理的混合物と接触させて、酸素によりエタン又はエチレンを酸化することによる酢酸の高選択的製造方法に関係している。エタンオキシ脱水素触媒は、式MoxVyZz(式中、Zは、金属、Nb、Sb、Ta、Ca、Sr、Ti、W、Li、Na、Be、Mg、Zn、Cd、Hg、Sc、Fe及びNiの1種又は2種以上であってよい)によって表わされる。水和/酸化用の触媒は、モレキュラーシーブ触媒、パラジウム含有酸化物触媒、タングステン−リン酸化物触媒又はスズ若しくはモリブデン含有酸化物触媒から選択される。ヨーロッパ特許第A0 29 4845号では、2種の触媒の物理的混合によって製造された触媒が使用される。
日本特許第46−6763号は、下記の金属原子の組合せ、即ち、V−Pd−Sb、V−Rh−Sb、V−Pd−P、V−Rh−P、V−Rh−As、V−Pd−As、Mo−Pd−Sb、Mo−Rh−Sb、Mo−Rh−As及びMo−P−W−Pd−Rh−Sbを含有する、実施例で開示された特別の触媒を使用する、エチレンの酢酸への接触酸化に関係している。
日本特許第54−57488号は、エチレンの酢酸への酸化のためのNaPdH2−PMoV触媒の使用に関係している。
Syoji Tanら[J.Catal.、第17巻、第132−142頁、1970年]は、オレフィン類が、二成分触媒系Co34−MoO3及びSnO2−MoO3上でケトンに酸化することを報告した。この文献には、他の化合物と一緒に副生物としての酢酸の生成が開示されており、特にエチレンの生成物は二酸化炭素のみであった。
それで、先行技術の何れも、二官能触媒であり、それが活性化機能及び所望の生成物である酢酸への選択率を向上させるような方法で設計されている触媒を使用して、エチレンから酢酸を選択的に製造するために、本発明に於いて開示された触媒系の利点を開示又は示唆していない。
【0003】
(発明の目的)
本発明の目的は、上記確認した欠点を克服することである。
本発明の他の目的は、酢酸の製造のための改良された触媒系を提供することである。
本発明の更に他の目的は、所望の生成物である酢酸の向上した選択率及び収率での酢酸の改良された製造方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、酢酸の製造用の改良された触媒の製造方法を提供することである。
本発明の前記の及びその他の目的及び利点は、下記の説明に記載されるか又は下記の説明から明らかになるであろう。
【0004】
(発明の要約)
本発明は、気相反応で、比較的高いレベルの転化、選択率及び生産性で、150℃〜450℃の範囲内の温度で、1〜50バールの圧力で、酢酸への分子状酸素によるエチレンの選択的酸化に関する。これは、坦持された又は坦持されない、MoVNbPd又はMoVLaPd酸化物触媒を含む混合金属酸化物を使用することによって達成される。
【0005】
(好ましい実施形態の説明)
酸化触媒について、所望の部分酸化生成物への選択率挙動は、(a)炭化水素対酸素比、(b)圧力、(c)反応温度及び(d)接触時間のような他の物理的反応パラメーターに加えて、触媒中の活性中心の種類に依存する。
一般的に、酢酸のような軽い酸化生成物に対する選択率は反応温度が低下するとき上昇し、一方、収率は全転化のために低下することは公知である。反応中に含まれる活性部位は、反応の方向に重要な役割を演じる。更に、部分酸化生成物についての選択率は、吸着した炭化水素とC−O結合を形成するための格子酸素の反応性に依存する。例えば、アルケンはより反応性であり、アルカンに比較して優先的に、金属酸化物/酸性触媒上に吸着する。MoVの混合金属酸化物相は、炭化水素の活性の原因であることが知られており、触媒の活性は、触媒の表面上でのV+4及びV+5の相対数に依存する。更に、パラジウムは、全酸化金属として並びにアルケンの酸化を容易にすることを助ける金属として知られている。混合金属酸化物触媒上の金属の高い分散度を有するPdの最適量は、酢酸への高い選択率になる。
更に、共供給物としての水の添加は、反応希釈剤として及び反応のための熱調節剤として重要な役割を演じ、また、蒸気相酸化反応に於ける反応生成物の脱着促進剤として又は酢酸の増加した収率になる全酸化の原因となる部位をマスクする作用をする。
エチレン法の部分酸化を実施する際に、反応混合物には、好ましくは、1モルのエチレン、0.01〜2.0モルの分子状酸素(純粋の酸素又は空気の形態で)及びゼロ〜5.0モルのスチームの形態での水が含有されている。反応希釈剤又は熱調節剤として、ヘリウム、窒素及び二酸化炭素のような他のガスを使用することができる。
反応混合物のガス状成分には、好ましくは、エチレン、酸素及び希釈剤が含まれ、これらの成分は、反応帯域に導入する前に均一に混合することができる。この成分は、個別に又は反応帯域に導入する前に混合した後で予熱することができ、反応帯域は約150℃〜約450℃の温度を有していなくてはならない。
反応帯域は、好ましくは、1〜50バール、更に好ましくは1〜30バールの圧力、約150℃〜約450℃、更に好ましくは200℃〜300℃の温度、約0.1秒〜100秒、更に好ましくは0.1秒〜10秒の反応混合物と触媒との間の接触時間及び約50〜約50,000時-1、更に好ましくは100〜10,000時-1、最も好ましくは200〜3,000時-1の時間基準の空間速度を有する。
接触時間は、時間の単位での、触媒床の見掛け体積と、所定の反応条件下で触媒床に供給されるガス状反応混合物の体積との間の比として定義される。
空間速度は、反応器内の触媒のリットルで割った、1時間に亘って発生した全排出物のリットルでの全反応器出口ガス当量を決定することによって、計算される。この室温度体積を、0℃で1バールでの体積に変換する。
反応圧力は、最初は、ガス状反応剤及び希釈剤の供給物によって与えられ、反応が開始した後は、反応器出口流に設置された適切な背圧調節器を使用することによって維持することができる。
反応温度は、所望の反応温度に加熱された循環サンドバス炉の中に設置された壁を有する管状転化器内に触媒床を設置することによって与えることができる。
供給ガス混合物中の酸素濃度は、爆発問題を避けるために適当な尺度を適用することによって、供給混合物の0.1から50%又はそれ以上まで広く変えることができる。空気が、供給物中の酸素の好ましい源泉である。存在する酸素の量は、供給物中の炭化水素の化学量論的量又はそれ以下であってよい。
この方法は、一般的に、酸素及び反応剤全てを1回の供給物として供給し、未反応の最初の反応剤を再循環させて一段階で実施される。しかしながら、中間の炭化水素供給物と共に反応器への酸素の多段階添加を使用することもできる。これによって、酢酸への生産性が改良され、潜在的な危険条件が回避されるであろう。
【0006】
(実施例)
下記の実施例は、本発明の範囲内に入る生成物の幾つか及びその製造方法の例示である。勿論、これらは、如何なる様式でも本発明の限定と考えるべきではない。多数の変更及び修正を、本発明に関して行うことができる。
本発明を示すために、下記に示す2種の触媒組成物を使用して、幾つかの実施例を実施した。
触媒A Mo10.396Nb0.128Pd3.84 E-04
触媒B Mo1V0.628Pd2.88 E-04La1.0 E-05
【0007】
触媒Aのための製造手順:11.4グラムの量のメタバナジン酸アンモニウム(アルドリッチ・ケミカルス社(Aldrich Chemicals)、分析=99.0%)を、120mLの蒸留水に添加し、撹拌しながら90℃まで加熱した。2.5グラムのシュウ酸を添加して、5と6との間のpHを有する透明黄色溶液(溶液A)を得た。19.4グラムのシュウ酸ニオブ(21.5% Nb2O5、ニオブ・プロダクツ社(Niobium Products Company)、米国)を、86mLの水に添加し、連続的に撹拌しながら65℃まで加熱して、1のpHを有する透明白色溶液(溶液B)を得た。次いで、溶液Bを溶液Aと一緒にした。得られた溶液を90℃で加熱し、28グラムのシュウ酸を、連続的に撹拌しながら非常にゆっくり添加して、溶液Cを得た。43.2グラムの量のパラモリブデン酸アンモニウム四水和物(アルドリッチ・ケミカルス社A.C.S.−12054−85−2)を、45mLの水に添加し、60℃まで加熱して、6.0と6.5との間のpHを有する無色溶液(溶液D)を得た。溶液Dを溶液Cとゆっくり一緒にして、暗青色乃至暗灰色の沈殿(混合物E)を得た。必要量のパラジウムを、混合物をゲル化させるためにゆっくり添加した。この黒色組合せ物を激しく撹拌して、均一なゲル混合物を得、次いでこれを、60〜120分以内で95〜98℃で連続的に撹拌しながら初期乾固までゆっくり乾燥させた。
得られた固体を磁器皿に入れ、オーブン内で120℃で16時間更に乾燥させた。乾燥した物質を室温にまで冷却させ、炉の中に入れた。温度を、室温から350℃まで2゜/分の速度で上昇させ、その後350℃で4時間維持した。
焼成した触媒を40〜60メッシュサイズの均一な粒子に配合し、エタン酸化的脱水素について評価した。
【0008】
触媒Bのための製造手順:6グラムの量のメタバナジン酸アンモニウム(アルドリッチ・ケミカルス社、分析=99.0%)を、65mLの蒸留水に添加し、撹拌しながら90℃まで加熱した。6グラムのシュウ酸を上記の溶液に添加した。pH2〜2.5で80℃で、溶液の色は黄がかった緑色から暗褐色に変化する(溶液A)。14.4グラムの量のパラモリブデン酸アンモニウム四水和物(アルドリッチ・ケミカルス社A.C.S.−12054−85−2)を、16.7mLの水に添加し、60〜65℃まで加熱して、5.0と6.0との間のpHを有する無色溶液(溶液B)を得た。溶液Aを溶液Bとゆっくり混合して、暗青色乃至暗灰色の沈殿(混合物E)を得た。必要量のパラジウム続いて硝酸ランタンを、混合物をゲル化させるためにゆっくり添加した。この黒色組合せ物を激しく撹拌して、均一なゲル混合物を得、次いでこれを、60〜120分以内で95〜98℃で連続的に撹拌しながら初期乾固までゆっくり乾燥させた。
得られた固体を磁器皿に入れ、オーブン内で120℃で16時間更に乾燥させた。乾燥した物質を室温にまで冷却させ、炉の中に入れた。温度を、室温から350℃まで2゜/分の速度で上昇させ、その後350℃で4時間維持した。
焼成した触媒を40〜60メッシュサイズの均一な粒子に配合し、エタン酸化的脱水素について評価した。
実施例1〜5のために、触媒Aを使用し、一方、実施例6及び7のために、触媒Bを使用した。
反応生成物を、オンラインでガスクロマトグラフィーによって分析した。酸素、窒素及び一酸化炭素は、13Xモレキュラーシーブの2.5m×3mmのカラムを使用して分析した。二酸化炭素及びエチレンは、商品名ポラパック(PORAPACK)(登録商標)Nで販売されている物質を充填した0.5m×3mmのカラムを使用して分析した。酢酸及び水は、商品名ハヤセプ(HAYASEP)(登録商標)Qで販売されている物質を充填した1.5m×3mmのカラムを使用して分析した。全ての場合に、転化率及び選択率計算は、下記の化学量論に基づいた。
24 + O2 → C242
24 + 2O2 → 2CO + 3H2
24 + 3O2 → 2CO2 + 3H2
酢酸の収率は、酢酸への選択率にエチレン転化率を掛けることによって計算した。
【0009】
実施例1
0.760cm(内径)×46cm(長さ)であるステンレススチール製管型反応器に、1gの焼成した触媒A(40〜60メッシュ)を装入し、3gの同じメッシュサイズの二酸化ケイ素で希釈した。次いで、反応器を、サンドバスサーモスタット付き炉の中で285℃に加熱し、窒素で200psiまで加圧した。体積で、14.79%のエチレン及び85.21%の空気を含有するガス供給物を、58.30cc/分の流量で反応器に供給した。液体生成物をコールドトラップ内に凝縮させ、ガス生成物をオンラインGCシステムで分析した。
【0010】
実施例2
0.760cm(内径)×46cm(長さ)であるステンレススチール製管型反応器に、1gの焼成した触媒A(40〜60メッシュ)を装入し、3gの同じメッシュサイズの二酸化ケイ素で希釈した。次いで、反応器を、サンドバスサーモスタット付き炉の中で285℃に加熱し、窒素で200psiまで加圧した。体積で、14.94%のエチレン及び85.06%の空気を含有するガス供給物を、60.40cc/分の流量で反応器に供給した。水(STPでガスとして計算して、8.85cc/分)も、反応器入口に供給した。液体生成物をコールドトラップ内に凝縮させ、ガス生成物をオンラインGCシステムで分析した。
【0011】
実施例3
0.760cm(内径)×46cm(長さ)であるステンレススチール製管型反応器に、1gの焼成した触媒A(40〜60メッシュ)を装入し、3gの同じメッシュサイズの二酸化ケイ素で希釈した。次いで、反応器を、サンドバスサーモスタット付き炉の中で285℃に加熱し、窒素で200psiまで加圧した。体積で、15%のエチレン及び85%の空気を含有するガス供給物を、91.33cc/分の流量で反応器に供給した。液体生成物をコールドトラップ内に凝縮させ、ガス生成物をオンラインGCシステムで分析した。
【0012】
実施例4
0.760cm(内径)×46cm(長さ)であるステンレススチール製管型反応器に、1gの焼成した触媒A(40〜60メッシュ)を装入し、3gの同じメッシュサイズの二酸化ケイ素で希釈した。次いで、反応器を、サンドバスサーモスタット付き炉の中で285℃に加熱し、窒素で200psiまで加圧した。体積で、15%のエチレン及び85%の空気を含有するガス供給物を、90.60cc/分の流量で反応器に供給した。水(STPでガスとして計算して、9.17cc/分)も、反応器入口に供給した。液体生成物をコールドトラップ内に凝縮させ、ガス生成物をオンラインGCシステムで分析した。
【0013】
実施例5
0.760cm(内径)×46cm(長さ)であるステンレススチール製管型反応器に、7gの焼成した触媒A(40〜60メッシュ)を装入し、3gの同じメッシュサイズの二酸化ケイ素で希釈した。次いで、反応器を、サンドバスサーモスタット付き炉の中で240℃に加熱し、窒素で250psiまで加圧した。体積で、10.10%のエチレン及び89.9%の空気を含有するガス供給物を、35.33cc/分の流量で反応器に供給した。液体生成物をコールドトラップ内に凝縮させ、ガス生成物をオンラインGCシステムで分析した。
【0014】
実施例6
0.760cm(内径)×46cm(長さ)であるステンレススチール製管型反応器に、1gの焼成した触媒B(40〜60メッシュ)を装入し、3gの同じメッシュサイズの二酸化ケイ素で希釈した。次いで、反応器を、サンドバスサーモスタット付き炉の中で285℃に加熱し、窒素で200psiまで加圧した。体積で、14.16%のエチレン及び85.84%の空気を含有するガス供給物を、59.80cc/分の流量で反応器に供給した。水(STPでガスとして計算して、9.16cc/分)も、反応器入口に供給した。液体生成物をコールドトラップ内に凝縮させ、ガス生成物をオンラインGCシステムで分析した。
【0015】
実施例7
0.760cm(内径)×46cm(長さ)であるステンレススチール製管型反応器に、1gの焼成した触媒B(40〜60メッシュ)を装入し、3gの同じメッシュサイズの二酸化ケイ素で希釈した。次いで、反応器を、サンドバスサーモスタット付き炉の中で285℃に加熱し、窒素で200psiまで加圧した。体積で、14.31%のエチレン及び85.69%の空気を含有するガス供給物を、59.90cc/分の流量で反応器に供給した。液体生成物をコールドトラップ内に凝縮させ、ガス生成物をオンラインGCシステムで分析した。
上記の反応条件下での触媒A及びBでの試験の結果を、表Iに示し、不純物を含有する凝縮した生成物の典型的な分析を、表IIに示す。
【0016】
【表1】

Figure 0004486751
【0017】
【表2】
Figure 0004486751
【0018】
本発明を使用して示される上記の結果から、下記の驚くべき且つ予想外の利点を得ることができる。
1.エチレンの高い活性/転化は、アルケンの部分酸化の高い速度を反映している。
2.本発明は、酢酸へのエチレンの酸化の高い速度を与える。
3.本発明は、COx生成物への全酸化の低い速度を与える。
4.供給物の中に水を添加することによって、酸化生成物である酢酸への活性及び選択率が増加し、一方、COx生成物が減少し、この影響の大きさは、使用する水の量に依存する。
本発明の上記の説明は、例示であり限定でないことを意図する。説明した実施形態に於ける種々の変更又は修正は、当業者に生じ得る。これらは本発明の精神及び範囲から逸脱することなくすることができる。[0001]
(Background of the Invention)
(Field of Invention)
The present invention relates to an improved catalyst system containing MoVNbPd, MoVLaPd and combinations thereof and an improved catalytic process for the low temperature selective oxygenation of ethylene to acetic acid. More particularly, the present invention relates to a single step catalytic process using a novel catalyst to provide high ethylene conversion and acetic acid yield.
[0002]
(Description of related technology)
Several publications are referenced in this patent application. These references describe the state of the art to which this invention pertains and are incorporated herein by reference.
Acetic acid is generally produced by methanol carbonylation using an expensive rhodium catalyst in a liquid phase homogeneous reaction. This method requires complex procedures for catalyst recovery and product isolation. Furthermore, the presence of iodine at the ppm level in the final product has a negative impact on the use of acetic acid produced by this method.
Acetic acid is also produced by a two-stage acetaldehyde method using a manganese catalyst. Such methods are disclosed in U.S. Pat. Nos. 3,131,223, 3,057,915, 3,301,905 and 3,240,805. The first stage of the process involves the production of acetaldehyde from ethylene. The economics of this method are not advantageous due to the costs arising from the two stages. Furthermore, these methods produce large amounts of acetaldehyde as a by-product. Furthermore, large amounts of ethylene will be lost due to complete oxidation to carbon dioxide.
More recently, Showa Denko [European Patent No. 0 62 0205 A1] describes phosphorous, silicon, boron, aluminum, germanium, titanium, zirconium, cerium, cobalt, chromium and metallic palladium, and groups XI and XIV of the periodic table. Relates to a catalytic process for the conversion of ethylene to acetic acid using a catalyst containing a heteropolyacid with at least one element selected from the group XV, XV and XVI. One-pass conversion of ethylene has been reported to produce significant amounts of acetaldehyde that are very low on these heteropoly catalysts and can have a significant impact on separation costs. The catalyst system used in the present invention is different from the Showa Denko catalyst.
European Patent No. A0 29 4845 is in contact with a physical mixture of at least two catalyst systems comprising (A) a catalyst for oxydehydrogenation of ethane to ethylene and (B) a catalyst for hydration / oxidation of ethylene. And is concerned with a highly selective process for the production of acetic acid by oxidizing ethane or ethylene with oxygen. The ethaneoxy dehydrogenation catalyst has the formula MoxVyZz, where Z is metal, Nb, Sb, Ta, Ca, Sr, Ti, W, Li, Na, Be, Mg, Zn, Cd, Hg, Sc, Fe and Ni 1 type or 2 types or more). The catalyst for hydration / oxidation is selected from a molecular sieve catalyst, a palladium-containing oxide catalyst, a tungsten-phosphorus oxide catalyst or a tin or molybdenum-containing oxide catalyst. European Patent No. A0 29 4845 uses a catalyst produced by physical mixing of two catalysts.
Japanese Patent No. 46-6763 describes the following metal atom combinations: V-Pd-Sb, V-Rh-Sb, V-Pd-P, V-Rh-P, V-Rh-As, V- Use the special catalysts disclosed in the Examples, including Pd-As, Mo-Pd-Sb, Mo-Rh-Sb, Mo-Rh-As and Mo-P-W-Pd-Rh-Sb. Related to the catalytic oxidation of ethylene to acetic acid.
Japanese Patent 54-57488 relates to the use of a NaPdH2-PMoV catalyst for the oxidation of ethylene to acetic acid.
Syoji Tan et al. [J. Catal. 17: 132-142, 1970] reported that olefins oxidize to ketones over the two-component catalyst systems Co 3 O 4 —MoO 3 and SnO 2 —MoO 3 . This document discloses the production of acetic acid as a by-product along with other compounds, and in particular the product of ethylene was only carbon dioxide.
Thus, any of the prior art is a bifunctional catalyst, from ethylene using a catalyst designed in such a way that it improves the activation function and the selectivity to the desired product acetic acid. It does not disclose or suggest the advantages of the catalyst system disclosed in the present invention for the selective production of acetic acid.
[0003]
(Object of invention)
The object of the present invention is to overcome the above-identified drawbacks.
Another object of the present invention is to provide an improved catalyst system for the production of acetic acid.
Yet another object of the present invention is to provide an improved process for the production of acetic acid with improved selectivity and yield of the desired product acetic acid.
Yet another object of the present invention is to provide an improved process for producing a catalyst for the production of acetic acid.
The foregoing and other objects and advantages of the invention will be set forth in or apparent from the description that follows.
[0004]
(Summary of the Invention)
The present invention is a gas phase reaction, with relatively high levels of conversion, selectivity and productivity, with molecular oxygen to acetic acid at temperatures in the range of 150 ° C. to 450 ° C. and pressures of 1 to 50 bar. It relates to the selective oxidation of ethylene. This is achieved by using mixed metal oxides, including supported or unsupported MoVNbPd or MoVLaPd oxide catalysts.
[0005]
(Description of Preferred Embodiment)
For the oxidation catalyst, the selectivity behavior to the desired partial oxidation product is determined by other physical reactions such as (a) hydrocarbon to oxygen ratio, (b) pressure, (c) reaction temperature and (d) contact time. In addition to the parameters, it depends on the type of active center in the catalyst.
In general, it is known that the selectivity for light oxidation products such as acetic acid increases when the reaction temperature decreases, while the yield decreases for total conversion. The active site involved in the reaction plays an important role in the direction of the reaction. Furthermore, the selectivity for the partial oxidation product depends on the reactivity of the lattice oxygen to form C—O bonds with the adsorbed hydrocarbons. For example, alkenes are more reactive and preferentially adsorb on metal oxide / acidic catalysts compared to alkanes. The mixed metal oxide phase of MoV is known to be responsible for the activity of hydrocarbons, and the activity of the catalyst depends on the relative number of V +4 and V +5 on the surface of the catalyst. In addition, palladium is known as a total metal oxide as well as a metal that helps facilitate the oxidation of alkenes. The optimum amount of Pd with a high degree of metal dispersion on the mixed metal oxide catalyst results in a high selectivity to acetic acid.
Furthermore, the addition of water as a co-feed plays an important role as a reaction diluent and as a heat regulator for the reaction, and as a desorption accelerator for reaction products in a vapor phase oxidation reaction or as an acetic acid. It acts to mask the sites responsible for the total oxidation resulting in an increased yield of.
In carrying out the partial oxidation of the ethylene process, the reaction mixture preferably contains 1 mol of ethylene, 0.01 to 2.0 mol of molecular oxygen (in the form of pure oxygen or air) and zero to 5 Contains water in the form of 0.0 moles of steam. Other gases such as helium, nitrogen and carbon dioxide can be used as reaction diluents or thermal modifiers.
The gaseous components of the reaction mixture preferably include ethylene, oxygen and diluent, and these components can be mixed uniformly before being introduced into the reaction zone. The components can be preheated individually or after mixing prior to introduction into the reaction zone, and the reaction zone must have a temperature of from about 150 ° C to about 450 ° C.
The reaction zone is preferably 1 to 50 bar, more preferably 1 to 30 bar pressure, about 150 ° C. to about 450 ° C., more preferably 200 ° C. to 300 ° C., about 0.1 sec to 100 sec, More preferably, the contact time between the reaction mixture and the catalyst of 0.1 seconds to 10 seconds and about 50 to about 50,000 hours −1 , more preferably 100 to 10,000 hours −1 , most preferably 200 to It has a time-based space velocity of 3,000 hours- 1 .
Contact time is defined as the ratio between the apparent volume of the catalyst bed in units of time and the volume of the gaseous reaction mixture fed to the catalyst bed under the given reaction conditions.
The space velocity is calculated by determining the total reactor outlet gas equivalent in liters of total emissions generated over 1 hour divided by liters of catalyst in the reactor. This chamber temperature volume is converted to a volume at 1 bar at 0 ° C.
The reaction pressure is initially provided by the gaseous reactant and diluent feed and should be maintained by using an appropriate back pressure regulator installed in the reactor outlet stream after the reaction has begun. Can do.
The reaction temperature can be provided by installing the catalyst bed in a tubular converter having walls installed in a circulating sand bath furnace heated to the desired reaction temperature.
The oxygen concentration in the feed gas mixture can vary widely from 0.1 to 50% or more of the feed mixture by applying an appropriate measure to avoid explosion problems. Air is a preferred source of oxygen in the feed. The amount of oxygen present may be a stoichiometric amount of hydrocarbons in the feed or less.
This process is generally carried out in one step with oxygen and all of the reactants fed as a single feed and the unreacted initial reactant is recycled. However, it is also possible to use a multistage addition of oxygen to the reactor with an intermediate hydrocarbon feed. This will improve productivity to acetic acid and avoid potential hazardous conditions.
[0006]
(Example)
The following examples are illustrative of some of the products that fall within the scope of the present invention and how to make them. Of course, these should not be considered a limitation of the present invention in any way. Numerous changes and modifications can be made with respect to the present invention.
In order to illustrate the present invention, several examples were carried out using the two catalyst compositions shown below.
Catalyst A Mo 1 V 0.396 Nb 0.128 Pd 3.84 E-04
Catalyst B M o 1V 0.628 Pd 2.88 E-04 La 1.0 E-05
[0007]
Manufacturing Procedure for Catalyst A: An amount of 11.4 grams of ammonium metavanadate (Aldrich Chemicals, analysis = 99.0%) was added to 120 mL of distilled water and stirred at 90 ° C. Until heated. 2.5 grams of oxalic acid was added to give a clear yellow solution (solution A) having a pH between 5 and 6. 19.4 grams of niobium oxalate (21.5% Nb2O5, Niobium Products Company, USA) was added to 86 mL of water and heated to 65 ° C. with continuous stirring. A clear white solution (solution B) having a pH of was obtained. Solution B was then combined with Solution A. The resulting solution was heated at 90 ° C. and 28 grams of oxalic acid was added very slowly with continuous stirring to obtain Solution C. An amount of 43.2 grams of ammonium paramolybdate tetrahydrate (Aldrich Chemicals, Inc. AC 12054-85-2) was added to 45 mL of water and heated to 60 ° C. A colorless solution (solution D) having a pH between 0.0 and 6.5 was obtained. Solution D was slowly combined with Solution C to give a dark blue to dark gray precipitate (mixture E). The required amount of palladium was added slowly to allow the mixture to gel. The black combination was stirred vigorously to obtain a uniform gel mixture, which was then slowly dried to initial dryness with continuous stirring at 95-98 ° C. within 60-120 minutes.
The resulting solid was placed in a porcelain dish and further dried in an oven at 120 ° C. for 16 hours. The dried material was allowed to cool to room temperature and placed in a furnace. The temperature was increased from room temperature to 350 ° C. at a rate of 2 ° / min and then maintained at 350 ° C. for 4 hours.
The calcined catalyst was blended into uniform particles of 40-60 mesh size and evaluated for ethane oxidative dehydrogenation.
[0008]
Manufacturing Procedure for Catalyst B: An amount of 6 grams of ammonium metavanadate (Aldrich Chemicals, analysis = 99.0%) was added to 65 mL of distilled water and heated to 90 ° C. with stirring. 6 grams of oxalic acid was added to the above solution. At 80 ° C. at pH 2 to 2.5, the color of the solution changes from yellowish green to dark brown (Solution A). A quantity of 14.4 grams of ammonium paramolybdate tetrahydrate (Aldrich Chemicals, Inc. AC 12054-85-2) was added to 16.7 mL of water and heated to 60-65 ° C. A colorless solution (solution B) having a pH between 5.0 and 6.0 was obtained. Solution A was slowly mixed with solution B to give a dark blue to dark gray precipitate (mixture E). The required amount of palladium followed by lanthanum nitrate was added slowly to allow the mixture to gel. The black combination was stirred vigorously to obtain a uniform gel mixture, which was then slowly dried to initial dryness with continuous stirring at 95-98 ° C. within 60-120 minutes.
The resulting solid was placed in a porcelain dish and further dried in an oven at 120 ° C. for 16 hours. The dried material was allowed to cool to room temperature and placed in a furnace. The temperature was increased from room temperature to 350 ° C. at a rate of 2 ° / min and then maintained at 350 ° C. for 4 hours.
The calcined catalyst was blended into uniform particles of 40-60 mesh size and evaluated for ethane oxidative dehydrogenation.
Catalyst A was used for Examples 1-5, while Catalyst B was used for Examples 6 and 7.
The reaction product was analyzed by gas chromatography online. Oxygen, nitrogen, and carbon monoxide were analyzed using a 13 × molecular sieve 2.5 m × 3 mm column. Carbon dioxide and ethylene were analyzed using a 0.5 m × 3 mm column packed with material sold under the trade name PORAPACK® N. Acetic acid and water were analyzed using a 1.5 m × 3 mm column packed with material sold under the trade name HAYASEP® Q. In all cases, conversion and selectivity calculations were based on the following stoichiometry.
C 2 H 4 + O 2 → C 2 H 4 O 2
C 2 H 4 + 2O 2 → 2CO + 3H 2 O
C 2 H 4 + 3O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O
The acetic acid yield was calculated by multiplying the selectivity to acetic acid by the ethylene conversion.
[0009]
Example 1
A stainless steel tube reactor measuring 0.760 cm (inner diameter) × 46 cm (length) is charged with 1 g of calcined catalyst A (40-60 mesh) and diluted with 3 g of silicon dioxide of the same mesh size. did. The reactor was then heated to 285 ° C. in a sand bath thermostatic oven and pressurized to 200 psi with nitrogen. A gas feed containing 14.79% ethylene and 85.21% air by volume was fed to the reactor at a flow rate of 58.30 cc / min. The liquid product was condensed in a cold trap and the gas product was analyzed with an on-line GC system.
[0010]
Example 2
A stainless steel tube reactor measuring 0.760 cm (inner diameter) × 46 cm (length) is charged with 1 g of calcined catalyst A (40-60 mesh) and diluted with 3 g of silicon dioxide of the same mesh size. did. The reactor was then heated to 285 ° C. in a sand bath thermostatic oven and pressurized to 200 psi with nitrogen. A gas feed containing 14.94% ethylene and 85.06% air by volume was fed to the reactor at a flow rate of 60.40 cc / min. Water (8.85 cc / min, calculated as gas at STP) was also fed to the reactor inlet. The liquid product was condensed in a cold trap and the gas product was analyzed with an on-line GC system.
[0011]
Example 3
A stainless steel tube reactor measuring 0.760 cm (inner diameter) × 46 cm (length) is charged with 1 g of calcined catalyst A (40-60 mesh) and diluted with 3 g of silicon dioxide of the same mesh size. did. The reactor was then heated to 285 ° C. in a sand bath thermostatic oven and pressurized to 200 psi with nitrogen. A gas feed containing 15% ethylene and 85% air by volume was fed to the reactor at a flow rate of 91.33 cc / min. The liquid product was condensed in a cold trap and the gas product was analyzed with an on-line GC system.
[0012]
Example 4
A stainless steel tube reactor measuring 0.760 cm (inner diameter) × 46 cm (length) is charged with 1 g of calcined catalyst A (40-60 mesh) and diluted with 3 g of silicon dioxide of the same mesh size. did. The reactor was then heated to 285 ° C. in a sand bath thermostatic oven and pressurized to 200 psi with nitrogen. A gas feed containing 15% ethylene and 85% air by volume was fed to the reactor at a flow rate of 90.60 cc / min. Water (9.17 cc / min, calculated as gas at STP) was also fed to the reactor inlet. The liquid product was condensed in a cold trap and the gas product was analyzed with an on-line GC system.
[0013]
Example 5
A stainless steel tubular reactor measuring 0.760 cm (inner diameter) x 46 cm (length) was charged with 7 g of calcined catalyst A (40-60 mesh) and diluted with 3 g of silicon dioxide of the same mesh size. did. The reactor was then heated to 240 ° C. in a furnace with a sand bath thermostat and pressurized to 250 psi with nitrogen. A gas feed containing 10.10% ethylene and 89.9% air by volume was fed to the reactor at a flow rate of 35.33 cc / min. The liquid product was condensed in a cold trap and the gas product was analyzed with an on-line GC system.
[0014]
Example 6
A stainless steel tube reactor measuring 0.760 cm (inner diameter) × 46 cm (length) is charged with 1 g of calcined catalyst B (40-60 mesh) and diluted with 3 g of silicon dioxide of the same mesh size. did. The reactor was then heated to 285 ° C. in a sand bath thermostatic oven and pressurized to 200 psi with nitrogen. A gas feed containing 14.16% ethylene and 85.84% air by volume was fed to the reactor at a flow rate of 59.80 cc / min. Water (9.16 cc / min, calculated as gas at STP) was also fed to the reactor inlet. The liquid product was condensed in a cold trap and the gas product was analyzed with an on-line GC system.
[0015]
Example 7
A stainless steel tube reactor measuring 0.760 cm (inner diameter) × 46 cm (length) is charged with 1 g of calcined catalyst B (40-60 mesh) and diluted with 3 g of silicon dioxide of the same mesh size. did. The reactor was then heated to 285 ° C. in a sand bath thermostatic oven and pressurized to 200 psi with nitrogen. A gas feed containing 14.31% ethylene and 85.69% air by volume was fed to the reactor at a flow rate of 59.90 cc / min. The liquid product was condensed in a cold trap and the gas product was analyzed with an on-line GC system.
The results of tests on catalysts A and B under the reaction conditions described above are shown in Table I, and a typical analysis of condensed products containing impurities is shown in Table II.
[0016]
[Table 1]
Figure 0004486751
[0017]
[Table 2]
Figure 0004486751
[0018]
From the above results shown using the present invention, the following surprising and unexpected advantages can be obtained.
1. The high ethylene activity / conversion reflects the high rate of partial oxidation of alkenes.
2. The present invention provides a high rate of ethylene oxidation to acetic acid.
3. The present invention provides a low rate of total oxidation to the COx product.
4). The addition of water into the feed increases the activity and selectivity to the oxidation product acetic acid while reducing the COx product, the magnitude of this effect being dependent on the amount of water used. Dependent.
The above description of the present invention is intended to be illustrative and not limiting. Various changes or modifications in the described embodiments may occur to those skilled in the art. These can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (17)

エチレンを含有する反応混合物、酸素又は反応帯域内で酸素を与えることができる化合物とを、MoVLaPdからなる、坦持された又は坦持されない混合金属酸化物触媒の存在下で、エチレンを酢酸に転化するために十分な反応温度接触させる工程を含む、酢酸へのエチレンの選択的酸化のための一段工程方法。A reaction mixture containing ethylene and oxygen or a compound capable of providing oxygen in the reaction zone are converted from ethylene to acetic acid in the presence of a supported or unsupported mixed metal oxide catalyst consisting of MoVLaPd. comprising contacting in a sufficient reaction temperature for conversion, stage-step process for ethylene selective oxidation to acetic acid. 該触媒が固定床又は流動床の形態である、請求項1記載の方法。  The process of claim 1 wherein the catalyst is in the form of a fixed bed or fluidized bed. 該混合物に更にスチームが含有されている、請求項1記載の方法。  The method according to claim 1, wherein the mixture further contains steam. 該反応混合物に更に空気が含有されている、請求項1記載の方法。  The method according to claim 1, wherein the reaction mixture further contains air. 該反応に酸素が含有されている、請求項1記載の方法。  The process of claim 1 wherein the reaction contains oxygen. 該混合物が、該反応帯域の中に導入される供給混合物である、請求項1記載の方法。  The process of claim 1, wherein the mixture is a feed mixture introduced into the reaction zone. 該混合物に、供給混合物の0.1〜50体積%の範囲内の分子状酸素が含有されている、請求項1記載の方法。  The process according to claim 1, wherein the mixture contains molecular oxygen in the range of 0.1 to 50% by volume of the feed mixture. 該混合物が、供給混合物の0〜50体積%の範囲内の量の水/スチームによって希釈されている、請求項1記載の方法。  The method of claim 1, wherein the mixture is diluted with an amount of water / steam in the range of 0-50% by volume of the feed mixture. 該エチレンが蒸気形態である、請求項1記載の方法。  The process of claim 1 wherein the ethylene is in vapor form. 反応温度が150〜450℃である、請求項1記載の方法。  The method according to claim 1, wherein the reaction temperature is 150 to 450 ° C. 該反応帯域が1〜50バールの圧力下である、請求項1記載の方法。  The process according to claim 1, wherein the reaction zone is under a pressure of 1 to 50 bar. 該接触が、0.1〜10秒の該反応混合物と触媒との間の接触時間を与える、請求項1記載の方法。  The process of claim 1 wherein the contacting provides a contact time between the reaction mixture and the catalyst of 0.1 to 10 seconds. 該酸化が、該反応帯域を通る1回通過当たり酢酸の70%収率を与える、請求項1記載の方法。  The process of claim 1, wherein the oxidation provides a 70% yield of acetic acid per pass through the reaction zone. 該酸化が、該反応帯域を通る1回通過当たり1400のSTY(酢酸g/触媒L/時)を与える、請求項1記載の方法。  The process of claim 1 wherein the oxidation provides 1400 STY (g acetic acid / L catalyst / hour) per pass through the reaction zone. エチレンの該酸化が、5ppmより少ないアセトアルデヒドを生成する、請求項1記載の方法。  The method of claim 1, wherein the oxidation of ethylene produces less than 5 ppm acetaldehyde. 該混合物に10体積%より多くのエチレンが含有されている、請求項1記載の方法。  The process according to claim 1, wherein the mixture contains more than 10% by volume of ethylene. 更に、酢酸の収率、選択率又は収率と選択率との組合せを増加させるための、反応帯域の中への空気又は酸素の導入の多段が含まれる、請求項1記載の方法。  The method of claim 1 further comprising multiple stages of introduction of air or oxygen into the reaction zone to increase acetic acid yield, selectivity, or a combination of yield and selectivity.
JP2000556867A 1999-06-25 1999-06-25 Catalyst system for one-stage gas phase production of acetic acid from ethylene Expired - Fee Related JP4486751B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP1999/004502 WO2000000284A2 (en) 1998-06-29 1999-06-25 Catalyst systems for the one step gas phase production of acetic acid from ethylene

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002537220A JP2002537220A (en) 2002-11-05
JP4486751B2 true JP4486751B2 (en) 2010-06-23

Family

ID=8167350

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000556867A Expired - Fee Related JP4486751B2 (en) 1999-06-25 1999-06-25 Catalyst system for one-stage gas phase production of acetic acid from ethylene

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4486751B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4861563B2 (en) * 2001-04-24 2012-01-25 昭和電工株式会社 Method for purifying lower aliphatic carboxylic acid, method for producing lower aliphatic carboxylic acid by the purification method, and lower aliphatic carboxylic acid obtained by the production method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19717076A1 (en) * 1997-04-23 1998-10-29 Hoechst Ag Catalyst and process for the catalytic oxidation of ethane to acetic acid
DE19745902A1 (en) * 1997-10-17 1999-04-22 Hoechst Ag Selective production of acetic acid with high space-time yield

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002537220A (en) 2002-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4346822B2 (en) Molybdenum-vanadium catalyst for the low temperature selective oxidation of propylene, its production and use
JP4809531B2 (en) Catalytic oxidation of alkanes to the corresponding acids
JP4596377B2 (en) Catalyst for oxidation of ethane to acetic acid, method of formation and use thereof
US6030920A (en) Catalysts for producing acetic acid from ethane oxidation, processes of making same and method of using same
MXPA02005180A (en) Mixed-metal oxide catalysts and processes for preparing the same.
JP4116293B2 (en) Method for selectively producing acetic acid by catalytic oxidation of ethane and / or ethylene
US6028221A (en) Catalyst systems for the one step gas phase production of acetic acid from ethylene and methods of making and using the same
KR20020029132A (en) Sulfur containing promoter for alkanes oxidative dehydrogenation processes
US6156928A (en) Method for gas phase production of acetic acid from ethane
JPS5820944B2 (en) Production method of acrolein by propylene oxidation
JP3961834B2 (en) Catalyst for the oxidation of lower olefins to unsaturated aldehydes, process for their production and use
JP4486751B2 (en) Catalyst system for one-stage gas phase production of acetic acid from ethylene
JP2558036B2 (en) Method for producing methacrolein and / or methacrylic acid
JP4809532B2 (en) Catalyst for catalytic oxidation of propane to acrylic acid, its production and use
KR100978775B1 (en) Mixed metal oxide catalyst and process for production of acetic acid
US4408071A (en) Process for the production of carboxylic acids
JP3817374B2 (en) Process for producing unsaturated carboxylic acid
JPH08301815A (en) Production of glyoxylic acid ester
US3981912A (en) Process for the preparation of unsaturated carboxylic acids by the catalytic oxidation in gaseous phase of the corresponding aldehydes
JPS584692B2 (en) Method for producing methacrolein
SA99200361B1 (en) CATALYST CATALYST BASED ON MOLYBDENUM - VANADIUM FOR SELECTIVE OXIDATION OF PROPYLENE AT LOW TEMPERATURE, METHODOLOGY FOR ITS MANUFACTURING AND USAGE
JP2001011023A (en) Production of aromatic carboxylate ester
JPS5820943B2 (en) Process for producing unsaturated aldehydes
JPH01319455A (en) Production of unsaturated carboxylic acid and ester thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060424

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090331

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090604

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091020

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091102

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100316

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100329

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130402

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130402

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140402

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees