JP4809532B2 - Catalyst for catalytic oxidation of propane to acrylic acid, its production and use - Google Patents

Catalyst for catalytic oxidation of propane to acrylic acid, its production and use Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
プロパンの接触気相部分酸化を通じてアクリル酸を製造するための新規な混合金属酸化物触媒と、低温でアクリル酸及びアクロレインを単段選択的に製造するためのそれの使用。
触媒はMo、V、Ga、Pd、Nb及びLa、Te、Ge、Zn、Si、In及びWからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む混合物を創成し、該混合物を乾燥し、次に乾燥した混合物を焼成することによって形成する。
【0002】
関連技術
本願には幾つかの出版物が参考文献として引用されている。これらの文献には本発明と関連する技術状況が記載されており、これらの文献は参考として本願に組み込まれる。
【0003】
アクリル酸を製造するためのプロピレンの二段気相酸化は当該技術分野において公知である。しかしながら、プロパンを酸化してアクリル酸を製造する商業的方法は存在しない。プロパンからのアクリル酸製造は、プロパンとプロピレンの間に相当な価格差があることから、より魅力的ものとなろう。
【0004】
プロパンからのアクリル酸製造に関する文献中に報告されている参考文献はほとんどない。米国特許第5,198,580号には、プロパンを部分酸化してアクリル酸、プロピレン、アクロレイン、酢酸及び炭素酸化物を得る方法が開示されている。これは、分子酸素含有ガスと混合したプロパンを反応ゾーンでBibMocvadex[式中、Aは一つ以上のK、Na、Li、Cs及びTl;Dは一つ以上のFe、Ni、Co、Zn、Ce及びLa;Eは一つ以上のW、Nb、Sb、Sn、P、Cu、Pb、B、Mg、Ca及びSr;a、d及びeの値は0〜10、bは0.1〜10、cは0.1〜20、vは0.1〜10、c:bは2:1〜30:1及びv:bは1:5〜1:8]を含有する触媒と反応させることによる方法である。モリブデン酸ビスマス型の触媒を用いて達成されるアクリル酸の収率は、圧力L4x105Pa(20psig)及び温度400℃、プロパンの転化率19%で5.4%である。
【0005】
Takashiらによる欧州特許EP0608838 A2には、不飽和カルボン酸の製造法が開示されている。これは、混合金属酸化物のMoVTeXOを含有する触媒の存在下380℃で、プロパン、空気及び水の混合物のほとんど爆発的な方式での製造法である。式中、Xはビスマス、セリウム、インジウム、タンタル、タングステン、チタン、ジルコニウム、クロム、マンガン、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウム、ニッケル、パラジウム、白金及びアンチモン、ニオブ、アルミニウムおよび硼素から選ばれる少なくとも一つの元素である。各必須成分の割合は酸素以外の必須成分の総量に基づき、且つ以下の式を満足する。すなわち、0.25<VMo<0.98、0.003<Vv<0.5,0.003<VTe<0.5,0.003<Vx<0.5で、VMo、Vv、VTe及びVxは、Mo、V、Te及びXのモル分率である。
【0006】
最近、Takashiらは別の特開平10−45643号(9845643,1998年2月)に、PaMobcden(X=Nb、Ta、Ti、Zr、Sb;a=1の場合、b=1〜18、c=0〜4、d=0〜4及びe=0.05〜20)の存在下380℃でのアクリル酸及びアクロレインの生成を開示している。これは12%のプロパン転化率でアクロレインの収率0.9%及びアクリル酸の収率3.5%を達成している。
【0007】
文献に開示された前述の触媒類は、比較的高温でアクリル酸の収率が低い結果に終わり、顕著な副産物の一つとしてプロピレンを生成する。プロピレンは特にリサイクル方式の運転においては分離するのに費用がかかり得る。
【0008】
このように、先行技術は、プロパンの気相部分酸化法を通じて低温でアクリル酸及びアクロレインを選択的に製造するための触媒については何も開示もされず、示唆もされていない。
【0009】
単一触媒によってプロパンから選択的にアクリル酸及びアクロレインが製造され、プロピレンのような中間体がほとんど生成されないように設計された触媒が提供されることが望ましい。
【0010】
発明の目的
本発明の目的は、前述の欠点を克服することにある。
本発明の別の目的は、プロパンを接触酸化させてアクリル酸を製造するための改良された触媒系を提供することにある。
本発明のさらなる目的は、プロパンを単段酸化させてアクリル酸を製造するための改良された触媒系を提供することにある。
本発明のさらなる目的はまた、改良された触媒系の製造法及び使用法を提供することにある。
本発明の前述並びに他の目的及び利点は以下に記述するか、又は以下の説明から明らかになろう。
【0011】
発明の概要
本発明はプロパンの選択的酸化のための改良された触媒系並びにその製造法及び使用法に関する。本発明の一つの好適な実施例によれば、プロパンは温度150℃〜450℃及び圧力1〜50barでの気相反応において、分子酸素で選択的に酸化されてアクリル酸及びアクロレインになる。これは、か焼組成物MoabGacPddNbefを有する新規触媒を用いることによって達成される。
式中、
X=La、Te、Ge、Zn、Si、In及びWからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素;
aは1;
bは0.01〜0.9;
cは>0〜0.2;
dは0.0000001〜0.2;
eは>0〜0.2;及び
fは>0〜0.5
である。
【0012】
a、b、c、d、e及びfの数値はそれぞれ、触媒中の元素Mo、V、Ga、Pd、Nb及びXの相対グラム原子比を表している。元素は好ましくは酸素と結合して種々の酸化物の形態で存在する。
【0013】
改良触媒系は好ましくは実施例に開示された手順によって製造される。
【0014】
さらに、本発明は、好ましくは非爆発的方式でプロパンを気相酸化してアクリル酸又はアクロレインあるいはその両方を製造するための選択的低温接触法にも関する。
【0015】
本発明の他の目的、並びに態様、特徴及び利点は、特許請求の範囲及び具体的実施例を含む本明細書を研究することにより明らかとなろう。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の一態様はプロパンの選択的酸化のための改良触媒系に関する。当該触媒系は好ましくはか焼組成物MoabGacPddNbefを含む。
式中、
X=La、Te、Ge、Zn、Si、In及びWからなる群から選ばれる少なくとも一つの元素;
aは1;
bは0.01〜0.9;
cは>0〜0.2;
dは0.0000001〜0.2;
eは>0〜0.2;及び
fは>0〜0.5
である。
【0017】
本発明の一実施例によれば、触媒組成物はMoabGacPddNbefyを含む。式中、yは触媒組成物中の他の元素の原子価要件によって決定される数である。本発明の触媒は担体の有無にかかわらず使用できる。触媒にとって適切な担体はアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、ゼオライト、炭化ケイ素、Moカーバイド、モレキュラーシーブ、及び他の微孔質/無孔質の材料、並びにそれらの混合物である。担体と共に使用する場合、担持される触媒は通常約10〜50重量%の触媒組成物を含み、50〜95重量%は担体材料である。
【0018】
本発明の別の態様は改良触媒の製造法に関する。使用する化合物の選択並びに、触媒を製造する際にとる特定の手順は触媒の性能に重大な影響を及ぼしうる。触媒組成物の元素は好ましくは酸素と結合して酸化物となる。
【0019】
好ましくは、触媒は各金属の可溶性化合物(塩、錯体又は他の化合物)の溶液から製造される。溶液は約30〜約100℃の温度の下で好ましくはpH1〜10、更に好ましくはpH1〜7を有する水性系である。
【0020】
一般的に、元素を含有する化合物の混合物は、触媒組成物中の元素のグラム原子比を所望のものとするのに十分な量の可溶性化合物を溶解することにより、及び不溶性化合物を分散させることにより製造される。次に触媒組成物は溶液系中の化合物の混合物から水及び/又は他の溶媒を除去することにより製造される。乾燥された触媒を空気又は酸素中で250℃〜450℃の温度で1時間〜16時間の間加熱することによりか焼し、所望の触媒組成物を得る。
【0021】
好ましくは、モリブデンはパラモリブデン酸アンモニウムのようなアンモニウム塩類の形態で、又は酢酸塩類、シュウ酸塩類、マンデル酸塩類、及びグリコール酸塩類のようなモリブデンの有機酸塩類として溶液中に導入される。使用できる他の部分水溶性モリブデン化合物は、酸化モリブデン類、モリブデン酸、及びモリブデンの塩化物類などである。
【0022】
好ましくは、バナジウムはメタバナジン酸アンモニウム及びデカバナジン酸アンモニウムのようなアンモニウム塩類の形態で、又は酢酸塩類、シュウ酸塩類、、及び酒石酸塩類のようなバナジウムの有機酸塩類として溶液中に導入される。酸化バナジウム類のような部分水溶性バナジウム化合物及びバナジウムの硫酸塩類も使用できる。完全な溶解性を達成するためにある量のシュウ酸又は酒石酸を加えることもできる。
【0023】
好ましくは、ガリウムはガリウムの塩類、例えば酸化物、塩化物、硝酸塩などの形態で触媒スラリー中に導入される。
【0024】
好ましくは、パラジウムはPd担持活性炭又はアルミナの形態で、又はパラジウムの塩類、例えば酢酸塩類、塩化物類、硝酸塩類などの溶液として触媒スラリー中に導入される。
【0025】
好ましくは、他の金属は酸化物類、酢酸塩類、塩化物類、硝酸塩類などの塩類の形態で触媒スラリー中に導入される。
【0026】
好ましくは、ニオブはシュウ酸塩類又は水和酸化物類の形態で使用される。この金属の可溶形態の他の供給源は、該金属がベータ−ジケトネート、カルボン酸、アミン、アルコール、又はアルカノールアミンに配位、結合又は錯化している化合物などである。
【0027】
一つの好適な実施例によれば、触媒は以下の一般的手順に従って製造される。バナジウムとモリブデンの水溶液を別々に製造する。バナジウム溶液をモリブデン溶液と特定の温度及びpHで混合する。残りの必要な成分は化合させたゲル溶液にゆっくりと添加される。混合後、得られたゲルを連続攪拌しながら最初の湿潤度まで乾燥させる。
【0028】
得られたゲル混合物を120℃で16時間乾燥後、得られた触媒を毎分2℃の速度で約350℃に加熱し、空気中においてこの温度で4時間か焼し、所望の酸化物組成物を得る。
【0029】
本発明の別の態様は、プロパンを選択的に酸化してアクリル酸を作るための本発明の触媒系の使用方法である。
【0030】
プロパンの供給源として使用される原料は、少なくとも3体積%のプロパン又はプロピレン/プロパン混合物を含有するガスの流れであり得る。該ガスの流れにはC2又はC8アルカンを含みうる。好ましくはガスの流れが、C2又はC4アルカンおよびアルケン、例えばエタン、イソブタン、n−ブタン、あるいはそれらの混合物のそれぞれの30体積%未満を含む。また、該ガスの流れは、多い量の、5体積%より多い量の、希釈剤、例えば窒素/アルゴン、二酸化炭素、及び水蒸気の形態の水も含まれ得る。
【0031】
製造工程を実施するに当たり、反応混合物は一般に1モルのプロパン、0.01〜2.0モルの分子酸素(純酸素として又は空気の形態で)、及び0〜4.0モルの水(水蒸気の形態で)を含有する。
【0032】
供給物としての分子酸素源は、精製酸素、空気及び酸素を濃縮した空気などであるが、どれを選択するかは分離の経済性及び達成される炭化水素転化率による。プロパン対酸素の比率は所望の転化率及び触媒の選択率によって変動するが、一般的には1/5〜5/1の範囲にある。
【0033】
爆発問題を回避するための適切な手段を講じることにより、供給ガス混合物中の酸素濃度は大きく変動することができ、それは供給混合物の0.1〜50%あるいはそれ以上である。空気は供給物中の酸素源として好適である。存在する酸素の量は供給物中の炭化水素の化学量理論量以下であろう。
【0034】
反応は特にアルゴン、窒素又は水蒸気のような希釈剤の存在下でも影響を受ける可能性がある。プロパン対希釈剤の比率は1/5〜1/1の範囲であり得る。
【0035】
水蒸気は反応のために反応希釈剤として及び熱調整剤として0−60重量%使用できる。また、気相酸化反応における反応生成物の脱着促進剤としても作用できる。ヘリウム、窒素及び二酸化炭素のような他のガスを反応希釈剤又は熱調整剤として使用してもよい。
【0036】
反応の液体生成物は、凝縮又は通常水もしくは希釈酸を用いる浄化によって未反応供給炭化水素か分離することができる。
【0037】
反応混合物の気体成分は好ましくはプロパン、酸素又は酸素及び希釈剤などであるが、これらの成分は好ましくは均一に混合されてから反応ゾーンに導入される。成分は約150℃〜約450℃の温度を有すべき反応ゾーンに導入する前に、個々に又は混合後に予熱してよい。
【0038】
反応ゾーンは一般に、圧力1〜50bar、好ましくは1〜30bar;温度約150℃〜約450℃、好ましくは200〜300℃;反応混合物と触媒の接触時間約0.01秒〜100秒、好ましくは0.1秒〜10秒;及び1時間当たり空間速度約50〜約50,000h-1、好ましくは100〜10,000h-1、最も好ましくは200〜3,000h-1を有する。
【0039】
接触時間は、所与の反応条件下で触媒床の見掛け体積と触媒床に供給される気体反応混合物の体積との間の比率を単位時間に基づいて定義される。
【0040】
空間速度は、1時間にわたって発生した全流出物のリットル数に等しい全反応容器出口ガスを反応容器中の触媒のリットル数で割ることによって算出される。この室温体積は0℃、1barの体積に変換される。
【0041】
反応圧力は、最初は気体反応物と希釈剤の供給によって設けられるが、反応が始まった後は、その反応圧力は反応容器出口の流れの上に配置された適切な背圧コントローラによって維持できる。
【0042】
反応温度は、所望の反応温度に加熱した炉に入れた壁を有する管状転炉の中に触媒床を置くことによって提供される。
【0043】
本発明の触媒系の一つの驚くべき利点は、アクリル酸の高収率が達成されることである。好ましくは、少なくとも30%の収率のアクリル酸が酸化によって得られる。
【0044】
本発明に従って実施される酸化は、好ましくは反応ゾーンの1回通過当たりアクリル酸に対する少なくとも50%の選択率、更に好ましくは少なくとも70%の選択率を提供する。
本発明の触媒系及び製造法は酸素化生成物のアクリル酸、アクロレイン及び酢酸に対して80%の選択率を提供する。
【0045】
好ましくは、触媒系を用いると1%未満のプロピレンが生成する。さらに好ましくは副産物として検出可能なプロピレンは生成しない。
本発明に従って、流動相中の少なくとも一つの反応物を本発明の前述の触媒系と接触させて流動相接触化学反応を起こす。この反応により流動相反応物が一つ以上の流動相生成物に転化される。流動相反応物はC2−C8アルカン又はアルケンであり得、これが酸化され対応する酸になる。好ましくは、流動相反応物はアルファ−ベータ不飽和脂肪族アルデヒド及び酸素を含み、流動相生成物はアルファ−ベータ不飽和カルボン酸を含む。更に好ましくは、流動相反応物はプロパン及び酸素を含み、流動相生成物はアクリル酸を含む。
【0046】
本製造法は、一般的に、すべての酸素及び反応物を1回の供給物として供給する単段方式で実施され、未反応の初期反応物はリサイクルされない。しかしながら、所望の生成物の総生産性及び/又は収率を改良するために、酸素又は炭化水素を反応容器に多段式に添加することもでき、及び/又は未反応ガスをパージモードでリサイクルすることもできる。
本製造法は、反応容器内で実施することが出来る。反応容器内での反応ゾーンは固定床又は流動床すなわち固動床のいずれかの形態である。
【0047】
本発明の触媒の使用法はプロパンのアクリル酸及びアクロレインへの酸化だけに限定されない。当該触媒は気相中でn/イソC4、C5を分子状酸素で酸化して対応するアルファ−ベータ不飽和カルボン酸を製造するのにも使用できる。
【0048】
【実施例】
以下の実施例では、本発明の範囲内にある幾つかの生成物及びその製造法を例示する。これらの実施例は当然のことながら本発明をあらゆる面で制限するものではないとみなすべきである。本発明に関しては多様な変形及び変更が可能である。
実施例で製造した触媒サンプルは以下の方法によって評価した。
【0049】
触媒試験:
触媒の評価を、標準の製造条件下、ステンレス鋼製の固定床管状反応容器中で実施した。触媒の評価に使用されたガス供給組成物はプロパン、酸素及び窒素を含有していた。反応は温度300℃、圧力1.0x105Pa(15psig)、及び空間速度約1,090h-1で実施した。
【0050】
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り分析した。酸素、アルゴン及び一酸化炭素は、13Xモレキュラーシーブの2.5m×3mmカラムを用いて分析した。二酸化炭素、プロパン及びプロピレンは、商品名HAYESEP Q(登録商標)で販売されている材料を詰めた2m×3mmのカラムを用いて分析した。液体生成物(アクリル酸、アクロレイン、酢酸及び水)はある期間において冷トラップで回収し、商標PORAPAK Q(登録商標)で販売されている材料を詰めた2m×3mmのカラムを用いて分析した。いずれの場合も、転化率及び選択率の計算は反応化学量論に基づいた。
【0051】
実施例1:[Mo10.398Ga1.0E-05Pd1.90E-04Nb0.125Te0.23
7.6gの量のメタバナジン酸アンモニウム(Aldrich Chemicals、検定=99.0%)を80mlの蒸留水に加え、攪拌しながら90℃に加熱した。3.4gの酸化ニオブ(80%Nb25)、28gのシュウ酸、及び28.8gのパラモリブデン酸アンモニウム四水和物(Aldrich Chemicals A.C.S.−12054−85−2)をバナジン酸塩溶液に加えてゲル混合物を作成した。必要量のパラジウム、次いでテルル酸及び酸化ガリウムをゲル混合物にゆっくり加えた。該ゲル混合物を激しく攪拌して均一なゲル混合物とし、次いでこれを連続攪拌しながらゆっくり乾燥させて初期の乾燥度とした。
得られた固体を磁器皿に入れ、120℃のオーブン中でさらに乾燥させた。乾燥材料を室温に冷却して炉に入れ、その炉の中で触媒を350℃で4〜16時間か焼した。温度は室温から350℃まで2゜/分の速度で上昇させ、その後350℃を4時間維持した。
か焼された触媒を0.25−0.42mm(40〜60メッシュサイズ)の均一粒子に調製し、プロパン酸化反応について評価した。触媒はプロパン:酸素:窒素(20:10:70)を含有する供給混合物を用いて温度300℃で評価した。反応生成物は以下の結果を示した:
プロパン転化率(%) : 26.45
アクリル酸選択率(%) : 31
アクロレイン選択率(%): 1
酢酸選択率(%) : 21
COx選択率(%) : 47
総体的な反応生成物は、53%の酸素化生成物及び47%の全酸化生成物であった。
【0052】
実施例2:[Mo10.398Ga1.0E-05Pd1.90E-04Nb0.125Te0.23La1.0E-05
製造手順は、必要量の硝酸ランタンも製造の最終工程で加えた以外は、実施例1と同じであった。
か焼された触媒を0.25−0.42mm(40〜60メッシュサイズ)の均一粒子に調製し、プロパン酸化反応について評価した。触媒はプロパン:酸素:窒素(20:10:70)を含有する供給混合物を用いて温度300℃で評価した。反応生成物は以下の結果を示した:
プロパン転化率(%) : 21.21
アクリル酸選択率(%) : 21
アクロレイン選択率(%): 1
酢酸選択率(%) : 13
COx選択率(%) : 65
総体的な反応生成物は、35%の酸素化生成物及び65%の全酸化生成物であった。
【0053】
実施例3:[Mo10.398Ga1.0E-05Pd1.90E-04Nb0.125Te0.23La1.0E-05
硝酸ランタンを加え、実施例1の手順に沿って触媒を製造した。触媒はプロパン及び酸素(80:20)を含有する供給混合物を用いて320℃で評価した。反応生成物は、10.4%のプロパン転化率の下で、アクリル酸に対する選択率65%、酢酸10%、プロピレン5%及びCOx生成物20%を示した。総体的な反応生成物は酸素化付加価値生成物に対し約75%の選択率を示した。
【0054】
実施例4:[Mo10.398Ga1.0E-05Pd1.90E-04Nb0.125Te0.23Zn1.0E-05
製造手順は、必要量の硝酸亜鉛及びテルル酸も製造の最終工程で加えた以外は、実施例1に記載のものと同一であった。か焼された触媒を0.25−0.42mm(40〜60メッシュサイズ)の均一粒子に調製し、プロパン酸化反応について評価した。触媒はプロパン:酸素:窒素(20:10:70)を含有する供給混合物を用いて温度300℃で評価した。反応生成物は以下の結果を示した:プロパン転化率(%) : 20
酸素転化率(%) : 100
アクリル酸選択率(%) : 26
アクロレイン選択率(%): 1
酢酸選択率(%) : 15
COx選択率(%) : 58
総体的な反応生成物は、42%の酸素化生成物及び58%の全酸化生成物であった。
【0055】
実施例5:[Mo10.398Ga1.0E-05Pd1.90E-04Nb0.125Te0.23
触媒は実施例1に記載のものと同一である。か焼された触媒を0.25−0.42mm(40〜60メッシュサイズ)の均一粒子に調製し、プロパン:酸素(95.25:4.75)を含有する供給混合物を用いて温度300℃で評価した。反応生成物は以下の結果を示した:
プロパン転化率(%) : 4.22
酸素転化率(%) : 100
アクリル酸選択率(%) : 45.5
アクロレイン選択率(%): 5.5
酢酸選択率(%) : 12
COx選択率(%) : 37
総体的な反応生成物は、63%の酸素化生成物及び37%の全酸化生成物であった。
【0056】
実施例6:[Mo10.398Ga1.0E-05Pd1.90E-04Nb0.125Te0.23
本実施例で使用する触媒は実施例1と同一である。か焼された触媒を0.25−0.42mm(40〜60メッシュサイズ)の均一粒子に調製し、プロパン酸化反応について評価した。触媒はプロパン:酸素(90:10)を含有する供給混合物を用いて温度300℃で評価した。
反応生成物は以下の結果を示した:
プロパン転化率(%) : 9
酸素転化率(%) : 100
アクリル酸選択率(%) : 35.5
アクロレイン選択率(%): 3.5
酢酸選択率(%) : 10
COx選択率(%) : 51
総体的な反応生成物は、49%の酸素化生成物及び51%の全酸化生成物であった。
【0057】
実施例7:[Mo10.398Ga1.0E-05Pd1.15E-04Nb0.125Te0.30
当該触媒の製造手順は、異なる量のPd及びテルルを加えた以外は、実施例1に記載のものと同一である。か焼された触媒を0.25−0.42mm(40〜60メッシュサイズ)の均一粒子に調製し、プロパン酸化反応について評価した。触媒はプロパン:酸素:窒素(20:10:70)を含有する供給混合物を用いて温度300℃で評価した。反応生成物は以下の結果を示した:
プロパン転化率(%) : 17.14
酸素転化率(%) : 100
アクリル酸選択率(%) : 13
アクロレイン選択率(%): 1
酢酸選択率(%) : 10
COx選択率(%) : 76
総体的な反応生成物は、24%の酸素化生成物及び76%の全酸化生成物であった。
前述の実施例1〜6に記載の触媒のBET表面積は20〜35m2/gの範囲で変動した。
【0058】
本発明の一実施例による触媒のXRDパターンを図1に示す。本発明に開示された触媒は、好ましくは、22(4.00オングストローム)に強い反射ピークと27(3.57オングストローム)に非常に幅広なピークという、2シータ値をもって拡散又は結晶化不良のパターンを生ずる構造を有する。一般的にこの構造を得るには触媒を前述の方法によって製造しなければならない。3.57オングストロームにおける非常に幅広いピークは一種の拡散ピークでどれか一つの相に帰属させるのは困難である。しかしながら、このタイプの触媒をより高い温度でか焼すると、他の極めて明確な反射が現れる。これらは実施例8(以下)に示されるように、アルカンを活性化して酸素化生成物にすることに対しては活性でない。
【0059】
本発明の触媒は、最適な酸化還元の反応を示し、それによって部分酸化生成物に対して高活性及び高選択的である。触媒データに基づくと、本願に開示された触媒に関する一般的特徴が以下に結論づけられる。
1.当該触媒は低温でアクリル酸に対して高選択性を示す。
2.プロパンの酸化は低ΔTの10〜15℃を示す。低ΔTは反応容器の設計に肯定的な影響があり得る。
3.酸素化生成物(アクリル酸、アクロレイン及び酢酸)に対する相対選択率は、触媒の組成、反応温度、空間速度、圧力及び供給物の組成(アルカン、酸素、水蒸気、窒素)による。
【0060】
比較例8:[Mo10.39Nb0.125Te0.23
触媒組成物及び手順は比較のためにEP特許公開第0608838号に記載のものと同一とする。触媒はEP特許公開公報に記載したように600℃でか焼した。触媒のXRDパターン(図2)は、EP特許公開公報に記載のように2シータ値で22.1、28.2、36.2、45.2及び50にいずれも極めて明確な反射を示している。か焼された触媒を0.25−0.42mm(40〜60メッシュサイズ)の均一粒子に調製し、プロパン:酸素:窒素(20:10:70)を含有する供給混合物を用いて温度300及び380℃でプロパン酸化反応について評価した。触媒はどちらの温度でも不活性であった。
【0061】
本発明の上記記述は説明を目的とし、制限を目的としているわけではない。当業者であれば、記載した実施例に関する多様な変形又は変更が思い浮かぶであろう。これらも本発明の範囲から逸脱することなく成し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例による触媒のXRDパターン図である。
【図2】 比較触媒のXRDパターン図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
A novel mixed metal oxide catalyst for the production of acrylic acid through the catalytic gas phase partial oxidation of propane and its use for the single stage selective production of acrylic acid and acrolein at low temperatures.
The catalyst creates a mixture comprising Mo, V, Ga, Pd, Nb and at least one element selected from the group consisting of La, Te, Ge, Zn, Si, In and W, and then drying the mixture, Formed by firing the dried mixture.
[0002]
Related technology
In this application, several publications are cited as references. These documents describe the technical situation related to the present invention, and these documents are incorporated herein by reference.
[0003]
Two-stage gas phase oxidation of propylene to produce acrylic acid is known in the art. However, there is no commercial process for oxidizing propane to produce acrylic acid. Acrylic acid production from propane will be more attractive due to the considerable price difference between propane and propylene.
[0004]
There are few references reported in the literature on the production of acrylic acid from propane. US Pat. No. 5,198,580 discloses a method of partially oxidizing propane to obtain acrylic acid, propylene, acrolein, acetic acid and carbon oxide. This is because propane mixed with molecular oxygen-containing gas is Bi in the reaction zone. b Mo c V v A a D d E e O x Wherein A is one or more of K, Na, Li, Cs and Tl; D is one or more of Fe, Ni, Co, Zn, Ce and La; E is one or more of W, Nb, Sb, Sn, P, Cu, Pb, B, Mg, Ca and Sr; the values of a, d and e are 0 to 10, b is 0.1 to 10, c is 0.1 to 20, and v is 0.1 to 0.1. 10, c: b is from 2: 1 to 30: 1 and v: b is from 1: 5 to 1: 8]. The yield of acrylic acid achieved using a bismuth molybdate type catalyst is the pressure L4 × 10 Five Pa (20 psig) and temperature of 400 ° C., propane conversion of 19% and 5.4%.
[0005]
European Patent EP0608838 A2 by Takashi et al. Discloses a process for the production of unsaturated carboxylic acids. This is an almost explosive preparation of a mixture of propane, air and water at 380 ° C. in the presence of a catalyst containing the mixed metal oxide MoVTeXO. In the formula, X is at least one selected from bismuth, cerium, indium, tantalum, tungsten, titanium, zirconium, chromium, manganese, iron, ruthenium, cobalt, rhodium, nickel, palladium, platinum and antimony, niobium, aluminum and boron. It is an element. The ratio of each essential component is based on the total amount of essential components other than oxygen and satisfies the following formula. That is, 0.25 <V Mo <0.98, 0.003 <V v <0.5, 0.003 <V Te <0.5, 0.003 <V x <0.5, V Mo , V v , V Te And V x Is the mole fraction of Mo, V, Te and X.
[0006]
Recently, Takashi et al. In another Japanese Patent Laid-Open No. 10-45643 (98464543, February 1998) a Mo b V c W d X e O n 380 ° C. in the presence of (X = Nb, Ta, Ti, Zr, Sb; when a = 1, b = 1-18, c = 0-4, d = 0-4 and e = 0.05-20) The production of acrylic acid and acrolein is disclosed. This achieves acrolein yield of 0.9% and acrylic acid yield of 3.5% with a propane conversion of 12%.
[0007]
The aforementioned catalysts disclosed in the literature result in low yields of acrylic acid at relatively high temperatures and produce propylene as one of the prominent byproducts. Propylene can be expensive to separate, especially in recycle mode operations.
[0008]
Thus, the prior art does not disclose or suggest any catalyst for the selective production of acrylic acid and acrolein at low temperatures through the propane gas phase partial oxidation process.
[0009]
It would be desirable to provide a catalyst designed so that acrylic acid and acrolein are selectively produced from propane with a single catalyst, producing little intermediate such as propylene.
[0010]
Object of the invention
The object of the present invention is to overcome the aforementioned drawbacks.
Another object of the present invention is to provide an improved catalyst system for the catalytic oxidation of propane to produce acrylic acid.
It is a further object of the present invention to provide an improved catalyst system for the single stage oxidation of propane to produce acrylic acid.
It is a further object of the present invention to provide improved methods for making and using the catalyst system.
The foregoing and other objects and advantages of the invention are described below or will be apparent from the following description.
[0011]
Summary of the Invention
The present invention relates to an improved catalyst system for the selective oxidation of propane and its production and use. According to one preferred embodiment of the present invention, propane is selectively oxidized with molecular oxygen to acrylic acid and acrolein in a gas phase reaction at a temperature of 150 ° C. to 450 ° C. and a pressure of 1 to 50 bar. this is, Calcined Composition Mo a V b Ga c Pd d Nb e X f This is achieved by using a novel catalyst having
Where
X = at least one element selected from the group consisting of La, Te, Ge, Zn, Si, In and W;
a is 1;
b is 0.01 to 0.9;
c is> 0 to 0.2;
d is 0.0000001 to 0.2;
e is> 0 to 0.2; and
f is> 0 to 0.5
It is.
[0012]
The numerical values a, b, c, d, e and f represent the relative gram atomic ratios of the elements Mo, V, Ga, Pd, Nb and X in the catalyst, respectively. The element is preferably present in various oxide forms in combination with oxygen.
[0013]
The improved catalyst system is preferably made by the procedure disclosed in the examples.
[0014]
The present invention further relates to a selective low temperature contact process for producing acrylic acid and / or acrolein by vapor phase oxidation of propane, preferably in a non-explosive manner.
[0015]
Other objects, aspects, features and advantages of the present invention will become apparent upon studying this specification, including the claims and specific examples.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
One aspect of the invention relates to an improved catalyst system for the selective oxidation of propane. The catalyst system is preferably a calcined composition Mo a V b Ga c Pd d Nb e X f including.
Where
X = at least one element selected from the group consisting of La, Te, Ge, Zn, Si, In and W;
a is 1;
b is 0.01 to 0.9;
c is> 0 to 0.2;
d is 0.0000001 to 0.2;
e is> 0 to 0.2; and
f is> 0 to 0.5
It is.
[0017]
According to one embodiment of the present invention, the catalyst composition is Mo. a V b Ga c Pd d Nb e X f O y including. Where y is a number determined by the valence requirements of other elements in the catalyst composition. The catalyst of the present invention can be used with or without a support. Suitable supports for the catalyst are alumina, silica, titania, zirconia, zeolite, silicon carbide, Mo carbide, molecular sieves, and other microporous / nonporous materials, and mixtures thereof. When used with a support, the supported catalyst usually comprises about 10-50% by weight of the catalyst composition, with 50-95% by weight being the support material.
[0018]
Another aspect of the present invention relates to a process for producing an improved catalyst. The choice of compounds used, as well as the specific procedure taken in preparing the catalyst, can have a significant impact on the catalyst performance. The elements of the catalyst composition are preferably combined with oxygen to form oxides.
[0019]
Preferably, the catalyst is prepared from a solution of a soluble compound (salt, complex or other compound) of each metal. The solution is an aqueous system preferably having a pH of 1 to 10, more preferably a pH of 1 to 7 at a temperature of about 30 to about 100 ° C.
[0020]
In general, a mixture of elements-containing compounds dissolves insoluble compounds by dissolving a sufficient amount of soluble compounds to achieve the desired gram atomic ratio of elements in the catalyst composition. Manufactured by. The catalyst composition is then prepared by removing water and / or other solvents from the mixture of compounds in the solution system. By heating the dried catalyst in air or oxygen at a temperature of 250 ° C. to 450 ° C. for 1 hour to 16 hours Calcined To obtain a desired catalyst composition.
[0021]
Preferably, the molybdenum is introduced into the solution in the form of ammonium salts such as ammonium paramolybdate or as organic acid salts of molybdenum such as acetates, oxalates, mandelate salts, and glycolate salts. Other partially water-soluble molybdenum compounds that can be used include molybdenum oxides, molybdic acid, and molybdenum chlorides.
[0022]
Preferably, vanadium is introduced into the solution in the form of ammonium salts such as ammonium metavanadate and ammonium decabanadate, or as organic acid salts of vanadium such as acetates, oxalates, and tartrate salts. Partially water-soluble vanadium compounds such as vanadium oxides and sulfates of vanadium can also be used. An amount of oxalic acid or tartaric acid can also be added to achieve complete solubility.
[0023]
Preferably, gallium is introduced into the catalyst slurry in the form of gallium salts, such as oxides, chlorides, nitrates, and the like.
[0024]
Preferably, the palladium is introduced into the catalyst slurry in the form of Pd-supported activated carbon or alumina or as a solution of palladium salts such as acetates, chlorides, nitrates and the like.
[0025]
Preferably, other metals are introduced into the catalyst slurry in the form of salts such as oxides, acetates, chlorides, nitrates and the like.
[0026]
Preferably, niobium is used in the form of oxalates or hydrated oxides. Other sources of the soluble form of the metal include compounds in which the metal is coordinated, bound or complexed to a beta-diketonate, carboxylic acid, amine, alcohol, or alkanolamine.
[0027]
According to one preferred embodiment, the catalyst is prepared according to the following general procedure. An aqueous solution of vanadium and molybdenum is produced separately. The vanadium solution is mixed with the molybdenum solution at a specific temperature and pH. The remaining necessary ingredients are slowly added to the combined gel solution. After mixing, the resulting gel is dried to initial wetness with continuous stirring.
[0028]
After the resulting gel mixture is dried at 120 ° C. for 16 hours, the resulting catalyst is heated to about 350 ° C. at a rate of 2 ° C. per minute and is kept in air at this temperature for 4 hours Calcined Thus, a desired oxide composition is obtained.
[0029]
Another aspect of the present invention is the use of the catalyst system of the present invention to selectively oxidize propane to produce acrylic acid.
[0030]
The feedstock used as a source of propane can be a gas stream containing at least 3% by volume propane or a propylene / propane mixture. The gas flow is C 2 Or C 8 May contain alkanes. Preferably the gas flow is C 2 Or C Four Contains less than 30% by volume of each of alkanes and alkenes, such as ethane, isobutane, n-butane, or mixtures thereof. The gas stream may also include a large amount, greater than 5% by volume, of a diluent such as nitrogen / argon, carbon dioxide, and water in the form of water vapor.
[0031]
In carrying out the manufacturing process, the reaction mixture is generally 1 mole of propane, 0.01 to 2.0 moles of molecular oxygen (as pure oxygen or in the form of air), and 0 to 4.0 moles of water (water vapor). In the form).
[0032]
The molecular oxygen source as the feed is purified oxygen, air and air enriched with oxygen, etc., depending on the economics of separation and the hydrocarbon conversion achieved. The ratio of propane to oxygen varies depending on the desired conversion and catalyst selectivity, but is generally in the range of 1/5 to 5/1.
[0033]
By taking appropriate measures to avoid explosion problems, the oxygen concentration in the feed gas mixture can vary greatly, which is 0.1-50% or more of the feed mixture. Air is suitable as a source of oxygen in the feed. The amount of oxygen present will be less than the stoichiometric amount of hydrocarbons in the feed.
[0034]
The reaction can be affected especially in the presence of diluents such as argon, nitrogen or water vapor. The ratio of propane to diluent can range from 1/5 to 1/1.
[0035]
Water vapor can be used for the reaction as a reaction diluent and as a heat modifier 0-60 wt%. It can also act as a desorption accelerator for reaction products in the gas phase oxidation reaction. Other gases such as helium, nitrogen and carbon dioxide may be used as reaction diluent or thermal modifier.
[0036]
The liquid product of the reaction can be separated from unreacted feed hydrocarbons by condensation or purification, usually using water or dilute acid.
[0037]
The gaseous components of the reaction mixture are preferably propane, oxygen or oxygen and diluent, etc., but these components are preferably mixed homogeneously and then introduced into the reaction zone. The components may be preheated individually or after mixing prior to introduction to the reaction zone where the temperature should be from about 150 ° C to about 450 ° C.
[0038]
The reaction zone generally has a pressure of 1 to 50 bar, preferably 1 to 30 bar; a temperature of about 150 ° C. to about 450 ° C., preferably 200 to 300 ° C .; a contact time of the reaction mixture with the catalyst of about 0.01 to 100 seconds, preferably 0.1 to 10 seconds; and hourly space velocity of about 50 to about 50,000 h -1 , Preferably 100-10,000h -1 , Most preferably 200-3,000h -1 Have
[0039]
The contact time is defined on the basis of the ratio between the apparent volume of the catalyst bed and the volume of the gaseous reaction mixture fed to the catalyst bed under a given reaction condition, in unit time.
[0040]
The space velocity is calculated by dividing the total reactor outlet gas equal to the number of liters of total effluent generated over one hour by the number of liters of catalyst in the reaction vessel. This room temperature volume is converted to a volume of 0 bar and 1 bar.
[0041]
The reaction pressure is initially provided by the supply of gaseous reactants and diluent, but after the reaction has begun, the reaction pressure can be maintained by a suitable back pressure controller located above the flow at the reaction vessel outlet.
[0042]
The reaction temperature is provided by placing the catalyst bed in a tubular converter having walls in a furnace heated to the desired reaction temperature.
[0043]
One surprising advantage of the catalyst system of the present invention is that high yields of acrylic acid are achieved. Preferably, at least a 30% yield of acrylic acid is obtained by oxidation.
[0044]
The oxidation carried out according to the present invention preferably provides a selectivity of at least 50%, more preferably at least 70%, with respect to acrylic acid per pass through the reaction zone.
The catalyst system and process of the present invention provides 80% selectivity for the oxygenated products acrylic acid, acrolein and acetic acid.
[0045]
Preferably, less than 1% propylene is produced when the catalyst system is used. More preferably, no detectable propylene is produced as a by-product.
In accordance with the present invention, at least one reactant in the fluid phase is contacted with the aforementioned catalyst system of the present invention to initiate a fluid phase catalytic chemical reaction. This reaction converts the fluid phase reactant to one or more fluid phase products. The fluid phase reactant is C 2 -C 8 It can be an alkane or alkene, which is oxidized to the corresponding acid. Preferably, the fluid phase reactant comprises an alpha-beta unsaturated aliphatic aldehyde and oxygen and the fluid phase product comprises an alpha-beta unsaturated carboxylic acid. More preferably, the fluid phase reactant comprises propane and oxygen and the fluid phase product comprises acrylic acid.
[0046]
The production process is generally carried out in a single stage where all oxygen and reactants are supplied as a single feed, and unreacted initial reactants are not recycled. However, to improve the total productivity and / or yield of the desired product, oxygen or hydrocarbons can also be added to the reaction vessel in a multi-stage manner and / or the unreacted gas is recycled in purge mode. You can also.
This production method can be carried out in a reaction vessel. The reaction zone within the reaction vessel is in the form of either a fixed bed or a fluidized bed or a solid bed.
[0047]
The use of the catalyst of the present invention is not limited to the oxidation of propane to acrylic acid and acrolein. The catalyst can also be used to oxidize n / iso C4, C5 with molecular oxygen in the gas phase to produce the corresponding alpha-beta unsaturated carboxylic acid.
[0048]
【Example】
The following examples illustrate some of the products that are within the scope of the present invention and how to make them. It should be understood that these examples do not limit the invention in any way. Various modifications and changes can be made with respect to the present invention.
The catalyst samples produced in the examples were evaluated by the following methods.
[0049]
Catalyst test:
Catalyst evaluation was performed in a stainless steel fixed bed tubular reaction vessel under standard manufacturing conditions. The gas feed composition used for the evaluation of the catalyst contained propane, oxygen and nitrogen. The reaction is at a temperature of 300 ° C. and a pressure of 1.0 × 10 Five Pa (15 psig) and space velocity about 1,090 h -1 It carried out in.
[0050]
The reaction product was analyzed online by gas chromatography. Oxygen, argon, and carbon monoxide were analyzed using a 2.5 × 3 mm column with 13 × molecular sieve. Carbon dioxide, propane and propylene were analyzed using a 2m x 3mm column packed with materials sold under the trade name HAYESEP Q (R). Liquid products (acrylic acid, acrolein, acetic acid and water) were collected over a period of time with a cold trap and analyzed using a 2m x 3mm column packed with materials sold under the trademark PORAPAK Q®. In all cases, conversion and selectivity calculations were based on reaction stoichiometry.
[0051]
Example 1: [Mo 1 V 0.398 Ga 1.0E-05 Pd 1.90E-04 Nb 0.125 Te 0.23 ]
An amount of 7.6 g ammonium metavanadate (Aldrich Chemicals, assay = 99.0%) was added to 80 ml distilled water and heated to 90 ° C. with stirring. 3.4 g of niobium oxide (80% Nb 2 O Five ), 28 g of oxalic acid, and 28.8 g of ammonium paramolybdate tetrahydrate (Aldrich Chemicals AC 12054-85-2) were added to the vanadate solution to form a gel mixture. The required amount of palladium, then telluric acid and gallium oxide were slowly added to the gel mixture. The gel mixture was vigorously stirred to a uniform gel mixture, which was then slowly dried with continuous stirring to the initial dryness.
The resulting solid was placed in a porcelain dish and further dried in an oven at 120 ° C. The dried material is cooled to room temperature and placed in a furnace where the catalyst is placed at 350 ° C. for 4-16 hours Calcined did. 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.
Calcined The prepared catalyst was prepared into uniform particles of 0.25 to 0.42 mm (40 to 60 mesh size) and evaluated for the propane oxidation reaction. The catalyst was evaluated at a temperature of 300 ° C. using a feed mixture containing propane: oxygen: nitrogen (20:10:70). The reaction product showed the following results:
Propane conversion (%): 26.45
Acrylic acid selectivity (%): 31
Acrolein selectivity (%): 1
Acetic acid selectivity (%): 21
CO x Selectivity (%): 47
The overall reaction product was 53% oxygenated product and 47% total oxidation product.
[0052]
Example 2: [Mo 1 V 0.398 Ga 1.0E-05 Pd 1.90E-04 Nb 0.125 Te 0.23 La 1.0E-05 ]
The production procedure was the same as Example 1 except that the required amount of lanthanum nitrate was also added in the final production step.
Calcined The prepared catalyst was prepared into uniform particles of 0.25 to 0.42 mm (40 to 60 mesh size) and evaluated for the propane oxidation reaction. The catalyst was evaluated at a temperature of 300 ° C. using a feed mixture containing propane: oxygen: nitrogen (20:10:70). The reaction product showed the following results:
Propane conversion (%): 21.21
Acrylic acid selectivity (%): 21
Acrolein selectivity (%): 1
Acetic acid selectivity (%): 13
COx selectivity (%): 65
The overall reaction product was 35% oxygenated product and 65% total oxidation product.
[0053]
Example 3: [Mo 1 V 0.398 Ga 1.0E-05 Pd 1.90E-04 Nb 0.125 Te 0.23 La 1.0E-05 ]
Lanthanum nitrate was added and the catalyst was prepared according to the procedure of Example 1. The catalyst was evaluated at 320 ° C. using a feed mixture containing propane and oxygen (80:20). The reaction product has a selectivity to acrylic acid of 65%, acetic acid 10%, propylene 5% and CO under 10.4% propane conversion. x 20% product was shown. The overall reaction product showed a selectivity of about 75% over the oxygenated value added product.
[0054]
Example 4: [Mo 1 V 0.398 Ga 1.0E-05 Pd 1.90E-04 Nb 0.125 Te 0.23 Zn 1.0E-05 ]
The production procedure was the same as that described in Example 1 except that the required amounts of zinc nitrate and telluric acid were also added in the final step of production. Calcined The prepared catalyst was prepared into uniform particles of 0.25 to 0.42 mm (40 to 60 mesh size) and evaluated for the propane oxidation reaction. The catalyst was evaluated at a temperature of 300 ° C. using a feed mixture containing propane: oxygen: nitrogen (20:10:70). The reaction product showed the following results: Propane conversion (%): 20
Oxygen conversion rate (%): 100
Acrylic acid selectivity (%): 26
Acrolein selectivity (%): 1
Acetic acid selectivity (%): 15
COx selectivity (%): 58
The overall reaction product was 42% oxygenated product and 58% total oxidation product.
[0055]
Example 5: [Mo 1 V 0.398 Ga 1.0E-05 Pd 1.90E-04 Nb 0.125 Te 0.23 ]
The catalyst is the same as described in Example 1. Calcined The prepared catalyst was prepared into uniform particles of 0.25-0.42 mm (40-60 mesh size) and evaluated at a temperature of 300 ° C. using a feed mixture containing propane: oxygen (95.25: 4.75). did. The reaction product showed the following results:
Propane conversion (%): 4.22
Oxygen conversion rate (%): 100
Acrylic acid selectivity (%): 45.5
Acrolein selectivity (%): 5.5
Acetic acid selectivity (%): 12
COx selectivity (%): 37
The overall reaction product was 63% oxygenated product and 37% total oxidation product.
[0056]
Example 6: [Mo 1 V 0.398 Ga 1.0E-05 Pd 1.90E-04 Nb 0.125 Te 0.23 ]
The catalyst used in this example is the same as in Example 1. Calcined The prepared catalyst was prepared into uniform particles of 0.25 to 0.42 mm (40 to 60 mesh size) and evaluated for the propane oxidation reaction. The catalyst was evaluated at a temperature of 300 ° C. using a feed mixture containing propane: oxygen (90:10).
The reaction product showed the following results:
Propane conversion (%): 9
Oxygen conversion rate (%): 100
Acrylic acid selectivity (%): 35.5
Acrolein selectivity (%): 3.5
Acetic acid selectivity (%): 10
COx selectivity (%): 51
The overall reaction product was 49% oxygenated product and 51% total oxidation product.
[0057]
Example 7: [Mo 1 V 0.398 Ga 1.0E-05 Pd 1.15E-04 Nb 0.125 Te 0.30 ]
The production procedure of the catalyst is the same as that described in Example 1 except that different amounts of Pd and tellurium are added. Calcined The prepared catalyst was prepared into uniform particles of 0.25 to 0.42 mm (40 to 60 mesh size) and evaluated for the propane oxidation reaction. The catalyst was evaluated at a temperature of 300 ° C. using a feed mixture containing propane: oxygen: nitrogen (20:10:70). The reaction product showed the following results:
Propane conversion (%): 17.14
Oxygen conversion rate (%): 100
Acrylic acid selectivity (%): 13
Acrolein selectivity (%): 1
Acetic acid selectivity (%): 10
COx selectivity (%): 76
The overall reaction product was 24% oxygenated product and 76% total oxidation product.
The BET surface area of the catalysts described in Examples 1-6 above is 20-35 m. 2 It fluctuated in the range of / g.
[0058]
The XRD pattern of the catalyst according to one embodiment of the present invention is shown in FIG. The catalyst disclosed in the present invention preferably has a diffuse or poorly crystallized pattern with two theta values, a strong reflection peak at 22 (4.00 angstroms) and a very broad peak at 27 (3.57 angstroms). It has the structure which produces. In general, to obtain this structure, the catalyst must be prepared by the method described above. The very broad peak at 3.57 angstroms is a kind of diffuse peak that is difficult to assign to any one phase. However, this type of catalyst at higher temperatures Calcined Then, another very clear reflection appears. These are not active for activating alkanes to oxygenate products as shown in Example 8 (below).
[0059]
The catalyst of the present invention exhibits an optimal redox reaction, thereby being highly active and highly selective for partial oxidation products. Based on the catalyst data, the general characteristics for the catalysts disclosed herein can be concluded below.
1. The catalyst is highly selective for acrylic acid at low temperatures.
2. Propane oxidation exhibits a low ΔT of 10-15 ° C. Low ΔT can have a positive impact on reaction vessel design.
3. The relative selectivity for oxygenated products (acrylic acid, acrolein and acetic acid) depends on the catalyst composition, reaction temperature, space velocity, pressure and feed composition (alkane, oxygen, water vapor, nitrogen).
[0060]
Comparative Example 8: [Mo 1 V 0.39 Nb 0.125 Te 0.23 ]
The catalyst composition and procedure are identical to those described in EP Patent Publication No. 0608838 for comparison. The catalyst is at 600 ° C. as described in the EP patent publication. Calcined did. The XRD pattern of the catalyst (FIG. 2) shows very clear reflections at 22.1, 28.2, 36.2, 45.2 and 50 at 2-theta values as described in the EP patent publication. Yes. Calcined The prepared catalyst was prepared into uniform particles of 0.25-0.42 mm (40-60 mesh size) and temperatures 300 and 380 ° C. using a feed mixture containing propane: oxygen: nitrogen (20:10:70). The propane oxidation reaction was evaluated in The catalyst was inert at both temperatures.
[0061]
The above description of the present invention is intended to be illustrative and not restrictive. Those skilled in the art will envision many variations or modifications to the described embodiments. These can also be made without departing from the scope of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an XRD pattern diagram of a catalyst according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an XRD pattern diagram of a comparative catalyst.

Claims (19)

プロパンの、アクリル酸、アクロレイン及び酢酸を含む酸素化生成物への選択的酸化用触媒であって、前記触媒系は、MoabGacPddNbefを含む触媒組成物を含有し、
式中、
X=Teおよび随意によるLaおよびZnから選ばれる少なくとも一つの元素;
aは1;
bは0.01〜0.9;
cは>0〜0.2;
dは0.0000001〜0.2;
eは>0〜0.2;
fは>0〜0.5;そして
a、b、c、d、e及びfの数値はそれぞれ、触媒中の元素Mo、V、Ga、Pd、Nb及びXの相対グラム原子比を表しており、前記元素は酸素と結合して存在する、プロパンの選択的酸化用触媒。
Propane, a catalyst for selective oxidation to oxygenated products including acrylic acid, acrolein and acetic acid, said catalyst system containing a catalyst composition comprising Mo a V b Ga c Pd d Nb e X f And
Where
At least one element selected from X = Te and optionally La and Zn;
a is 1;
b is 0.01 to 0.9;
c is> 0 to 0.2;
d is 0.0000001 to 0.2;
e is> 0 to 0.2;
f is> 0 to 0.5; and the numbers a, b, c, d, e and f represent the relative gram atomic ratios of the elements Mo, V, Ga, Pd, Nb and X in the catalyst, respectively. The catalyst for selective oxidation of propane, wherein the element is present in combination with oxygen.
前記元素を組み合わせて混合物を形成し、該混合物をか焼して形成した、請求項1に記載の触媒。  The catalyst according to claim 1, formed by combining the elements to form a mixture and calcining the mixture. 触媒組成物が、以下の2シータ値で二つのX線回折ピーク:すなわち22で強いピーク及び27で非常に幅広なピークを示す、請求項1または2に記載の触媒。  Catalyst according to claim 1 or 2, wherein the catalyst composition exhibits two X-ray diffraction peaks at the following two theta values: a strong peak at 22 and a very broad peak at 27. 前記触媒が担体を含む担持触媒である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の触媒。  The catalyst according to any one of claims 1 to 3, wherein the catalyst is a supported catalyst including a carrier. 前記担体が、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、炭化ケイ素、Mo−カーバイド、ゼオライト、モレキュラーシーブ、又は他の多孔性材料を含む、請求項4に記載の触媒。  5. The catalyst of claim 4, wherein the support comprises alumina, silica, titania, zirconia, silicon carbide, Mo-carbide, zeolite, molecular sieve, or other porous material. 前記担持触媒が、10〜50重量%の触媒組成物と、残りの重量%の担体材料を含む、請求項4または5に記載の触媒。  The catalyst according to claim 4 or 5, wherein the supported catalyst comprises 10 to 50 wt% of the catalyst composition and the remaining wt% of the support material. プロパンの酸化によりプロパンをアクリル酸及びアクロレインに直接転化するための単段接触法であって、(i)プロパン又はプロパン/プロピレン及び(ii)酸素又は酸素を提供できる化合物を含む反応混合物中のプロパンを、請求項1〜6のいずれか一項に記載の触媒の存在下の反応ゾーンで酸化することを含む方法。  Propane in a reaction mixture comprising the direct conversion of propane to acrylic acid and acrolein by oxidation of propane, comprising (i) propane or propane / propylene and (ii) oxygen or a compound capable of providing oxygen Is oxidized in a reaction zone in the presence of a catalyst according to any one of claims 1-6. 反応混合物がさらに 2 −C 8 アルカンを含む、請求項7に記載の方法。The reaction mixture further comprises a C 2 -C 8 alkane, The method of claim 7. アルカンがエタン、プロパン、イソブタン、n−ブタン又はそれらの混合物である、請求項8に記載の方法。  9. The method of claim 8, wherein the alkane is ethane, propane, isobutane, n-butane or a mixture thereof. 前記触媒が固定床の形態であり、前記酸化が反応ゾーンに供給されるプロパンを含む供給物によって実行される、請求項7に記載の方法。8. A process according to claim 7, wherein the catalyst is in the form of a fixed bed and the oxidation is carried out by a feed comprising propane fed to the reaction zone. 前記触媒が流動床の形態であり、前記酸化が反応ゾーンに供給されるプロパンを含む供給物によって実行される、請求項7に記載の方法。The process according to claim 7, wherein the catalyst is in the form of a fluidized bed and the oxidation is carried out by a feed comprising propane fed to the reaction zone. 前記供給物空気を含む、請求項10又は11に記載の方法。12. A method according to claim 10 or 11 , wherein the feed comprises air . 前記供給物が酸素を含む、請求項10又は11に記載の方法。12. A method according to claim 10 or 11 , wherein the feed comprises oxygen. 前記供給物が0.1〜50体積%の範囲の分子状酸素を含む、請求項10又は11に記載の方法。12. A method according to claim 10 or 11 , wherein the feed comprises molecular oxygen in the range of 0.1-50% by volume. 前記供給物が0〜60体積%の範囲の量の水蒸気で希釈される、請求項10又は11に記載の方法。12. A process according to claim 10 or 11 , wherein the feed is diluted with an amount of water vapor in the range of 0-60% by volume. 前記酸化が、気相中で100〜450℃の温度、1〜50barの圧力下、そして前記反応混合物と前記触媒との接触時間0.1〜10秒での運転中に達成される、請求項10に記載の方法。 The oxidation temperature of 100 to 450 ° C. in the gas phase, 1-50 under a pressure of bar, and the achieved during operation of a contact time of 0.1 to 10 seconds of the reaction mixture and the catalyst, wherein Item 11. The method according to Item 10. 流動相中でのC2−C8アルカン又はアルケンの対応する酸類への接触酸化及びアルファ−ベータ不飽和脂肪族アルデヒドの酸化によってアルファ−ベータ不飽和カルボン酸類を生じるための方法であって、流動相中の少なくとも一つの反応物を適切な反応条件下で、請求項1〜6のいずれか一項に記載の触媒と接触させることを含む方法。Alpha by oxidation of beta unsaturated aliphatic aldehydes - - C 2 -C 8 alkanes or alkenes corresponding contact oxidation and alpha to acids in the fluidized phase A method for producing a beta-unsaturated carboxylic acids, flow 7. A process comprising contacting at least one reactant in a phase under suitable reaction conditions with a catalyst according to any one of claims 1-6. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の触媒の形成法であって、
a)Mo、V、Ga、Pd、Nb、及びXを溶液中に含有する混合物を形成するステップと;
b)前記混合物を乾燥させて乾燥固体材料を形成するステップと;および
c)前記乾燥固体材料をか焼して前記触媒を形成するステップと
を含む方法。
A method of forming a catalyst according to any one of claims 1-6,
a) forming a mixture containing Mo, V, Ga, Pd, Nb, and X in the solution;
b) drying the mixture to form a dry solid material; and c) calcining the dry solid material to form the catalyst.
前記か焼が、前記乾燥固体材料を空気又は酸素中で約250〜450℃のか焼温度に1〜16時間の間加熱することを含む、請求項18に記載の方法。19. The method of claim 18 , wherein the calcination comprises heating the dry solid material in air or oxygen to a calcination temperature of about 250-450 [deg.] C. for 1-16 hours .
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