KR100221165B1 - Improved process for the calcination/activation of v/p/o catalyst - Google Patents

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Abstract

분무 건조 촉매 전구체를 온도가 370 내지 410 ℃ (바람직하게는 390 ± 5 ℃)의 범위로 유지되도록 조절된 속도로 유동 함기 산소에 첨가하는 것을 포함하는 바나듐과 인의 혼합 산화물 (V/P/O)을 함유하는 촉매의 하소 및 활성화를 위한 개선된 방법. 촉매 전구체는 급속한 온도 상승뿐 아니라, 평균 Vox를 4.55 이하로 동시 및 연속적으로 유지하면서 공기압 3.5 atm 이상에서 약 4 시간 이하, 1 atm에서 20 시간 이하의 평균 체류 시간 범위 동안 유동상태로 상기 승온에서 탈수/하소를 격는다. 이러한 방법은 n-부탄을 말레산 무수물로 산화시키기 위한 향상된 활성을 보이는 V/P/O 촉매를 제조하는데 유용하다. 신규 방법은 상업적 규모 재순환 고체 반응기의 작동을 위한 개량된 방법을 제공한다.Mixed oxides of vanadium and phosphorus (V / P / O) comprising adding spray dried catalyst precursor to the flow-containing oxygen at a controlled rate such that the temperature is maintained in the range of 370 to 410 ° C. (preferably 390 ± 5 ° C.) Improved method for calcination and activation of catalysts containing In addition to rapid temperature rises, catalyst precursors are dehydrated at elevated temperatures in flow for an average residence time range of about 4 hours or less at 3.5 atm or more and 20 hours or less at 1 atm while simultaneously and continuously maintaining an average Vox of 4.55 or less. / Calculate. This method is useful for preparing V / P / O catalysts with improved activity for oxidizing n-butane to maleic anhydride. The new method provides an improved method for the operation of commercial scale recycle solid reactors.

Description

바나듐/인 혼합 산화물 촉매의 하소/활성화를 위한 개량 방법{Improved Process for the Calcination/Activation of V/P/O Catalyst}Improved Process for Calcination / Activation of Vanadium / Phosphorus Mixed Oxide Catalysts {Improved Process for the Calcination / Activation of V / P / O Catalyst}

본 발명은 n-부탄으로부터 말레산 무수물을 제조하는데 유용한 바나듐과 인의 혼합 산화물(V/P/O)을 함유하는 촉매의 하소 및 활성화를 위한 개량된 방법에 관한 것이다. 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니나 보다 구체적으로 말하자면, 본 발명은 산화성 유동상태에서 매우 급격한 온도 상승을 유도하는 V/P/O 촉매의 하소 방법 및 운반층 상업적 규모 설비내에서 이를 수행하는 신규 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an improved process for calcination and activation of catalysts containing mixed oxides of vanadium and phosphorus (V / P / O) useful for preparing maleic anhydride from n-butane. More specifically, the present invention does not limit the scope of the present invention, but more specifically, the present invention provides a method for calcination of V / P / O catalysts that leads to very rapid temperature rises in oxidative flow and a novel process for carrying it out in a commercial bed commercial scale installation. It is about.

V/P/O 촉매 상에서 말레산 무수물로의 n-부탄의 증기 상 산화는 당분야에 일반적으로 공지되어 있다. 이 방법을 설명하는 종래 기술의 리뷰 문헌으로는 미국특허 제4,668,802호가 있다. 미국특허 제4,668,802호 및 미국특허 제5,021,588호에 기재되어 있는 개량된 방법에서는, 2개의 유동 반응 구역이 있는 재순환 고체 반응기에서 반응을 수행한다. n-부탄에서 말레산 무수물로의 전환은 우선 하나의 반응 구역에서 일어나며, 촉매는 필수적으로 기체류가 제거되어 다른 반응 구역으로 옮겨져 재산화된다 (즉, 반응 구역으로 되돌려지기 전에 재생됨).Vapor phase oxidation of n-butane to maleic anhydride on V / P / O catalysts is generally known in the art. A prior art review document describing this method is US Pat. No. 4,668,802. In the improved process described in US Pat. No. 4,668,802 and US Pat. No. 5,021,588, the reaction is carried out in a recycle solid reactor with two flow reaction zones. The conversion of n-butane to maleic anhydride first takes place in one reaction zone, and the catalyst is essentially recirculated (ie regenerated before returning to the reaction zone) where the gas stream is removed and transferred to another reaction zone.

이 방법에서 촉매로 사용되는 혼합 산화물 V/P/O 조성물은 당분야에 공지되어 있다. V/P/O 조성물 및 이들의 제조를 기재하는 리뷰 문헌으로는 미국특허 제4,371,702호가 있다. 촉매 전구체 조성물은 보통 바나듐이 +5 산화 상태로 존재하는 V2O5또는 NH4VO3와 같은 종래 바나듐 화합물을 수성 또는 유기 액체 매질 중 어느 하나에서 반응시켜 +4 산화 상태로 부분적으로 환원시키는 방법에 의해 제조한다. 이어서, 촉매 전구체는 임의의 적합한 인 화합물, 예를 들면 H3PO4를 첨가하고, 환류시켜 반응을 일으키고, 보통 수화된 인산바나듐과 같은 촉매 전구체를 여과 및 건조 또는 분무 건조에 의해 회수하여 형성된다. 선행 기술에는 바나듐에 대한 인의 원자 비율의 바람직한 범위 및 또한 촉매 촉진제의 혼입이 기재되어 있다. V/P/O 촉매는 특히 유동층 또는 재순환층 반응기에 사용될 경우 양호한 내마멸성을 갖는 것이 바람직하다. 내마멸성 촉매 및 그의 제조 방법에 관련된 선행 기술은 미국특허 제4,677,084호에 리뷰되어 있다. n-부탄으로부터 말레산 무수물을 제조하는데 유용한 V/P/O 촉매의 제조에는 촉매 전구체의 조절된 하소 및 활성화를 필요로 한다. 이는 전구체를 적합한 온도, 시간 및 공기 조건하에 가열하여 탈수시키고, 한편 평균 바나듐 산화 상태 (Vox)를 특정 한계치 사이로 유지함으로써 달성된다. 예를 들어 미국 특허 제3,915,892호에서는, Vox의 범위를 4.1 내지 4.5로 유지하면서 370 내지 394 ℃에서 수화된 물 1 분자를 방출함으로써 전구체 이수화물을 일수화물로 전환시킨다. 이어서, 395 내지 425 ℃에서 가열하여 나머지 물을 제거한 후, 공기 또는 불활성 기체와 함께 조절된 양의 산소 및 탄화수소로 이루어진 캐리어 기체 내에서 450 ℃ 이상의 온도하에 벌크 결정 상 전이를 촉진시켜 1 부피% 이상의 산소 또는 각각 1 부피%의 산소 및 탄화수소를 함유하는 유출 스트림을 제공하는 한편 Vox의 범위를 다시 4.1 내지 4.5로 유지한다.Mixed oxide V / P / O compositions used as catalysts in this process are known in the art. A review document describing V / P / O compositions and their preparation is described in US Pat. No. 4,371,702. The catalyst precursor composition is a process in which a conventional vanadium compound, such as V 2 O 5 or NH 4 VO 3 , in which vanadium is present in the +5 oxidation state, is reacted in either an aqueous or organic liquid medium to partially reduce it to the +4 oxidation state. Manufactured by The catalyst precursor is then formed by adding any suitable phosphorus compound, for example H 3 PO 4 , refluxing to cause the reaction, and recovering the catalyst precursor, usually hydrated vanadium phosphate, by filtration and drying or spray drying. . The prior art describes the preferred range of atomic ratios of phosphorus to vanadium and also the incorporation of catalyst promoters. It is preferred that the V / P / O catalyst has good wear resistance, especially when used in a fluidized bed or recycle bed reactor. Prior art related to wear resistant catalysts and methods for their preparation is reviewed in US Pat. No. 4,677,084. The preparation of V / P / O catalysts useful for preparing maleic anhydride from n-butane requires controlled calcination and activation of the catalyst precursor. This is accomplished by heating the precursors under suitable temperature, time and air conditions to dehydrate, while maintaining the average vanadium oxidation state (Vox) between certain limits. For example, US Pat. No. 3,915,892 converts precursor dihydrate to monohydrate by releasing one molecule of hydrated water at 370 to 394 ° C. while maintaining the range of Vox at 4.1 to 4.5. Subsequently, the remaining water is removed by heating at 395 to 425 ° C., and then the bulk crystal phase transition is promoted at a temperature of 450 ° C. or higher in a carrier gas consisting of a controlled amount of oxygen and hydrocarbons together with air or an inert gas, thereby at least 1% by volume An effluent stream containing oxygen or 1% by volume of oxygen and hydrocarbons is provided while maintaining the range of Vox back to 4.1 to 4.5.

선행 기술 문헌에 기재된 하소/활성화 과정을 사용하여 상업적으로 조작하기 위한 촉매를 제공하는데 필요한 규모로 V/P/O 촉매를 제조할 경우, n-부탄으로부터 말레산 무수물을 제조하는 견지에서, 생성된 촉매는 소량 배치 기준으로 제조한 촉매에 비해 열등하다는 것을 알게 되었다. 결과적으로, 고급 촉매를 상업적 설비 조작에 요구되는 규모로 제조하기 위하여 보다 엄격하게 조절된 제조 조건이 필요하다. 예를 들면, 미국특허 제5,573,992호 (1996년 11월 12일 허여)에는 제한된 특정 조작 조건내에서 수행되는, 바나듐과 인의 혼합 산화물을 함유한 촉매의 상대적으로 저압 소성 및 활성화 방법이 개시되어 있다. 이 방법은 동시(同時) 및 연속적으로 산소 양을 조절하여 Vox의 범위를 3.825 내지 4.175로 조절하면서, 수화된 V/P/O 또는 V/P/O-SiO2촉매 전구체를 375 내지 400 ℃ 범위의 온도에서 충분한 시간 동안 하소시켜 탈수시킨 후, 및 동시 및 연속적으로 산소 양을 조절하여 Vox의 범위를 3.95 내지 4.15로 조절하면서, 0.020 atm을 초과하지 않는 분압에서 n-부탄을 함유하는 기체 분위기 하에서 전 단계의 탈수된 촉매 전구체를 340 내지 500 ℃의 범위로 더 가열하여 활성화시키는 단계를 포함한다. 본 발명은 이 방법을 더 개량한 것으로 보여진다.In terms of preparing maleic anhydride from n-butane when preparing a V / P / O catalyst at the scale necessary to provide a catalyst for commercial operation using the calcination / activation process described in the prior art literature, It has been found that the catalyst is inferior to the catalyst prepared on a small batch basis. As a result, more stringent controlled production conditions are needed to produce the advanced catalysts on the scale required for commercial plant operation. For example, US Pat. No. 5,573,992, issued Nov. 12, 1996, discloses a relatively low pressure calcining and activation process for catalysts containing mixed oxides of vanadium and phosphorus, which are performed under limited specific operating conditions. This method adjusts the amount of oxygen simultaneously and continuously to adjust the range of Vox to 3.825 to 4.175, while hydrated V / P / O or V / P / O-SiO 2 catalyst precursors range from 375 to 400 ° C. After dehydration by calcination for a sufficient time at the temperature of and under the gas atmosphere containing n-butane at a partial pressure not exceeding 0.020 atm while adjusting the range of Vox to 3.95 to 4.15 by controlling the amount of oxygen simultaneously and continuously. And further heating the dehydrated catalyst precursor of the previous step in the range of 340 to 500 ° C. The present invention is seen to further refine this method.

본 발명의 목적은 n-부탄을 산화시켜 말레산 무수물을 높은 수율로 제조할 수 있는 활성 및 선택성이 높은 V/P/O 촉매를 제조하기 위해, 그 제조과정 중 V/P/O 촉매 전구체를 하소 및 활성화하는 개량된 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to prepare a V / P / O catalyst precursor during its preparation to prepare a highly active and selectable V / P / O catalyst capable of oxidizing n-butane to produce maleic anhydride in high yield. It is to provide an improved method for calcination and activation.

본 발명은 n-부탄을 산화시켜 말레산 무수물을 높은 수율로 제조할 수 있는 활성 및 선택성이 높은 V/P/O 촉매의 제조 동안에 승온 및 승압에서 V/P/O 촉매 전구체를 하소 및 활성화하는 개량된 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적에 맞게 촉매 활성은 n-부탄 산화와 관련해 정의하며, 선택성은 말레산 무수물 생성에 관련된 것이고, 수율은 활성 및 선택성의 함수이다. 본 발명은 또한, V/P/O 촉매 전구체 자체의 개량된 승온·승압 하소 및 활성화 방법을 이용하는 상업적 규모의 유동 운반층 설비를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은, 말레산 무수물을 상업적 규모로 제조하는데 적합한 재순환층 반응기에 사용하기 위한 촉매의 대규모 제조에 특히 적당하여, 전형적으로는 상당히 더 높은 활성을 갖는 촉매를 동시에 제조하면서 작동 시간을 실질적으로 감소시킨다.The present invention is directed to calcining and activating a V / P / O catalyst precursor at elevated temperatures and pressures during the production of highly active and selectable V / P / O catalysts capable of oxidizing n-butane to produce maleic anhydride in high yield. It is about an improved method. For the purposes of the present invention, catalytic activity is defined in terms of n-butane oxidation, the selectivity relates to the production of maleic anhydride, and the yield is a function of activity and selectivity. The present invention also relates to a method for operating a commercial scale fluid transport bed facility utilizing an improved method of elevated temperature, elevated pressure calcination and activation of the V / P / O catalyst precursor itself. The process of the present invention is particularly suitable for the large-scale preparation of catalysts for use in recycle bed reactors suitable for the production of maleic anhydride on a commercial scale, typically providing substantial operating time while simultaneously producing catalysts with significantly higher activity. To decrease.

따라서, 본 발명은Therefore, the present invention

(a) 370 ℃ 내지 420 ℃의 온도 범위에서 공기 또는 산소 함유 기체를 사용하는 유동층 반응기 내에 기체 흐름을 형성하고,(a) forming a gas stream in a fluidized bed reactor using air or an oxygen containing gas in the temperature range of 370 ° C. to 420 ° C.,

(b) 촉매 전구체가 370 ℃ 내지 420 ℃의 온도 범위로 유동층 상태에서 급속한 온도 상승을 경험하도록 하는 속도로 수화 V/P/O 또는 V/P/O -SiO2촉매 전구체를 (a) 단계의 유동층 반응기에 첨가하고,(b) hydrating V / P / O or V / P / O-SiO 2 catalyst precursor at a rate such that the catalyst precursor experiences a rapid temperature rise in the fluidized bed state in the temperature range of 370 ° C to 420 ° C. To a fluid bed reactor,

(c) 평균 Vox가 4.05 이상 4.55 이하로 되게 하는 한편, (b) 단계의 촉매 전구체를 충분한 시간 동안, 충분한 압력과 상기 온도 범위에서 유동상태로 유지하여 동반 유기물을 제거하고 촉매 전구체를 탈수시키며,(c) maintaining an average Vox of at least 4.05 and at most 4.55, while maintaining the catalyst precursor in step (b) for a sufficient time and at a sufficient pressure and in the above temperature range to remove entrained organics and dehydrate the catalyst precursor,

(d) (c) 단계에서 비산화성 기체로 제조된 하소된 V/P/O 촉매를 회수 및 저장하는 단계로 이루어지는,(d) recovering and storing the calcined V / P / O catalyst prepared from the non-oxidizing gas in step (c),

V/P/O 촉매를 하소시키는 방법을 제공한다.Provided are methods for calcining a V / P / O catalyst.

상업적 규모 운반층 설비를 작동하는 개량된 방법은 바나듐/인 산화물 (V/P/O) 촉매를 산화된 형태로 사용하여 n-부탄이 말레산 무수물로 전환되는 반응 구역 및 환원된 바나듐/인 산화물 촉매가 산소와 접촉하여 재생되는 촉매 재생 구역으로 이루어지는 재순환 고체 반응기를 사용하는 것을 포함하며, (i) 온도가 380 ℃ 내지 400 ℃로 유지된 재생 구역에 촉매 전구체를 첨가하고 (ii) 재생 구역 내에서 공기 또는 산소 함유 기체를 이용하여 충분한 시간 동안 충분한 압력으로 촉매 전구체를 유동상태로 유지시켜 동반 유기물을 제거하고 촉매 전구체를 탈수시키며 (iii) 평균 Vox가 4.55 이하가 되도록 재생 구역에서 촉매 전구체의 평균 체류 시간을 유지하면서, 재생 구역으로부터 반응 구역으로 하소된 촉매 전구체를 운반하고 (iv) 촉매 순환이 시작될 때까지 실질적으로 비산화성인 기체를 사용하여 조작 온도에 가깝게 반응 구역 내의 유동상태로 하소된 촉매 전구체를 유지하는 것으로 이루어진 특별한 개선점을 지닌, n-부탄에서 말레산 무수물로의 선택적 증기 상 산화 방법에 관련되어 있다.An improved method of operating a commercial scale carrier bed plant is a reaction zone where n-butane is converted to maleic anhydride and reduced vanadium / phosphorus oxide using a vanadium / phosphorus oxide (V / P / O) catalyst in oxidized form. Using a recycle solid reactor consisting of a catalyst regeneration zone where the catalyst is regenerated in contact with oxygen, wherein (i) adding the catalyst precursor to the regeneration zone where the temperature is maintained between 380 ° C. and 400 ° C. and (ii) in the regeneration zone. The catalyst precursor is kept in a fluid state for a sufficient time using air or an oxygen-containing gas to remove entrained organics and dehydrate the catalyst precursor, and (iii) the average of the catalyst precursor in the regeneration zone to have an average Vox of 4.55 or less. While maintaining the residence time, convey the calcined catalyst precursor from the regeneration zone to the reaction zone and (iv) until the catalyst cycle begins It relates to a process for selective vapor phase oxidation of n-butane to maleic anhydride with a particular improvement consisting of maintaining a calcined catalyst precursor in a fluid state within the reaction zone using substantially non-oxidizing gases. .

본 발명에 따른 상업적 규모 작동의 한가지 실시태양에서는, 촉매 전구체의 첨가 속도가 촉매의 전체 투입량이 하소될 때까지 재생 구역내의 온도를 유지하기에 충분하도록, 하소된 촉매 전구체를 재생 구역에서 반응 구역으로 운반하는 것과 동시에 조정된다. 관련된 실시태양에서는, 반응 구역 및 재생 구역 사이에 촉매 재순환 및 반응 구역으로 n-부탄의 공급을 포함하는 조작 조건하에서 하소된 촉매 전구체의 투입량은 그 자체로 활성화된다. 바람직하게는 촉매 전구체가 390 ±5 ℃의 온도에서 유지된다. 상업적 작동 태양에서 촉매 전구체는 압력이 약 3.5 atm인 재생 구역 내에 유동상태로 존재하며, 재생 구역에서 촉매 전구체의 평균 체류 시간은 공기압 3.5 atm 또는 그 이상에서 약 4 시간 이하 및 공기압 1 atm에서 20 시간 이하로 유지된다. 임의로는, n-부탄을 사용하여 직접 화염 가열에 의해 380 내지 400 ℃의 온도 범위를 달성하여 공기 또는 산소 함유 기체 중의 수증기 함량이 약 3 몰% 이하가 되게 한다.In one embodiment of commercial scale operation according to the present invention, the calcined catalyst precursor is transferred from the regeneration zone to the reaction zone such that the rate of addition of the catalyst precursor is sufficient to maintain the temperature in the regeneration zone until the total input of catalyst is calcined. Adjusted at the same time as carrying. In a related embodiment, the dosage of the calcined catalyst precursor is activated by itself under operating conditions involving the recycling of the catalyst between the reaction zone and the regeneration zone and the supply of n-butane to the reaction zone. Preferably the catalyst precursor is maintained at a temperature of 390 ± 5 ° C. In a commercial operating aspect, the catalyst precursor is in a flow state in a regeneration zone with a pressure of about 3.5 atm, and the average residence time of the catalyst precursor in the regeneration zone is about 4 hours or less at air pressure of 3.5 atm or higher and 20 hours at 1 atm air pressure. Is maintained below. Optionally, direct flame heating with n-butane is used to achieve a temperature range of 380-400 ° C. such that the water vapor content in the air or oxygen containing gas is about 3 mol% or less.

본 발명의 목적는 상업적 규모로 미립자 V/P/O 촉매 전구체를 하소 및 활성화하는 단순하고 신속한 방법을 제공하고자 하는 것이다. 관련된 목적은 이 V/P/O 촉매를 사용하는 최신 운반 유동층 상업적 규모 설비를 작동시키는데 필요한 시간을 현저히 감소시키는 것이다. 본 발명의 추가적 목적은 촉매의 선택성을 희생하지 않고 활성 및 표면적을 향상시키는 V/P/O 촉매 전구체의 하소 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a simple and rapid method for calcining and activating particulate V / P / O catalyst precursors on a commercial scale. A related objective is to significantly reduce the time required to operate a modern conveying fluidized bed commercial scale plant using this V / P / O catalyst. It is a further object of the present invention to provide a method for calcination of a V / P / O catalyst precursor that improves activity and surface area without sacrificing the selectivity of the catalyst.

본 발명은 n-부탄을 산화시켜 말레산 무수물을 높은 수율로 제조할 수 있는 활성과 선택성이 높은 V/P/O 촉매의 제조 방법에 관한 것이다. 이 반응에 필요한 피로인산바나듐 촉매는 하소/활성화 과정에 의해 전구체로부터 활성 결정 상으로 전환될 필요가 있다. 또한, 본 발명의 승온 및 승압 하소/활성화 방법은 임의의 규모로 V/P/O 촉매를 제조하는데 사용할할 수 있지만, 재순환 고체 반응기를 사용하는 대규모 제조 설비의 작동에 특히 적합하다. 본 발명과 연관된 개량 방법이전에는, n-부탄을 말레산 무수물로 선택적으로 산화시키도록 고안된 상업적 재순환 고체 반응기를 위한 작동 공정은, 완료하는데 수주의 시간을 필요로 하는 배치식으로 계획되었다. 본 발명에 따른 개량된 방법은 개념상으로는 하소/활성화 공정이 수일내에 완료될 수 있는 동일 장소에서의 작동 방법이다. 바람직하게는 2.5 내지 약 3.5 atm의 공기 중에서 촉매를 로드하고 390 ℃로 가열하는데 대략 필요한 시간 내에 상업적 설비의 촉매 재생 용기에서 연속 또는 반연속적으로 원하는 하소를 수행한다. 이 시간 동안 재순환 고체 반응기의 상승관 용기를 실질적으로 불활성 분위기에서 대략 동일한 온도로 유지한다. 재생 구역에서 제조된 하소된 촉매는 재생기의 조작 압력과 온도의 함수인 임계 최대 존속 시간 이하로 재생기내에 평균 체류 시간이 유지되도록 (즉, 약 390 ℃의 공기의 약 3.5 atm에서 최대 체류 시간은 전형적으로 4 시간이고 약 1 atm에서 최대 체류 시간은 20 시간 이하임), 주기적 또는 연속적으로 반응기 용기로 (즉 설비의 상승관 쪽으로) 운반된다.The present invention relates to a process for preparing a high activity and selectivity V / P / O catalyst capable of oxidizing n-butane to produce maleic anhydride in high yield. The vanadium pyrophosphate catalyst required for this reaction needs to be converted from the precursor to the active crystalline phase by the calcination / activation process. In addition, the elevated temperature and elevated calcining / activation methods of the present invention can be used to prepare V / P / O catalysts on any scale, but are particularly suitable for operation of large scale manufacturing equipment using recycle solid reactors. Prior to the refinement process associated with the present invention, the operating process for commercial recycle solid reactors designed to selectively oxidize n-butane to maleic anhydride was planned in batch, requiring several weeks to complete. The improved method according to the invention is conceptually a method of operation at the same site where the calcination / activation process can be completed in a few days. Desirably calcination is carried out continuously or semi-continuously in a catalyst regeneration vessel of a commercial plant in approximately the time required to load the catalyst in air of 2.5 to about 3.5 atm and heat to 390 ° C. During this time the riser vessel of the recycle solid reactor is maintained at approximately the same temperature in a substantially inert atmosphere. The calcined catalyst produced in the regeneration zone is such that the maximum residence time is typically maintained at about 3.5 atm of air at about 390 ° C. so that the average residence time in the regenerator is maintained below the critical maximum residence time as a function of the regenerator's operating pressure and temperature. 4 hours and a maximum residence time of less than 20 hours at about 1 atm), is transported to the reactor vessel (ie to the riser of the plant) periodically or continuously.

상업적 규모 재순환 고체 반응기에서 V/P/O 촉매의 하소/활성화에 있어서 이러한 조작 공정의 조정, 이점 및 유리한 점을 보다 충분하게 인식하고 이해하기 위해서는, 상업적 규모 조작에 있어서 전형적인 특정 실용적 설비 설계 및 공학적 제약뿐만 아니라 온도, 시간, 산소 및 물의 분압을 비롯한 압력, 촉매 전구체에서 체류 유기물의 연소 및 평균 바나듐 산화 상태 (즉, Vox)와 같은 촉매 변수에 관련된 특정 실험 데이터를 고려하는 것이 아마도 최선일 것이다.To better understand and understand the adjustments, advantages, and advantages of this operating process in the calcination / activation of V / P / O catalysts in commercial scale recycled solid reactors, certain practical plant design and engineering typical of commercial scale operation is required. It is probably best to consider not only the constraints but also specific experimental data related to catalyst parameters such as temperature, time, pressure, including partial pressures of oxygen and water, combustion of retained organics in the catalyst precursor and average vanadium oxidation state (ie, Vox).

온도 :Temperature :

본 발명의 촉매 전구체의 개량된 하소 방법에 따르면, 유동 기체, 유동층 반응기 및(또는) 유동층을 조작 온도로 유지하면서 고온 유동층 반응기 내로 또는 유동층 반응기 내의 전구체를 하소시키는 고온 유동층으로 분무 건조된 V/P/O 촉매 전구체 등을 처음부터 공급한다. 즉, 하소될 V/P/O 촉매 전구체를 처음부터 하소 조건하의 유동층 반응기로 공급하여 그 자체로서 필수적으로 순간 열충격을 격도록 한다. 하소 동안의 실제 온도는 여러가지 고려 사항에 영향을 받는다. 예를 들면, 하소 온도가 너무 낮은 경우에는 전구체로부터 피로인산바나듐의 상전이를 유도할 만큼 충분히 에너지를 공급하지 못하게 될 것이다. 또한 390 ℃보다 너무 높거나 낮은 온도는 촉매의 산화율을 증가시켜 촉매의 산화 상태를 과도하게 높이게 되는 경향이 있다 (즉, 평균 Vox가 너무 높음). 300 g의 촉매 전구체 샘플을 360 ℃의 3 몰%의 증기가 포함된 35 psig 공기의 유동층 반응기에서 하소시킨 촉매 전구체 샘플 300 g은, 390 ℃에서 시행한 유사한 실험에 비해, 사용시 더 높은 촉매 산화율 및 더 낮은 말레산 수율을 보였다. 390 ℃에 비교하면 370 ℃ 및 420 ℃의 촉매 하소 온도에서 이와 유사한 더 높은 촉매 산화율 및 더 낮은 말레산 수율이 얻어졌다. 이러한 차이는 또한 각 샘플의 X-선 회절 유형에서도 분명하게 나타난다. 360 ℃에서 하소된 전구체 샘플은 무정형 중간체를 통해 반-무정형 VOPO4상으로 직접 전환될 때 산화된다. 반대로, 390 ℃보다 높은 온도에서 하소된 전구체는 원하는 피로인산 상으로 먼저 변환되지만, 즉시 더 고도로 산화된 VOPO4상으로 전환된다. 적합한 하소에 더 높은 온도가 필요하리라는 것을 지시하는 데이터는, 370 ℃ 근처에서 상당한 사건이 관찰된다는 점에서 열 중량 분석 (TGA) 측정과 일치한다. 따라서 370 ℃ 이상의 온도가 원하는 상 전이를 달성하기 위해 필요하다. 하소 온도의 하한치는 또한 V/P/O 촉매 전구체에 전형적으로 존재하는 동반 탄화수소의 필요한 산화적 제거에 영향을 줄 것으로 생각된다. 즉, 370 ℃ 이상에서 수행되는 하소는 피로인산 상으로의 원하는 상 전이를 일으켜 동반 유기물의 효과적인 산화율 및 제거를 달성한다. 상업적 규모 재순환층 반응기에서 수행되는 경우 상 전이를 위한 더 낮은 실용적인 온도 한계치는 3.5 atm의 하소에 대해 380 ℃에 좀더 가까울 것이다. 바람직하게는 390 ± 5 ℃의 하소 온도가 사용되어야 한다.According to the improved calcination method of the catalyst precursor of the present invention, V / P spray-dried into a hot fluidized bed reactor or into a hot fluidized bed which calcinates the precursor in the fluidized bed reactor while maintaining the fluidized gas, fluidized bed reactor and / or fluidized bed at operating temperature / O catalyst precursor and the like are supplied from the beginning. That is, the V / P / O catalyst precursor to be calcined is initially fed into the fluidized bed reactor under calcination conditions to essentially resist instantaneous thermal shock. The actual temperature during calcination is influenced by several considerations. For example, if the calcination temperature is too low, it will not provide enough energy to induce the phase transition of vanadium pyrophosphate from the precursor. In addition, temperatures that are too high or lower than 390 ° C. tend to increase the oxidation rate of the catalyst, resulting in an excessively high oxidation state of the catalyst (ie, too high average Vox). 300 g of catalyst precursor sample calcined 300 g of catalyst precursor sample in a 35 psig air fluidized bed reactor containing 3 mol% of vapor at 360 ° C. exhibited higher catalytic oxidation rates and higher catalyst use when compared to similar experiments conducted at 390 ° C. Lower maleic yield was shown. Similar higher catalyst oxidation rates and lower maleic yields were obtained at catalyst calcination temperatures of 370 ° C. and 420 ° C. compared to 390 ° C. This difference is also evident in the type of X-ray diffraction of each sample. Precursor samples calcined at 360 ° C. are oxidized when converted directly to semi-amorphous VOPO 4 phase through an amorphous intermediate. In contrast, the precursor calcined at temperatures above 390 ° C. is first converted to the desired pyrophosphate phase, but immediately to a more highly oxidized VOPO 4 phase. The data indicating that higher temperatures will be required for proper calcination is consistent with thermal gravimetric analysis (TGA) measurements in that significant events are observed near 370 ° C. Thus, temperatures above 370 ° C. are necessary to achieve the desired phase transition. The lower limit of the calcination temperature is also believed to affect the required oxidative removal of the companion hydrocarbons typically present in the V / P / O catalyst precursor. That is, calcination carried out at 370 ° C. or higher results in the desired phase transition to the pyrophosphoric acid phase to achieve an effective oxidation rate and removal of the companion organics. The lower practical temperature limit for phase transition when performed in a commercial scale recycle bed reactor will be closer to 380 ° C. for calcination of 3.5 atm. Preferably a calcination temperature of 390 ± 5 ° C should be used.

하소 온도의 상한치도 또한 여러 고려 사항에 의해 영향을 받는다. 예를 들면, 더 높은 하소 온도는 더 높은 평균 Vox에 유리한 경향이 있고, 4.6 이상의 Vox는 하급 촉매 성능에 이르게 할 것임이 분명하다. 따라서, 하소 동안에 Vox가 4.55 이하의 값으로 유지된다면, 420 ℃, 35 psig에서 수행된 이전의 실험은 말레산 수율을 개선시킬 수 있는 하소된 촉매를 제조했다. 그러나 460 ℃에서 수행된 유사한 실험은 개선된 V/P/O 촉매를 제공하지 않았으며, 이는 하소 온도가 산화 상태와 무관하게 말레산 수율에 영향을 준다는 것을 증명한다. 다시 말하자면, 너무 높거나 너무 낮은 온도는 모두 고정층 및 상승관 반응기에서 시험했을 경우 과도하게 산화된 촉매의 생성율을 증가시키고, 말레산 수율을 감소시키기 때문에, 바람직한 하소 온도는 390 ℃로 생각된다.The upper limit of the calcination temperature is also influenced by several considerations. For example, it is clear that higher calcination temperatures tend to favor higher average Vox, and Vox above 4.6 will lead to lower catalytic performance. Thus, if Vox was maintained at a value below 4.55 during calcination, previous experiments conducted at 420 ° C., 35 psig produced a calcined catalyst that could improve maleic acid yield. However, similar experiments conducted at 460 ° C. did not provide an improved V / P / O catalyst, demonstrating that the calcining temperature affects maleic acid yield regardless of the oxidation state. In other words, the preferred calcination temperature is considered to be 390 ° C., because both too high or too low temperatures increase the production of excessively oxidized catalyst and decrease the maleic acid yield when tested in fixed bed and riser reactors.

산소 함유 기체 중의 촉매 전구체의 급속한 온도 상승은 촉매 전구체에서 동반 유기물의 신속한 연소 및 제거를 보장한다. 동시에, 이미 고온 유동 기체 스트림으로 촉매 전구체를 공급하는 것과 함께 연합된 급속한 온도 상승은 수화된 물을 급속히 손실시켜 촉매를 하소시킨다. 신속한 동반 유기물의 제거 및 전형적으로 약 10 중량%의 물 손실의 조합은 생성된 촉매 표면적의 관찰된 증가 (전형적으로 30 내지 35 m2/g 정도)에 기여할 것으로 현재는 생각된다. 이러한 상대적인 표면적 증가는 또한 궁극적인 촉매 활성에서 관찰된 증가 (전형적으로 20 내지 25 % 또는 그 이상)에 기여할 수 있다. 고온이 유지되는, 조절된 첨가 속도로 산화 조건 하에서 이미 고온 유동층에 촉매 전구체를 담금으로써 생겨난, 이 신속한 온도 상승 및 동반 유기물 및 수화된 물의 급속한 제거는 본 발명에 따른 V/P/O 촉매의 하소 및 활성화의 개선된 방법을 종래 기술과 구분하는데 결정적인 것으로 생각된다. 아마도 가장 광범위하지만, 가장 단순한 의미에서, 본 발명의 개선된 방법은 V/P/O 촉매 전구체를 충분한 시간 동안 390 ± 5 ℃의 온도로 유동상태에 두어 동반 유기물 및 수화된 물을 제거시켜 하소를 일으키는, 평균 Vox가 4.05 이상 4.55 이하으로 유지되는 V/P/O 촉매 전구체의 하소 방법으로 볼 수 있다.Rapid temperature rise of the catalyst precursor in the oxygen containing gas ensures rapid burning and removal of the accompanying organics in the catalyst precursor. At the same time, the rapid temperature rise associated with feeding the catalyst precursor into the hot flow gas stream already rapidly loses hydrated water to calcinate the catalyst. It is presently believed that a combination of rapid companion organic removal and water loss of typically about 10% by weight will contribute to the observed increase in the resulting catalyst surface area (typically on the order of 30 to 35 m 2 / g). This relative surface area increase can also contribute to the observed increase (typically 20-25% or more) in the ultimate catalytic activity. This rapid rise in temperature and the rapid removal of the accompanying organics and hydrated water, resulting from immersion of the catalyst precursor in the hot fluidized bed already under oxidizing conditions at a controlled addition rate, at which the high temperature is maintained, results in the calcination of the V / P / O catalyst according to the invention. And improved methods of activation from the prior art. Perhaps the broadest, but in the simplest sense, the improved process of the present invention places the V / P / O catalyst precursor in a fluid state at a temperature of 390 ± 5 ° C. for a sufficient time to remove the accompanying organics and hydrated water to It can be seen as a method of calcination of the V / P / O catalyst precursor which maintains an average Vox of 4.05 or more and 4.55 or less.

이러한 하소된 V/P/O 촉매 전구체는 그 다음 지속된 시간 동안 반드시 비산화 환경 (즉, 전형적으로는 산소 분압이 0.035 atm 이하인 건조한 기체상)에서 필수적으로 특정 온도에서 저장될 수 있으며, 그 다음, 반응이 고정층, 유동층 또는 운반 유동층 반응기 중 어디에서 일어나더라도 조작 조건에서 단순히 본래 상태로의 사용을 포함하여 활성화된 경우에, n-부탄에서 말레산 무수물의 증기 상 산화에 비해 상당히 증가된 촉매 활성을 지속적으로 보이는 V/P/O 촉매를 제조한다.Such calcined V / P / O catalyst precursors can be stored at essentially certain temperatures for the next sustained period of time, essentially in a non-oxidizing environment (ie, in a dry gas phase, typically with an oxygen partial pressure of 0.035 atm or less), and then Significantly increased catalytic activity compared to the vapor phase oxidation of maleic anhydride in n-butane when the reaction is activated, including in its intact conditions simply under the operating conditions, regardless of whether the reaction occurs in a fixed bed, fluidized bed or transport fluidized bed reactor. To produce a continuously visible V / P / O catalyst.

압력 :pressure :

하소 압력은 말레산 수율 및 생성되는 V/P/O 촉매의 산화율 모두에 상당한 영향을 미친다. 여러 하소 실험을 각각 1, 3.5 및 6 atm의 압력에서 수행했다. 모든 실험을 3 몰% 수증기를 함유하는 공기 공급 기체를 사용하여 390 ℃에서 수행했다. 압축 유동층 반응기 내에서 V/P/O 촉매 전구체를 하소시킨 후에 촉매 성능을 자동화 고정층 반응기에서 측정했다. 생성된 촉매의 자동화 고정층 반응기 평가는 1 atm 및 3.5 atm 하소가 다르게 활성화시킬 지라도 두 경우 모두 궁극적으로는 현저하게 개선된 활성을 갖는 촉매를 생성한다는 것을 지시한다. 그러나, 높은 압력 (6 atm)에서 하소된 촉매는 적합하지 않다. 전형적으로 자동화 고정층 반응기에서 평가할 경우 각 3 가지 압력에서 최후의 Vox가 4.55에 가깝게 하소된 촉매는 고압 (예를 들면, 6 atm 공기압) 촉매에 대한 시간 함수로서 열등한 말레산 수율 및 3.5 atm에서 하소된 촉매에 대한 실행 시간의 함수로 지속적인 우수한 말레산 수율을 보일 것이다. 1 atm 촉매는 전형적으로, 처음 50 내지 100 작동 시간 동안은 증가하는 개선된 초기 말레산 수율을 보이지만, 궁극적으로는 3.5 atm 촉매의 성능을 능가하게 될 것이다. 본 발명을 주장하는 목적에 있어서 이러한 압력의 영향은 보다 정확하게는, 아마도 총압력 영향보다 산소 분압의 영향인 것으로 간주해야 할 것이다. 이와 같이, 전체 압력 한계치에 대한 관계는 상한 조작 한계치와 관련된 경우 "공기압 (atm of air)"라는 표현을 사용할 것이다.The calcination pressure has a significant effect on both the maleic acid yield and the oxidation rate of the resulting V / P / O catalyst. Several calcination experiments were performed at pressures of 1, 3.5 and 6 atm respectively. All experiments were performed at 390 ° C. using an air feed gas containing 3 mol% water vapor. Catalyst performance was measured in an automated fixed bed reactor after calcining the V / P / O catalyst precursor in a compressed fluidized bed reactor. Automated fixed bed reactor evaluation of the resulting catalyst indicates that in both cases ultimately results in a catalyst with significantly improved activity, even if 1 atm and 3.5 atm calcination are activated differently. However, catalysts calcined at high pressures (6 atm) are not suitable. Typically, when evaluated in an automated fixed bed reactor, the catalyst calcined to the final Vox close to 4.55 at each of the three pressures was calcined at 3.5 atm and inferior maleic yield as a function of time for the high pressure (eg 6 atm air pressure) catalyst. It will show consistently good maleic acid yields as a function of run time for the catalyst. 1 atm catalysts typically show improved initial maleic yields that increase during the first 50 to 100 operating hours, but will ultimately exceed the performance of 3.5 atm catalysts. For the purposes of claiming the present invention, the effect of this pressure should be regarded more precisely as the effect of the oxygen partial pressure rather than the total pressure effect. As such, the relationship to the overall pressure limit will use the expression “atm of air” when it relates to the upper limit of operation.

하소 압력은 또한 V/P/O 촉매를 하소시키는데 바나듐의 산화상태에 상당한 영향을 미친다. 1, 3.5 및 6 atm, 390 ℃에서 3 몰%의 수증기를 포함한 공기를 사용하는 하소에 대한 시간의 함수로서의 평균 바나듐 산화 상태는 압력을 증가시킴에 따라서 전구체의 산화율이 증가한다는 것을 보여준다. 따라서, 더 높은 압력에 비해 더 낮은 하소 압력을 허용 하소 시간을 연장시키는데 사용할 수 있다. 이는 산소 분압 영향이라고 생각되기 때문에 공기를 불활성 기체로 희석시킴으로써 허용 하소 시간을 연장할 수 있거나 또는 실제로 산소 함량을 풍부하게 함으로써 시간을 단축시킬 수 있을 것이다. 이와 유사하게, 배치식 유동상태에서 하소시키면 재생기에서 하소시키는 또다른 방법에 비해 전구체가 과도하게 산화되기 전의 다른 체류 시간을 제공할 것이다. 재순환 고체 반응기의 재생기에서의 하소와 연관된 연속 또는 반연속 형태, 및 상승관 구획으로 하소된 촉매의 주기적 운반시 일어나는 고유한 역혼합은 높은 백분률의 하소된 촉매가 과도하게 산화되지 않도록 보장하는 보다 짧은 평균 체류 시간을 요구한다. 전형적으로 390 ℃에서 배치식 조작 유동 반응기의 3.5 atm에서 3 몰%의 물을 포함하는 공기를 사용하는 경우, 4.6의 Vox를 달성하기 위한 하소 체류 시간은 35 내지 40 시간을 필요로 한다. 반대로, 재순환 고체 반응기 설비 중의 상업적 규모 작동 공정과 결합된 역혼합식은 390 ℃에서 3 몰% 물을 포함하는 공기를 사용할 때, 3.5 atm 이상의 압력에서는 전형적으로 4 시간 이하의 체류 시간이, 1 atm 공기압에서는 약 20 시간 이하의 체류 시간을 필요로 한다. 다시 말하자면, 역혼합식에서 체류 시간은 공기 중 산소 함량을 희석 또는 증가시킴으로써 조절 및(또는) 영향을 줄 수 있기 때문에 상응하는 체류 시간 및 조작 압력을 선택하는데 유연성을 증대시킬 수 있다.The calcination pressure also has a significant effect on the oxidation state of vanadium in calcining the V / P / O catalyst. The average vanadium oxidation state as a function of time for calcination with air containing 3 mol% water vapor at 1, 3.5 and 6 atm, 390 ° C. shows that the oxidation rate of the precursor increases with increasing pressure. Thus, lower calcination pressures compared to higher pressures can be used to prolong the calcination time. Since this is believed to be an oxygen partial pressure effect, dilution of the air with an inert gas may extend the permissible calcination time, or may actually shorten the time by enriching the oxygen content. Similarly, calcination in batch flow will provide a different residence time before the precursor is excessively oxidized compared to another method of calcination in a regenerator. The continuous or semicontinuous form associated with calcination in the regenerator of the recycle solid reactor, and the inherent backmixing that occurs during the periodic transport of the calcined catalyst to the riser compartment, provides a better guarantee that the high percentage of calcined catalyst is not excessively oxidized. Short average residence times are required. When using air comprising 3 mol% water at 3.5 atm of a batch operated flow reactor at 390 ° C. typically, the calcining residence time to achieve Vox of 4.6 requires 35 to 40 hours. In contrast, the backmixing combined with a commercial scale operating process in a recycle solid reactor plant, when using air containing 3 mol% water at 390 ° C., has a residence time of typically 4 hours or less at pressures of at least 3.5 atm and a pressure of 1 atm Requires a residence time of about 20 hours or less. In other words, the residence time in the backmixing can be adjusted and / or influenced by diluting or increasing the oxygen content in the air, thereby increasing flexibility in selecting the corresponding residence time and operating pressure.

촉매 전구체를 하소시키는데 사용하는 산소 함유 기체에서 수증기의 분압은 또한 하소시에 산화율 뿐아니라 Vox에 기능하고 영향을 준다. 바람직하게는 하소는 건조 기체로 수행해야 한다. 완전한 건조 기체는 하소시에 촉매 전구체의 고도한 산화를 방해하여 Vox가 4.5에 근접하게 하는 경향이 있다. 반대로 하소시에 수증기의 존재는 습한 산화 환경에서 하소 시간이 상기의 한계치 이상으로 확대되어 과도한 산화를 촉진하는 경향이 있다. 실용적인 설계 고려 사항으로써, 특히 대규모 상업적 설비와 비교하면, n-부탄 등과 같은 탄화수소 연료를 사용하는 공기의 직접 화염 가열을 사용하는 고안은 본래부터 증기/수증기가 하소 시에 존재하도록 할 것이다. 이와 유사하게, 산화적 하소 기체화한 임의의 동반 유기물은 물의 원천을 대표할 것이다. 그러나 상기 설명한 바와 같이, 기체상의 직접 화염 가열에 전형적인 수증기 농도는 본 발명의 방법에서 견딜 수 있다.The partial pressure of water vapor in the oxygen containing gas used to calcinate the catalyst precursor also functions and affects Vox as well as the oxidation rate upon calcining. Preferably calcination should be carried out with dry gas. Complete dry gases tend to interfere with the high oxidation of the catalyst precursor upon calcination, bringing Vox close to 4.5. On the contrary, the presence of water vapor during calcination tends to extend the calcination time above the above limit in a humid oxidizing environment to promote excessive oxidation. As a practical design consideration, the design using direct flame heating of air using hydrocarbon fuels such as n-butane and the like, in particular compared to large commercial plants, will inherently allow steam / water vapor to be present on calcination. Similarly, any companion organics oxidized to calcination gas will represent a source of water. However, as described above, the water vapor concentration typical for direct flame heating of the gas phase can be tolerated in the process of the present invention.

본 발명의 방법에 의해 활성 촉매로 전환되는 V/P/O 촉매 조성물은 당분야에 일반적으로 공지되어 실행되는 공정을 사용하여 제조할 수 있다. 바람직하게는 V/P/O 전구체는 미국특허 제4,371,702호에 기재된 공정을 사용하여 제조할 수 있으며 그 교시된 내용이 본 명세서에 참고로 도입되어 있다. 본 발명의 방법은 또한 그 교시 내용이 본 명세서에 참고로 도입되어 있는 미국특허 제4,677,084호에 기재된 내마모성 V/P/O - SiO2전구체 조성물에 응용할 수 있다.V / P / O catalyst compositions that are converted to active catalysts by the process of the present invention can be prepared using processes generally known and practiced in the art. Preferably the V / P / O precursor can be prepared using the process described in US Pat. No. 4,371,702, the teachings of which are incorporated herein by reference. The method of the present invention is also applicable to the wear resistant V / P / O-SiO 2 precursor compositions described in US Pat. No. 4,677,084, the teachings of which are incorporated herein by reference.

다음 실시예는 본 발명의 다양한 개별 국면 및 특징을 보다 완전히 입증하고 더 설명하기 위하여 제공하며, 비교예 및 예시는 본 발명의 차이점 및 잇점을 더 설명하기 위함이다. 이러한 실시예는 비제한적인 것이기 때문에, 본 발명을 예시하기 위함이지만, 특히 개량된 촉매의 궁극적인 성질 및 청구된 개량된 방법의 유용성에 관하여 어떠한 식으로든 불합리하게 제한하려 함이 아니다.The following examples are provided to more fully demonstrate and further illustrate various individual aspects and features of the present invention, and the comparative examples and examples further illustrate the differences and advantages of the present invention. Since these examples are non-limiting, they are intended to illustrate the present invention, but are not intended to be unreasonably limiting in any way, especially with regard to the ultimate properties of the improved catalyst and the utility of the claimed improved process.

n-부탄 산화용 상승관 반응기 및 촉매의 재생을 위한 별도의 유동층 반응기를 필요로 하는, n-부탄에서 말레산 무수물로의 직접 산화를 위한 상업적 규모 유동 운반층 설비는 분무 건조된 V/P/O 촉매 전구체를 재생 구역으로 1 시간 당 약 10,000 파운드의 정상 속도로 연속적으로 첨가함으로써 작동시켰다. 촉매 첨가 시에, 재생 반응기 내의 촉매 전구체의 하소 유동층은 연료로서 n-부탄을 사용하는 직접 화염 가열 후, 약 19 %의 산소를 함유한 고온 공기를 사용하여 390 ℃ 및 2.7 atm로 유지되었다. 하소 촉매 전구체를 주기적으로 재생기 반응기로부터 제거하여 산화적 하소 조건하에서 재생기 내의 체류 시간이 3.25 내지 3.5 시간이 되도록 하는 속도로 설비의 상승관 반응기로 운반했다. 상승관 반응기로 옮겨진 하소된 촉매 전구체를 촉매의 전체 투입량이 첨가되고 하소될 때까지 질소를 재순환시켜 하소 온도 보다 최대 50 ℃ 이하인 조작 온도로 유지했다. 유동 촉매 투입량을 순환시키고 n-부탄을 상승관 반응기로 공급하자마자 촉매는 종래의 V/P/O 촉매보다 25 %가 더 큰 말레산 제조율에 급속하게 도달했다.Commercial scale fluid transport bed equipment for direct oxidation of n-butane to maleic anhydride, which requires a riser reactor for n-butane oxidation and a separate fluidized bed reactor for regeneration of the catalyst, is spray dried V / P / The O catalyst precursor was operated by continuously adding to the regeneration zone at a normal rate of about 10,000 pounds per hour. Upon addition of the catalyst, the calcined fluidized bed of catalyst precursor in the regeneration reactor was maintained at 390 ° C. and 2.7 atm using hot air containing about 19% oxygen after direct flame heating using n-butane as fuel. The calcined catalyst precursor was periodically removed from the regenerator reactor and conveyed to the riser reactor of the plant at a rate such that the residence time in the regenerator was 3.25 to 3.5 hours under oxidative calcination conditions. The calcined catalyst precursor transferred to the riser reactor was recycled and maintained at operating temperature up to 50 ° C. below the calcination temperature until the total input of catalyst was added and calcined. As soon as the flow catalyst input was circulated and n-butane was fed to the riser reactor, the catalyst rapidly reached maleic production rate, which was 25% higher than the conventional V / P / O catalyst.

본 발명에 따른 방법의 이점 및 유리한 점은 중요하며 많다고 생각된다. 첫째, 무엇보다도, 상업적 규모에 응용되는 경우 재순환 고체 반응기를 작동하는 개선된 방법은, 유동층 온도를 유지함과 동시에 반응기의 재생기로부터 상승관 쪽으로 하소된 촉매의 동일 양을 주기적으로 방류하도록 하는 속도로 분무 건조 촉매 전구체를 재생기로 연속적으로 첨가하는, 단순화되고 능률화된 본래 상태에서의 하소 공정을 대표한다. 결과적으로 작동 공정은 온도 상승, 동반 유기물 연소 및 촉매 전구체의 평균 체류 시간의 조절 및 최적화를 가능하게 하며, 이런 조합의 결과 궁극적으로 선택성에서의 별다른 손실없이 활성과 표면적이 개선된 활성화된 촉매를 얻게 된다. 대규모 상업적 재순환층 반응기형 설비에 대해서, 이는 수주 단위로 측정되는 작동 시간을 상당히 감소시키며 약 4.0의 협소한 범위 내로 평균 Vox를 조절할 필요를 완화시킨다. 모든 유형의 응용에서, 이는 V/P/O 촉매가 25 % 더 큰 활성 또는 그 이상의 활성까지 이르게 한다.The advantages and advantages of the process according to the invention are considered important and numerous. First of all, an improved method of operating a recycle solid reactor when applied on a commercial scale, while maintaining the fluidized bed temperature, is sprayed at a rate such that it periodically discharges the same amount of calcined catalyst from the reactor's regenerator to the riser. Represents a simplified and streamlined calcination process intact, with continuous addition of a dry catalyst precursor to the regenerator. As a result, the operating process allows for the control and optimization of temperature rises, accompanying organic combustion and the average residence time of catalyst precursors, and this combination ultimately results in an activated catalyst with improved activity and surface area without significant loss in selectivity. do. For large commercial recycle bed reactor type installations, this significantly reduces the operating time, measured in weeks, and alleviates the need to adjust the average Vox within a narrow range of about 4.0. In all types of applications, this leads to V / P / O catalysts up to 25% greater activity or higher.

본 발명을 어느 정도 구체적으로 설명하고 예시하였지만, 다음의 청구의 범위가 여기에 제한되지 않고 청구항의 각 구성 요소의 용어에 상응하는 범위 및 그의 등가물이 제공된다는 것이 이해될 것이다.While the invention has been described and illustrated in some detail, it is to be understood that the following claims are not limited thereto, and that equivalents and equivalents to the terms of each component of the claims are provided.

본 발명의 V/P/O 촉매 전구체 하소 공정에서는 온도 상승, 동반 유기물 연소 및 촉매 전구체의 평균 체류 시간을 조절 및 최적화하여 궁극적으로 선택성에서의 별다른 손실없이 활성과 표면적이 개선된 활성화된 촉매를 얻게 된다. 또한 대규모 상업적 재순환층 반응기형 설비에 대해서, 이는 수주 단위로 측정되는 작동 시간을 상당히 감소시키며 및 약 4.0의 협소한 범위 내에 평균 Vox를 조절할 필요를 완화시킨다. 모든 유형의 응용에서, 이는 V/P/O 촉매가 25 % 더 큰 활성 또는 그 이상의 활동까지 이르게 한다.The V / P / O catalyst precursor calcination process of the present invention controls and optimizes the temperature rise, the accompanying organic combustion and the average residence time of the catalyst precursor to ultimately obtain an activated catalyst with improved activity and surface area without significant loss in selectivity. do. Also for large commercial recycle bed reactor type installations, this significantly reduces the operating time, measured in weeks, and alleviates the need to adjust the average Vox within a narrow range of about 4.0. In all types of applications, this leads to V / P / O catalysts up to 25% greater activity or higher activity.

Claims (8)

바나듐/인 산화물 (V/P/O) 촉매를 산화된 형태로 사용하여 n-부탄이 말레산 무수물로 전환되는 반응 구역 및 환원된 바나듐/인 산화물 촉매가 산소와 접촉하여 재생되는 촉매 재생 구역으로 이루어지는 재순환 고체 반응기를 사용하는 것을 포함하는 n-부탄에서 말레산 무수물로의 선택적 증기 상 산화 방법에 있어서, (i) 온도가 380 ℃ 내지 400 ℃로 유지된 재생 구역에 촉매 전구체를 첨가하고, (ii) 재생 구역 내에서 공기 또는 산소 함유 기체를 이용하여 충분한 시간 동안 충분한 압력으로 상기 촉매 전구체를 유동상태로 유지시켜 동반 유기물을 제거하고 촉매 전구체를 탈수시키며, (iii) 평균 Vox가 4.55 이하가 되도록 재생 구역에서 촉매 전구체의 평균 체류 시간을 유지하면서, 재생 구역으로부터 반응 구역으로 하소된 촉매 전구체를 운반하고, (iv) 촉매 순환이 시작될 때까지 실질적으로 비산화성인 기체를 사용하여 조작 온도에 가깝게 반응 구역 내의 유동상태로 하소된 촉매 전구체를 유지하는 것을 특징으로 하는, n-부탄에서 말레산 무수물로의 선택적 증기 상 산화 방법.A vanadium / phosphorus oxide (V / P / O) catalyst is used in oxidized form to a reaction zone where n-butane is converted to maleic anhydride and a catalyst regeneration zone where the reduced vanadium / phosphorus oxide catalyst is contacted with oxygen and regenerated In a process for selective vapor phase oxidation of n-butane to maleic anhydride comprising using a recycle solid reactor consisting of: (i) adding a catalyst precursor to a regeneration zone where the temperature is maintained between 380 ° C. and 400 ° C., ( ii) maintaining the catalyst precursor in fluid state at sufficient pressure for a sufficient time using air or oxygen containing gas in the regeneration zone to remove accompanying organics and dehydrate the catalyst precursor, and (iii) an average Vox of 4.55 or less. Conveying the calcined catalyst precursor from the regeneration zone to the reaction zone while maintaining the average residence time of the catalyst precursor in the regeneration zone, and (iv) Ring substantially by way of the selective steam with maleic anhydride in, n- butane, characterized in that for holding the catalyst precursor is calcined in flowing state in the reaction zone close to the operating temperature of the oxidation using a non-Mars gas until it is started. 제1항에 있어서, 촉매 전구체의 상기 첨가 속도를 하소된 촉매 전구체를 재생 구역에서 반응 구역으로의 상기 운반과 조화시켜 촉매 전체 투입량이 하소될 때까지 재생 구역내 온도를 유지하는 방법.The method of claim 1, wherein the rate of addition of catalyst precursor is matched with calcined catalyst precursor from the regeneration zone to the reaction zone to maintain the temperature in the regeneration zone until the total catalyst input is calcined. 제1항에 있어서, 하소된 촉매 전구체의 투입량이 반응 구역으로 n-부탄의 공급 및 반응 구역과 재생 구역 사이에 촉매 재순환을 포함한 조작 조건 하에서 그 자리에서 활성화되는 방법.The process of claim 1 wherein the input of the calcined catalyst precursor is activated in situ under operating conditions including the supply of n-butane to the reaction zone and catalyst recycling between the reaction zone and the regeneration zone. 제1항에 있어서, 재생 구역 내의 유동상태로 존재하는 상기 촉매 전구체가 약 3.5 atm 이하의 압력에서 390 ± 5 ℃의 온도로 유지되며, 촉매 전구체의 상기 평균 체류 시간이 약 4 시간 이하로 유지되는 방법.The catalyst precursor of claim 1, wherein the catalyst precursor present in flow in the regeneration zone is maintained at a temperature of 390 ± 5 ° C. at a pressure of about 3.5 atm or less and the average residence time of the catalyst precursor is maintained at about 4 hours or less. Way. 제1항에 있어서, 재생 구역 내의 촉매 전구체에 대한 체류 시간의 상기 평균 범위가 공기압 3.5 atm 이상에서 약 4 시간 이하, 공기압 1 atm에서 20 시간 이하인 방법.The method of claim 1, wherein said average range of residence times for catalyst precursors in the regeneration zone is about 4 hours or less at air pressure of at least 3.5 atm and 20 hours or less at air pressure of 1 atm. 제1항에 있어서, 380 ℃ 내지 400 ℃의 상기 온도 범위를 n-부탄을 사용하여 직접 화염 가열함으로써, 공기 또는 산소 함유 기체 중의 수증기 함량이 약 3 몰% 이하로 되게 하는 방법.The process of claim 1, wherein the temperature range of 380 ° C. to 400 ° C. is directly flame-fired with n-butane to bring the water vapor content in the air or oxygen-containing gas to about 3 mol% or less. (a) 370 ℃ 내지 420 ℃의 온도 범위에서 공기 또는 산소 함유 기체를 사용하는 유동층 반응기 내에 기체 흐름을 형성하고,(a) forming a gas stream in a fluidized bed reactor using air or an oxygen containing gas in the temperature range of 370 ° C. to 420 ° C., (b) 촉매 전구체가 370 ℃ 내지 420 ℃의 온도 범위로 유동층 상태에서 급속한 온도 상승을 경험하도록 하는 속도로 수화 V/P/O 또는 V/P/O -SiO2촉매 전구체를 (a) 단계의 유동층 반응기에 첨가하고,(b) hydrating V / P / O or V / P / O-SiO 2 catalyst precursor at a rate such that the catalyst precursor experiences a rapid temperature rise in the fluidized bed state in the temperature range of 370 ° C to 420 ° C. To a fluid bed reactor, (c) 평균 Vox가 4.05 이상 4.55 이하로 되게 하는 한편, (b) 단계의 촉매 전구체를 충분한 시간 동안, 충분한 압력과 상기 온도 범위에서 유동상태로 유지하여 동반 유기물을 제거하고 촉매 전구체를 탈수시키며,(c) maintaining an average Vox of at least 4.05 and at most 4.55, while maintaining the catalyst precursor in step (b) for a sufficient time and at a sufficient pressure and in the above temperature range to remove entrained organics and dehydrate the catalyst precursor, (d) (c) 단계에서 비산화성 기체로 제조된 하소된 V/P/O 촉매를 회수 및 저장하는 단계로 이루어지는,(d) recovering and storing the calcined V / P / O catalyst prepared from the non-oxidizing gas in step (c), V/P/O 촉매의 하소 방법.Calcination Method of V / P / O Catalyst. 제7항에 있어서, 상기 촉매 전구체가 390 ± 5℃의 온도에서 유지되는 유동층으로 첨가되는 방법.8. The method of claim 7, wherein the catalyst precursor is added to a fluidized bed maintained at a temperature of 390 ± 5 ° C.
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