KR20070029748A - Method for the extended operation of a heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation of at least one organic compound - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 1종 이상의 유기 화합물, 산소 분자, 및 1종 이상의 비활성 희석 기체를 포함하는 출발 반응 기체 혼합물이 승온에서 하나 이상의 촉매 층을 통과하는, 하나 이상의 산화 반응기에서 1종 이상의 유기 화합물의 불균질 촉매화 기체상 부분 산화의 장기 운전 방법에 관한 것이다.The present invention relates to heterogeneity of one or more organic compounds in one or more oxidation reactors through which the starting reaction gas mixture comprising one or more organic compounds, oxygen molecules, and one or more inert diluent gases is passed through one or more catalyst beds at elevated temperatures. It relates to a long term method of catalyzing gas phase partial oxidation.
본원에서 산소 분자를 사용한 유기 화합물의 완전 산화는 유기 화합물에 존재하는 모든 탄소가 탄소 산화물로, 유기 화합물에 존재하는 모든 수소가 수소 산화물로 전환되는 식으로 유기 화합물이 산소 분자의 반응성 활동 하에서 전환되는 것을 의미한다. 산소 분자의 반응성 활동 하에서의 유기 화합물의 모든 다양한 전환은 본원에서 유기 화합물의 부분 산화로 요약된다.Complete oxidation of an organic compound using oxygen molecules herein means that all the carbon present in the organic compound is converted to carbon oxides and all the hydrogen present in the organic compound is converted to hydrogen oxides such that the organic compound is converted under the reactive activity of the oxygen molecule. Means that. All the various conversions of organic compounds under reactive activity of oxygen molecules are summarized herein as partial oxidation of organic compounds.
특히, 본원에서 부분 산화는 부분 산화되는 유기 화합물이 전환 완료시 부분 산화가 일어나기 전보다 화학적 결합 형태로 적어도 하나 이상의 산소 원자를 함유하는 산소 분자의 반응성 활동 하에서의 유기 화합물의 전환을 가리킨다.In particular, partial oxidation herein refers to the conversion of an organic compound under reactive activity of an oxygen molecule containing at least one oxygen atom in chemical bond form rather than before the partial oxidation occurs upon completion of the conversion.
불균질 촉매화 기체상 부분 산화의 조건 하에서 실질적으로 비활성으로 거동 하는 희석 기체는, 구성성분이 각각의 구성성분을 단독으로 관찰하였을 때 95 mol% 초과, 바람직하게는 99 mol%를 초과하게 불균질 촉매화 기체상 부분 산화의 조건 하에서 변하지 않은채 남아 있는 희석 기체를 가리킨다.Diluent gases that behave substantially inertly under the conditions of heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation are more than 95 mol%, preferably more than 99 mol%, when the constituents observe each component alone. It refers to a diluent gas that remains unchanged under the conditions of catalyzed gas phase partial oxidation.
기체상에서 산소 분자를 사용하는 폭넓은 유기 화합물의 부분적이고 불균질한 촉매화 산화를 통해 수많은 기본 화합물을 얻을 수 있는 것은 통상적으로 알려져 있다. 그 예는 아크롤레인 및/또는 아크릴산으로의 프로필렌의 전환 (예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 23 51 151호 참조), 메타크롤레인 및/또는 메타크릴산으로의 tert-부탄올, 이소부텐, 이소부탄, 이소부티르알데히드 또는 tert-부탄올의 메틸 에테르의 전환 (예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 25 26 238호, 유럽 특허 제 EP-A 92097호, 동 제 EP-A 58927호, 독일 특허 제 DE-A 41 32 263호, 동 제 DE-A 41 32 684호, 및 동 제 DE-A 40 22 212호 참조), 아크릴산으로의 아크롤레인의 전환, 메타크릴산으로의 메타크롤레인의 전환 (예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 25 26 238호 참조), 프탈산 무수물로의 o-크실렌, p-크실렌 또는 나프탈렌의 전환 (예를 들어, 유럽 특허 제 EP-A 522 871호 참조), 또는 상응하는 산, 및 또한 말레산 무수물로의 부타디엔에서 전환 (예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 21 06 796호 및 동 제 DE-A 16 24 921호 참조), 말레산 무수물로의 n-부탄의 전환 (예를 들어, 영국 특허 제 GB-A 14 64 198호 및 동 제 GB 12 91 354호 참조), 예를 들어, 안트라퀴논으로의 인단의 전환 (예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 20 25 430호 참조), 에틸렌 옥시드로의 에틸렌의 전환 또는 프로필렌 옥시드로의 프로필렌의 전환 (예를 들어, 독일 특허 제 DE-B 12 54 137호, 동 제 DE-A 21 59 346호, 유럽 특허 제 EP-A 372 972호, 국제 특허 공개 제 WO 89/0710호, 독일 특허 제 DE-A 43 11 608호 및 문헌 [Beyer, Lehrbuch der organischen Chemie [Textbook of organic chemistry], 17 edition (1973), Hirzel Verlag, Stuttgart, p.261] 참조), 아크릴로니트릴로의 프로필렌 및/또는 아크롤레인의 전환 (예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 23 51 151호 참조), 메타크릴로니트릴로의 이소부텐 및/또는 메타크롤레인의 전환 (즉, 본 명세서에서, 용어 부분 산화는 또한 부분 가암모니아산화, 즉, 암모니아 존재하의 부분 산화로 또한 포함함), 탄화수소의 산화적 탈수소화 (예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 23 51 151호 참조), 아크릴로니트릴 또는 아크롤레인 및/또는 아크릴산으로의 프로판의 전환 (예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 10 13 1297호, 유럽 특허 제 EP-A 1090 684호, 동 제 EP-A 608 838호, 독일 특허 제 DE-A 10 04 6672호, 유럽 특허 제 EP-A 529 853호, 국제 특허 공개 제 WO 01/96270호 및 독일 특허 제 10 02 8582호 참조), 메타크롤레인 및/또는 메타크릴산으로의 이소부탄의 전환, 및 또한 아세트산을 제공하는 에탄의 반응, 에틸렌 옥시드를 제공하는 에틸렌의 반응, 페놀을 제공하는 벤젠의 반응, 및 또한 상응하는 부탄디올을 제공하는 1-부텐 또는 2-부텐의 반응 등을 포함한다.It is commonly known that numerous basic compounds can be obtained through partial and heterogeneous catalyzed oxidation of a wide range of organic compounds using oxygen molecules in the gas phase. Examples include the conversion of propylene to acrolein and / or acrylic acid (see, eg, DE-A 23 51 151), tert-butanol, isobutene, isobutene to methacrolein and / or methacrylic acid Conversion of methyl ethers of butane, isobutyraldehyde or tert-butanol (for example, German patent DE-A 25 26 238, European patent EP-A 92097, EP EP-A 58927, German patent See DE-A 41 32 263, DE-A 41 32 684, and DE-A 40 22 212), conversion of acrolein to acrylic acid, conversion of methacrolein to methacrylic acid (eg See, for example,
사용된 촉매는 통상적으로 고체 상태이다.The catalyst used is usually in the solid state.
특히 자주, 사용된 촉매는 산화물 촉매 또는 귀금속 (예를 들어, Ag)이다. 산소에 추가로, 촉매적으로 활성인 산화물 조성물은 단지 하나의 다른 원소 또는 하나 초과의 다른 원소 (다원소 산화물 조성물)을 포함할 수 있다. 특히 자주, 사용된 촉매적으로 활성인 산화물 조성물은 하나 초과의 금속 원소를, 특히 하나 초 과의 전이 금속을 포함하는 조성물이다. 상기 경우에, 다금속 산화물 조성물을 참고한다. 전형적으로 다원소 산화물 조성물은 원소 성분의 산화물의 단순한 물리적 혼합물이 아니라, 오히려 이들 원소의 복합 다중 화합물의 불균질 혼합물이다.Especially often, the catalyst used is an oxide catalyst or a noble metal (eg Ag). In addition to oxygen, the catalytically active oxide composition may comprise only one other element or more than one other element (multielement oxide composition). Particularly often, the catalytically active oxide composition used is a composition comprising more than one metal element, in particular more than one transition metal. In this case, reference is made to the multimetal oxide composition. Typically, multielement oxide compositions are not merely physical mixtures of oxides of elemental components, but rather heterogeneous mixtures of complex multiple compounds of these elements.
일반적으로, 불균질 촉매화 기체상 부분 산화, 특히 상기 언급한 산화는 승온 (일반적으로 수백 ℃, 전형적으로 100 내지 600 ℃)에서 수행된다.In general, the heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation, in particular the abovementioned oxidation, is carried out at elevated temperatures (generally hundreds of degrees Celsius, typically 100 to 600 degrees Celsius).
대부분의 불균질 촉매화 기체상 부분 산화는 고도로 발열적으로 진행되기 때문에, 열 제거를 이유로, 열교환 매체가 간접 열교환을 목적으로 주위에 지나가는 반응 챔버에 배치된 유동화 층 또는 등온 고정 층 반응기 (예를 들어, 열 제거를 위한 용융된 염 용융물이 주위에 전도되는 관 다발 반응기 (tube bundle reactor)의 촉매 관에서 고정 층으로서 촉매 층을 배치할 수 있음)에서 상기 부분 산화가 적절하게 종종 수행된다.Since most heterogeneous catalyzed gaseous partial oxidation proceeds highly exothermic, for heat removal reasons, a fluidized bed or isothermal fixed bed reactor (e.g., For example, the partial oxidation is suitably often performed in a catalyst bed of a tube bundle reactor in which the molten salt melt for heat removal is conducted around.
그러나, 불균질 촉매화 기체상 부분 산화는 또한 단열 반응기에 배치된 촉매 층에서 원칙적으로 수행될 수 있다.However, heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation can also be carried out in principle in a catalyst bed arranged in an adiabatic reactor.
불균질 촉매화 기체상 부분 산화에서 작업 압력 (절대 압력)은 1 bar 미만, 1 bar 또는 1 bar 초과일 수 있다고 알려져 있다. 일반적으로 1 내지 10 bar, 통상적으로 1 내지 3 bar이다.It is known that the working pressure (absolute pressure) in heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation can be less than 1 bar, 1 bar or more than 1 bar. It is generally 1 to 10 bar, usually 1 to 3 bar.
목표 전환은 반응 기체 혼합물이 촉매 충전물을 통해 지나가는, 촉매 충전물에서의 반응 기체 혼합물의 체류 시간 동안 수행된다.The target conversion is carried out during the residence time of the reaction gas mixture in the catalyst charge as the reaction gas mixture passes through the catalyst charge.
유기 화합물과 산소 분자의 일반적으로 불균질의 촉매화 기체상 부분 산화의 일반적으로 나타나는 발열 특성으로 인해, 반응 파트너는 기상에서는 촉매적 부분 산화의 조건 하에서 실질적으로 비활성이고 그의 열용량으로 방출되는 반응 열을 흡수할 수 있는 기체로 전형적으로 희석된다.Due to the generally exothermic nature of the generally heterogeneous catalyzed gaseous partial oxidation of organic compounds and oxygen molecules, the reaction partner is substantially inert under the conditions of catalytic partial oxidation in the gas phase and is released at its heat capacity. It is typically diluted with an absorbable gas.
가장 자주 사용되는 비활성 희석 기체 중 하나는 불균질 촉매화 기체상 부분 산화에 사용되는 산소 공급원이 공기일 경우 자동적으로 사용되는 질소 분자이다.One of the most frequently used inert diluent gases is nitrogen molecules that are automatically used when the oxygen source used for heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation is air.
그의 일반적인 이용가능성으로 인해, 많은 경우에 사용되는 또다른 비활성 희석 기체는 증기이다. 질소 및 증기 모두는 추가적으로, 유리한 방식으로 불연성 비활성 희석 기체이다.Due to its general availability, another inert diluent gas used in many cases is steam. Both nitrogen and steam are additionally incombustible inert diluent gases in an advantageous manner.
다수의 경우에서, 순환 기체는 또한 비활성 희석 기체로서 사용된다 (예를 들어, 유럽 특허 제 EP-A 1180508호 참조). 순환 기체는 1단계 또는 다단계 후 남아 있는 잔류 기체를 가리킨다. 유기 화합물의 다단계 불균질 촉매화 기체상 부분 산화에서, 1단계 불균질 촉매화 기체상 부분 산화와는 반대로 기체상 부분 산화는 하나가 아니라 2개 이상의 직렬로 연결된 반응기 (이 반응기들은 하나의 공동 케이스에서 이음매 없이 합체될 수 있음)에서 수행되고, 이 경우, 산화체는 연속적인 반응기 사이에 보충될 수 있고; 특히 부분 산화가 연속적인 스텝으로 진행될 경우 다단계가 사용되며; 이들 경우, 특정 반응 스텝으로 촉매 및 다른 반응 조건 모두를 최적화하고, 분리된 반응 단계에서 전용 반응기에서 반응 스텝을 수행하는 것이 자주 적절하고; 한편, 이는 열 제거 이유 또는 다른 이유 (예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 19902562호 참조)로 인해, 전환이 직렬로 연결된 다수의 반응기 상에 펼쳐져 있을 경우, 또한 사용될 수 있고; 종종 2단계로 수행되는 불균질 촉매화 기체상 부분 산화의 예는 아크릴산으로의 프로필렌의 부분 산화이고; 제1 반응 단계에서, 프로필렌은 아크롤레인으로 산화되고, 제2 반응 단계에서, 아크롤레인은 아크릴산으로 산화되며; 상응하게, 메타크릴산의 제조는 통상적으로 이소부텐으로부터 출발하여 2단계로 수행되며; 한편, 적절한 촉매 충전물이 사용될 경우, 상기 언급한 부분 산화 모두는 또한 목표 생성물이 (예를 들어, 적당한 용매로 흡수됨으로써) 다소 선택적으로 반응 기체 혼합물로부터 제거될 때, 1종 이상의 유기 화합물의 1단계 (한 반응기에서 두 스텝 모두) 불균질 촉매화 기체상 부분 산화에서 수행될 수 있다. 일반적으로, 순환 기체는 주로 부분 산화를 위해 사용된 비활성 희석 기체, 및 또한 부분 산화에서 전형적으로 부생성되거나 희석제로서 첨가된 증기, 및 목적하지 않은 완전 산화에 의해 형성된 탄소 산화물로 이루어진다. 일부 경우에서, 이는 또한 부분 산화 (잔류 산소) 및/또는 미전환 유기 출발 화합물에서 소비되지 않은 소량의 산소를 함유한다.In many cases, circulating gases are also used as inert diluent gases (see for example EP-A 1180508). Circulating gas refers to residual gas remaining after one or multiple stages. In multistage heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation of organic compounds, in contrast to one stage heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation, gas phase partial oxidation is not one but two or more in series connected reactors (these reactors are Can be incorporated seamlessly), in which case the oxidant can be replenished between successive reactors; Multistage is used, in particular when partial oxidation proceeds in successive steps; In these cases, it is often appropriate to optimize both the catalyst and other reaction conditions with a particular reaction step, and to carry out the reaction step in a dedicated reactor in a separate reaction step; On the other hand, it can also be used if the conversion is spread over a plurality of reactors connected in series, for reasons of heat removal or for other reasons (see, for example, DE-A 19902562); An example of heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation, often performed in two steps, is partial oxidation of propylene to acrylic acid; In the first reaction step, propylene is oxidized to acrolein, and in the second reaction step, acrolein is oxidized to acrylic acid; Correspondingly, the preparation of methacrylic acid is usually carried out in two steps starting from isobutene; On the other hand, when the appropriate catalyst charge is used, all of the above mentioned partial oxidations are also one step of the at least one organic compound when the target product is somewhat selectively removed from the reaction gas mixture (eg, by being absorbed with a suitable solvent). (Both steps in one reactor) can be carried out in heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation. In general, the circulating gas mainly consists of the inert diluent gas used for partial oxidation, and also the vapors typically produced as a by-product or added as diluent in partial oxidation, and carbon oxides formed by undesired complete oxidation. In some cases, it also contains small amounts of oxygen not consumed in partial oxidation (residual oxygen) and / or unconverted organic starting compounds.
부산물로서 형성된 증기는 대부분의 경우에서 부분 산화가 반응 기체 혼합물의 부피에 유의한 변화 없이 확실하게 진행되도록 한다.The vapor formed as a by-product ensures that in most cases partial oxidation proceeds without significant change in the volume of the reaction gas mixture.
상기에 따라, 유기 화합물의 대부분의 불균질 촉매화 기체상 부분 산화에 사용되는 비활성 희석 기체는 N2, H2O 및/또는 CO2가 90 부피% 이상, 종종 95 부피% 이상을 이루고 있어, 실질적으로 불연성 비활성 희석 기체로 이루어진다.In accordance with the above, the inert diluent gas used for most heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation of organic compounds has at least 90% by volume, often at least 95% by volume of N 2 , H 2 O and / or CO 2 , It consists essentially of a nonflammable inert diluent gas.
사용된 비활성 희석 기체는 첫번째로 반응 열을 흡수하는데 도움을 주고, 둘째로 폭발 범위 밖으로 반응 기체 혼합물을 유지시킴으로써 유기 화합물의 불균질 촉매화 기체상 부분 산화의 안전한 운전을 보장한다. 불포화 유기 화합물의 불균 질 촉매화 기체상 부분 산화에서, 비활성 희석 기체로서 포화 탄화수소, 즉 가연성 기체를 사용하는 것도 또한 종종 가능하다.The inert diluent gas used first helps to absorb the heat of reaction and secondly keeps the reaction gas mixture outside the explosive range to ensure safe operation of the heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation of organic compounds. In heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation of unsaturated organic compounds, it is also often possible to use saturated hydrocarbons, ie flammable gases, as inert diluent gases.
또한, 하나 이상의 산화 반응기에 배치된 촉매 층 상에서의 1종 이상의 유기 화합물의 불균질 촉매화 기체상 부분 산화는 동일한 촉매 층 상에서 연장된 기간에 걸쳐 실질적으로 연속적으로 운전될 수 있다. 일반적으로 반응 조건은 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다.In addition, the heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation of one or more organic compounds on a catalyst bed disposed in one or more oxidation reactors can be operated substantially continuously over an extended period of time on the same catalyst bed. In general, the reaction conditions can be kept substantially constant.
그러나, 촉매 층은 운전 시간 동안에 품질을 잃어버린다. 일반적으로, 특히 하나 이상의 촉매 층의 활성이 쇠퇴한다. 이는, 달리 일정한 운전 조건 하에서 하나 이상의 촉매 층의 운전 시간이 증가함에 따라 반응물 전환이 감소하여 가능한 공간-시간 수율이 감소되기 때문에 특히 불리하다.However, the catalyst layer loses quality during the run time. In general, in particular, the activity of one or more catalyst layers declines. This is particularly disadvantageous as the reactant conversion is reduced and the possible space-time yield is reduced as the operating time of one or more catalyst beds is increased under otherwise constant operating conditions.
유럽 특허 제 EP-A 990 636호 및 동 제 EP-A 11 060 598호는 실질적으로 하나 이상의 촉매 층을 통한 반응 기체 혼합물의 1회 통과시의 부분 전환율을 유지하기 위해서, 달리 실질적으로 일정한 운전 조건 하에서의 운전 시간 동안에 촉매 층의 온도를 점차 올림으로써 동일한 촉매 층 상에 1종 이상의 유기 화합물의 불균질 촉매화 기체상 부분 산화의 장기 운전에서 상기 언급한 현상을 고려하는 것을 시도하였다.EP-A 990 636 and EP-
유럽 특허 제 EP-A 990 636호 및 동 제 EP-A 11 060 598호에서 추천한 절차의 단점은 촉매 층의 온도의 상승이 증가함에 따라, 이들의 노화 과정이 일반적으로 가속화되는 것으로, 이는 전형적으로 촉매 층 온도의 최대 값 도달시 촉매 층이 완전히 바뀌게 되는 이유이다.A disadvantage of the procedure recommended in EP-A 990 636 and EP-
유럽 특허 제 EP-A 614 872호 및 독일 특허 제 DE-A 10 35 0822호에서는 가끔씩 촉매 층을 재생함 (예를 들어, 가끔식 촉매 층을 통해 산소 분자 및 비활성 기체의 고온 혼합물을 전도함)으로써 완전히 촉매를 교환하는 필요성을 지연시키는 것을 추천하고 있다. 그러나, 이 절차의 단점은 연장된 기간에 걸쳐 생산 중단을 수반한다는 것이다.EP-A 614 872 and DE-A 10 35 0822 sometimes regenerate the catalyst bed (for example sometimes conducting a hot mixture of oxygen molecules and inert gas through the catalyst bed). It is recommended to delay the need to exchange the catalyst completely. However, a disadvantage of this procedure is that it involves interrupting production over an extended period of time.
독일 특허 제 DE-A 10 23 2748호는 절충안으로서, 촉매 층을 완전히 교환하는 것 대신에 새로운 촉매 충전물로 일부 치환하는 것을 제안하고 있다.German patent DE-A 10 23 2748 proposes a compromise, in which a partial replacement of the catalyst bed with a fresh catalyst charge is provided instead of a complete exchange of the catalyst bed.
이러한 제한의 단점은 촉매 층의 부분 변화가 또한 유의한 비용 상승 및 불편함과 연관된다는 것이다.A disadvantage of this limitation is that partial changes in the catalyst bed are also associated with significant cost increases and inconveniences.
해결안의 접근법으로서, 또한 등온 반응기 그 자체로 더이상 가장 높은 전환율을 달성하지 못할 경우, 단열 반응기가 도움을 주기 시작하여, 이에 따라, 등온 반응기에서의 촉매 층의 교환을 최대한 지연시키는 목적으로, 상대적으로 비싸고 불편한 방식으로 등온 반응기에 설비된 보다 광범위한 촉매 층 I, 및 상대적으로 덜 비싸고 불편한 방식으로 단열 반응기에 설비된 보다 작은 촉매 층 II을 제공하는 것이 이미 원론적으로 제안되었다.As an approach to the solution, and also when the isothermal reactor itself no longer achieves the highest conversion rate, the adiabatic reactor begins to help and, thus, for the purpose of maximally delaying the exchange of catalyst beds in the isothermal reactor, It has already been proposed in principle to provide a wider range of catalyst layers I equipped in an isothermal reactor in an expensive and inconvenient manner, and a smaller catalyst layer II equipped in an adiabatic reactor in a relatively less expensive and inconvenient manner.
그러나, 상기 절차의 단점은 증가된 수의 반응기를 필요로 하고 따라서 투자비가 증가한다는 것이다.However, a disadvantage of this procedure is that it requires an increased number of reactors and therefore an increased investment.
기술된 종래 기술에 비추어, 본 발명의 목적은 하나 이상의 산화 반응기 및 하나 이상의 (하나 및 동일한) 촉매 층 상에서의 1종 이상의 유기 화합물의 불균질 촉매화 기체상 부분 산화의 장기 운전에 대해 개선된 방법을 제공하는 것이다.In view of the prior art described, an object of the present invention is an improved process for the long term operation of heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation of one or more organic compounds on one or more oxidation reactors and one or more (one and the same) catalyst beds. To provide.
따라서, 1종 이상의 유기 화합물, 산소 분자 및 1종 이상의 비활성 희석 기체를 포함하는 출발 반응 기체 혼합물이 승온에서 하나 이상의 촉매 층을 통과하고, 하나 이상의 촉매 층의 불활성화를 억제하기 위해, 촉매 층의 운전 시간 동안, 출발 반응 기체 혼합물의 하나 이상의 촉매 층에서의 동일한 시간 공간 속도 (l (STP)/l·h)를 기준으로 기체상에서 작업 압력을 증가시키는 것을 포함하는, 하나 이상의 산화 반응기에서의 1종 이상의 유기 화합물의 불균질 촉매화 기체상 부분 산화의 장기 운전 방법을 발견하였다.Thus, a starting reaction gas mixture comprising at least one organic compound, oxygen molecules, and at least one inert diluent gas is passed through at least one catalyst bed at elevated temperatures and to inhibit inactivation of the at least one catalyst bed, 1 in one or more oxidation reactors, including increasing the working pressure in the gas phase, based on the same time space velocity (l (STP) / l · h) in one or more catalyst beds of the starting reaction gas mixture, during the run time. A long term method of heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation of more than one organic compound has been found.
운전 시간 동안 반응 기체 혼합물에 존재하는 성분이 고정 촉매 층에 고체 형태로 침적됨으로써 발생하는 압력 증가는 배제한다.The increase in pressure caused by the deposition of the components present in the reaction gas mixture in solid form during the run time is excluded.
(출발) 반응 기체 혼합물의 반응 스텝을 촉매화시키는 촉매 층 상의 시간 공간 속도는 시간당 촉매 층 1 리터를 통해 전도되는 표준 리터 (= l (STP); (출발) 반응 기체 혼합물의 적절한 양이 표준 조건 (즉, 25℃ 및 1 bar) 하에서 취해지는 부피 리터)의 (출발) 반응 기체 혼합물의 양을 가리킨다. 또한, 시간 공간 속도는 단지 (출발) 반응 기체 혼합물의 한 성분을 기초로 할 수 있다. 그러한 경우에, 이러한 성분의 양 (l (STP)/l·h)은 시간당 촉매 층 1 리터를 통해 전도되는 양이다.The time-space velocity on the catalyst bed catalyzing the reaction step of the (starting) reaction gas mixture is measured in standard liters (= l (STP); Ie volume (liter) of (start) reaction gas mixture taken under 25 ° C. and 1 bar). In addition, the temporal space velocity can only be based on one component of the (starting) reaction gas mixture. In such a case, the amount of such components (l (STP) / l · h) is the amount conducted through one liter of catalyst bed per hour.
본 발명에서 기체상에서의 작업 압력의 증가의 실현은 예를 들어, 하나 이상의 촉매 층을 함유하는 하나 이상의 산화 반응기 (산화 반응기의 반응 기체 혼합물에 대한 배출구)의 하류에 (즉, 하나 이상의 산화 반응기의 하류에 연결된) 압력 조절기 (하나 이상의 산화 반응기에서 작업 압력을 조절하기 위한 장치)를 탑재하는 간단한 방식으로 가능하다. 이는 예를 들면, 베인 조절기 (vane regulator) 또는 특히 단순한 방식으로, 트로틀 (throttle) 장치, 예를 들어 트로틀 밸브일 수 있다. 별법으로, 또한 예를 들어, 반응 기체 혼합물의 흐름 경로 상에서의 반응 기체 혼합물의 압력 강하 및 그에 따른 출발 반응 기체 혼합물의 하나 이상의 촉매 층 상에서의 동일한 시간 공간 속도에서의 작업 압력을 자동적으로 증가시키기 위해서, 단지 부분적으로 투과성의 천공된 격막 (diaphragm)을 반응 기체 혼합물의 흐름 경로에 삽입하는 것도 가능하다. 이러한 천공된 격막은 예를 들어, 다수의 통로 (가장 간단한 경우에 구멍)를 가질 수 있고, 이어서 부분적으로 또는 완전히 폐쇄될 수 있다.The realization of an increase in the working pressure in the gas phase in the present invention is, for example, downstream of one or more oxidation reactors (outlets for the reaction gas mixture of the oxidation reactor) containing one or more catalyst beds (ie, of one or more oxidation reactors). It is possible in a simple way to mount a pressure regulator (apparatus for controlling the working pressure in one or more oxidation reactors) connected downstream. This may be for example a vane regulator or a throttle device, for example a throttle valve, in a particularly simple manner. Alternatively, it is also possible, for example, to automatically increase the pressure drop of the reaction gas mixture on the flow path of the reaction gas mixture and thus the working pressure at the same time and space velocity on one or more catalyst beds of the starting reaction gas mixture. It is also possible to insert only partially permeable perforated diaphragms into the flow path of the reaction gas mixture. Such perforated diaphragms can, for example, have a number of passages (holes in the simplest case) and can then be partially or completely closed.
압력 조절 장치는 관련 산화 반응기의 하류에 직접 반드시 탑재될 필요는 없다. 오히려, 압력 조절 장치가 당해 산화 반응기를 빠져나가는 생성물 기체 혼합물의 추가 흐름 경로에 도입되어 역압력의 결과로서 압력 증가가 산화 반응으로 확산될 경우, 본 발명의 절차를 실현하기에 충분하다. 다른 말로 하면, 산화 반응기를 빠져나가는 생성물 기체 혼합물은 예를 들어, 컬럼의 상부 대역에서 도입된 흡수 액체 중의 목표 생성물을 흡수하기 위한 컬럼의 저부 대역으로 이후 전도될 경우, 압력 조절기를 또한 흡수 컬럼의 상부에 배치할 수 있다. 그러나, 이러한 변화는, 상대적으로 컬럼 압력이 안전상의 이유로 통상적으로 제한되기 때문에 일반적으로 덜 바람직할 것이다. 또한, 흡수 거동은 불리하게 수행될 수 있다. 이는 추가 경로 상에 생성물 기체 혼합물이 목표 생성물의 분별 응축용 컬럼의 저부 대역으로 전도될 경우에도 적용된다. 일반적으로 상기 언급된 컬럼은 물질 전달 표면적을 증가시키는 충전물을 분리하는 것을 포함한다.The pressure regulator does not necessarily have to be mounted directly downstream of the associated oxidation reactor. Rather, it is sufficient to realize the procedure of the present invention when a pressure regulating device is introduced into the further flow path of the product gas mixture leaving the oxidation reactor so that the pressure increase diffuses into the oxidation reaction as a result of the back pressure. In other words, if the product gas mixture exiting the oxidation reactor is subsequently conducted to, for example, the bottom zone of the column for absorbing the target product in the absorption liquid introduced in the top zone of the column, the pressure regulator may also It can be placed on top. However, this change will generally be less desirable as the column pressure is typically limited for safety reasons. In addition, the absorption behavior can be performed disadvantageously. This also applies if the product gas mixture on the further path is conducted to the bottom zone of the column for fractional condensation of the target product. In general, the above-mentioned column involves separating the packing which increases the mass transfer surface area.
산화 반응기들의 직렬로 연결된 경우에, 압력 조절 장치는 본 발명에 관련하여 개별 반응기 각각의 하류에 탑재될 수 있다.When connected in series of oxidation reactors, the pressure regulating device can be mounted downstream of each of the individual reactors in connection with the present invention.
본 발명의 절차의 성공은 추측컨대 촉매 표면 상의 반응물의 체류 시간의 증가를 수반하는 압력 증가에 기인할 수 있다. 이어서, 이러한 증가된 체류 시간은 추측컨대 이미 특정한 정도로 불활성화된 반응 자리 상에서 목표 반응을 다시 가능하게 하기에 충분하다. 추가로, 본 발명의 조치는 또한 관련 반응물의 증가된 분압을 수반한다.The success of the procedure of the present invention may presumably be due to the pressure increase accompanied by an increase in the residence time of the reactants on the catalyst surface. This increased residence time is then presumably sufficient to re-enable the target reaction on the reaction site that has already been inactivated to a certain degree. In addition, the measures of the present invention also involve an increased partial pressure of related reactants.
본 발명에 따른 방법에서 개별 경우에 선택되는 작업 압력의 증가의 정도는 작업 압력이 증가하는 시간에서 촉매 층이 불활성화되는 정도에 따라, 그리고 특정 반응 계에 따라 좌우된다. 본 발명에 따라 전형적으로 작업 압력의 증가 (본 명세서에서, 항상 촉매 층으로의 반응 기체 혼합물의 도입 지점에 대한 표준화 이유에 기준으로 하고, 이와 관련해서 비활성 예비 층을 포함하여 계산됨)는 촉매 층이 부분적으로 또는 완전히 교환되기 전에 25 bar 이상 또는 50 bar 이상일 것이다. 일반적으로, 본 발명에 따른 방법에서 작업 압력의 앞서 언급한 증가는 25 또는 50 mbar 내지 3000 mbar이고, 자주 100 mbar 내지 2500 mbar이고, 다수의 경우에 200 내지 2000 mbar이고, 종종 300 내지 1500 mbar이고, 때때로 400 내지 1000 mbar이고, 드물지 않게 500 내지 750 mbar일 것이다.The degree of increase in working pressure selected in the individual case in the process according to the invention depends on the extent to which the catalyst bed is inactivated at the time of increasing work pressure and on the particular reaction system. In accordance with the present invention typically an increase in the working pressure (in this specification is always based on the reason for standardization of the point of introduction of the reaction gas mixture into the catalyst bed, is calculated in this regard including the inert preliminary bed) It will be at least 25 bar or at least 50 bar before this partially or fully exchange. In general, the aforementioned increase in working pressure in the process according to the invention is between 25 or 50 mbar and 3000 mbar, often between 100 and 2500 mbar, in many cases between 200 and 2000 mbar and often between 300 and 1500 mbar , Sometimes from 400 to 1000 mbar, and will rarely be from 500 to 750 mbar.
본 발명에 따라 이롭게는, 본 발명의 압력 증가는 연속적으로, 하나 이상의 촉매 층의 불활성화 속도의 함수로서 (활성의 측정은 촉매 층 상의 동일한 시간 공간 속도 및 동일한 작업 압력에서, 촉매 층에의 반응 기체 혼합물의 단일 통과에 기초하여 동일한 반응물 전환율을 달성하기 위해서 필요한 온도임) 수행될 것이다. 그러나, 이는 또한 단계적으로 수행될 수 있다.Advantageously in accordance with the present invention, the pressure increase of the present invention is continuously a function of the deactivation rate of one or more catalyst beds (the measurement of activity being reacted to the catalyst bed at the same time and space velocity on the catalyst bed and at the same working pressure Temperature required to achieve the same reactant conversion based on a single pass through of the gas mixture. However, this can also be done step by step.
본 발명에서 작업 압력 증가의 가장 높은 값은 일반적으로 추가의 작업 압력 증가가 목표 생성물 형성의 선택도의 유의한 감소를 수반하는 경우에 달성된다. 후자는 예를 들어, 여전히 완전한 활성인 촉매 표면 상의 자리 상에서의 반응물의 매우 긴 체류 시간이 완전한 연소를 증가시키게 하여, 목표 생성물의 수율을 감소시킬 경우에 일어날 수 있다. 그러나, 선택도의 이러한 감소는 또한 예를 들어, 요구된 전환율이 단지 예를 들어 촉매 및/또는 반응기를 손상시킬 온도에서만 여전히 달성될 수 있을 경우, 기꺼이 받아들여질 수 있다.The highest value of the work pressure increase in the present invention is generally achieved when further work pressure increase involves a significant decrease in the selectivity of the target product formation. The latter can occur, for example, if the very long residence time of the reactants on the site on the catalyst surface, which is still fully active, causes an increase in complete combustion, thereby reducing the yield of the target product. However, this reduction in selectivity can also be acceptable if, for example, the required conversion can still be achieved only at temperatures that will damage the catalyst and / or the reactor, for example.
선택도에 대한 이러한 영향 때문에 통상적으로 또한 촉매 층 상의 1종 이상의 유기 화합물의 불균질 촉매화 기체상 부분 산화가 출발부터 최대 가능한 작업 압력에서 수행되지 않는다. 궁극적으로, 증가된 작업 압력은 또한 출발 반응 기체 혼합물의 압축 비용을 증가시킨다. 본 발명의 압력 증가에 대한 또다른 제한은 많은 부분 산화에서 촉매 층에서 생성된 최고 온도와 최저 온도 사이의 차이가 종종 100℃ 이하, 바람직하게는 80℃ 이하, 또는 60℃ 이하, 또는 40℃ 이하, 또는 20℃ 이하, 또는 10℃ 이하이어야 하기 때문에 촉매 층에서 생성된 최고 온도와 최저 온도 사이의 차이일 수 있다.Because of this effect on selectivity, also, heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of at least one organic compound on the catalyst layer is usually not carried out at the maximum possible working pressure from the start. Ultimately, the increased working pressure also increases the compression cost of the starting reaction gas mixture. Another limitation to the pressure increase of the present invention is that in many partial oxidations the difference between the highest and lowest temperatures produced in the catalyst bed is often at most 100 ° C, preferably at most 80 ° C, or at most 60 ° C, or at most 40 ° C. It may be the difference between the highest temperature and the lowest temperature produced in the catalyst bed since it should be below 20 ° C, or below 10 ° C.
자주, 본 발명에 따른 방법의 출발시 작업 압력은 1.2 내지 2 bar일 것이다. 촉매 층이 교환될 때, 따라서 작업 압력은 본 발명에 따라 전형적으로 3 bar 이하일 것이다.Frequently, the working pressure at the start of the process according to the invention will be 1.2 to 2 bar. When the catalyst bed is exchanged, the working pressure will therefore typically be 3 bar or less according to the invention.
원칙상, 본 발명에 따른 방법은 본 명세서의 초반에 구체적으로 열거된 모든 불균질 촉매화 기체상 부분 산화에 적합하다. 이들은 특히 국제 특허 공개 제 WO 01/96270호, 독일 특허 제 DE-A 10316465호, 동 제 DE-A 10245585호, 동 제 DE-A 10246119호 명세서에 기술되어 있는 아크릴산으로의 프로판의 불균질 촉매화 기체상 부분 산화를 포함한다. 앞선 언급된 특허 문헌은 본 명세서에 인용된 것으로 간주되어야 한다.In principle, the process according to the invention is suitable for all heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidations listed specifically at the beginning of this specification. These are particularly heterogeneous catalysis of propane with acrylic acid as described in WO 01/96270, DE-A 10316465, DE-A 10245585 and DE-A 10246119. Gas phase partial oxidation. The aforementioned patent documents should be considered as cited herein.
그러나, 본 발명의 절차는 예를 들어, 유럽 특허 제 EP-A 700 893호, 동 제 EP-A 700 714호, 독일 특허 제 DE-A 19 91 0508호, 동 제 DE-A 19 91 9596호, 동 제 DE-A 10351269호, 동 제 DE-A 10350812호, 동 제 DE-A 10350822호, 유럽 특허 제 EP-A 11 59 247호, 독일 특허 제 DE-A 10 31 3208호, 동 제 DE-A 102004021764호, 동 제 DE-A 19 94 8248호, 유럽 특허 제 EP-A 990 636호, 동 제 EP-A 11 06 598호, 독일 특허 제 DE-A 30 02 8289호 및 동 제 DE-A 10232482호에 기술되어 있는 바와 같이 1단계로 관 다발 반응기에서 바람직하게 수행되는 아크롤레인 및/또는 아크릴산으로의 프로펜의 불균질 촉매화 고정 층 기체상 부분 산화에 특히 적합하고, 2단계로 관 다발 반응기에서 수행되는 아크롤레인으로의 프로펜의 불균질 촉매화 고정 층 기상 부분 산화 또는 아크릴산으로의 아크롤레인의 불균질 촉매화 고정 층 기상 부분 산화의 제1 및 제2 단계에 특히 적합하다.However, the procedure of the present invention is, for example, EP-A 700 893, EP-A 700 714,
본 발명에 따른 방법은 특히 사용된 촉매가 활성 조성물이 몰리브데늄 및/또는 텅스텐 원소, 및 비스무스, 텔루륨, 안티몬, 주석 및 구리 원소 중 적어도 하나를 포함하는 다원소 산화물이거나, 또는 Mo, Bi 및 Fe 원소를 포함하는 다금속 산화물인 촉매일 경우, 아크롤레인으로의 프로펜의 불균질 촉매화 고정 층 기체상 부분 산화에 적합하다. Mo, Bi 및 Fe를 포함하고, 본 발명에 따라 특히 적합한, 앞서 언급한 유형의 다금속 산화물 조성물은 특히 독일 특허 제 DE-A 10 34 4149호 및 동 제 DE-A 10 34 4264호에 개시되어 있는, Mo, Bi 및 Fe을 포함하는 다금속 산화물 조성물이다. 이들은 특히 또한 독일 특허 제 DE-A 19 95 5176호의 화학식 I의 다금속 산화물 활성 조성물, 독일 특허 제 DE-A 19 94 8523호의 화학식 I의 다금속 산화물 활성 조성물, 독일 특허 제 DE-A 10 10 1695호의 화학식 I, II 및 III의 다금속 산화물 활성 조성물, 독일 특허 제 DE-A 19 94 8248호의 화학식 I, II 및 III의 다금속 산화물 활성 조성물, 독일 특허 제 DE-A 19955168호의 화학식 I, II 및 III의 다금속 산화물 활성 조성물, 및 또한 유럽 특허 제 EP-A 700714호에 명시된 다금속 산화물 활성 조성물이다.The process according to the invention is particularly useful in that the catalyst used is a multi-element oxide in which the active composition comprises at least one of molybdenum and / or tungsten elements and bismuth, tellurium, antimony, tin and copper elements, or Mo, Bi And a catalyst which is a multimetal oxide containing Fe element, it is suitable for heterogeneous catalyzed fixed bed gas phase partial oxidation of propene to acrolein. Multimetal oxide compositions of the aforementioned type, comprising Mo, Bi and Fe, and particularly suitable according to the invention, are described in particular in DE-A 10 34 4149 and DE-A 10 34 4264. Which is a multimetal oxide composition comprising Mo, Bi and Fe. They are also particularly multimetal oxide active compositions of formula I of DE-A 19 95 5176, multimetal oxide active compositions of formula I of DE-A 19 94 8523,
본 발명에 따른 방법의 분야는 본 발명에 따라 사용되는 하나 이상의 고정 촉매 층에 사용된 촉매가 아크롤레인으로의 프로펜의 부분 산화시 독일 특허 제 DE-A 10046957호, 동 제 DE-A 10063162호, 동 제 DE-C 3338380호, 동 제 DE-A 19902562호, 유럽 특허 제 EP-A 15565호, 독일 특허 제 DE-C 2380765호, 유럽 특허 제 EP-A 807465호, 동 제 EP-A 279374호, 독일 특허 제 DE-A 3300044호, 유럽 특허 제 EP-A 575897호, 미국 특허 제 US-A 4438217호, 독일 특허 제 DE-A 19855913호, 국제 특허 공개 제 WO 98/24746호, 독일 특허 제 DE-A 19746210호 (화학식 II), 일본 특허 제 JP-A 91/294239호, 유럽 특허 제 EP-A 293224호 및 동 제 EP-A 700714호에 개시되어 있는 Mo, Bi 및 Fe를 포함하는 다금속 산화물 촉매인 경우에 또한 적합하다. 이는 특히 상기 특허 문헌들의 예시적인 실시양태, 바람직하게는 이들 중 특히 유럽 특허 제 EP-A 15565호, 동 제 EP-A 575897호, 독일 특허 제 DE-A 19746210호 및 동 제 DE-A 19855913호의 예시적 실시양태에 적용된다. 이와 관련해서 유럽 특허 제 EP-A 15565호의 실시예 1c에 따른 촉매 및 또한 활성 조성물이 조성 Mo12Ni6.5Zn2Fe2Bi1P0.0065K0.06OOx·10 SiO2인 것 외에는 상응하는 방법으로 제조된 촉매를 특히 강조한다. 또한, 외형 치수가 5 mm×3 mm×2 mm 또는 5 mm×2 mm×2 mm (각각 외경×높이×내경)인 지지되지 않은 중공 원통형 촉매로서 독일 특허 제 DE-A 19855913호의 일련 번호 3인 실시예 (화학량론식: Mo12Co7Fe3Bi0.6K0.08Si1.6Ox), 및 독일 특허 제 DE-A 19746210호의 실시예 1에 따른 지지되지 않은 다금속 산화물 II 촉매를 강조한다. 또한, 미국 특허 제 US-A 4438217호의 다금속 산화물 촉매를 언급할 수 있다. 후자는 특히 외형 치수가 5.5 mm×3 mm×3.5 mm 또는 5 mm×2 mm×2 mm 또는 5 mm×3 mm×2 mm 또는 6 mm×3 mm×3 mm 또는 7 mm×3 mm×4 mm (각각 외경×높이×내경)인 중공 원통형 구조를 가질 경우 특히 해당된다. 마찬가지로 본 발명에 관련하여 독일 특허 제 DE-A 10101695호 또는 국제 특허 공개 제 WO 02/062737호의 다금속 산화물 촉매 및 외형 치수가 적합하다.The field of the process according to the invention relates to the use of one or more fixed catalyst layers used in accordance with the invention in the case of partial oxidation of propene to acrolein in German patent DE-A 10046957, DE-A 10063162, Copper DE-C 3338380, Copper DE-A 19902562, European Patent EP-A 15565, German Patent DE-C 2380765, European Patent EP-A 807465, Copper EP-A 279374 , German Patent DE-A 3300044, European Patent EP-A 575897, US Patent US-A 4438217, German Patent DE-A 19855913, International Patent Publication WO 98/24746, German Patent Mo, Bi and Fe disclosed in DE-A 19746210 (Formula II), Japanese Patent JP-A 91/294239, European Patent EP-A 293224 and EP-A 700714 Also suitable in the case of metal oxide catalysts. This is especially true of the exemplary embodiments of the above patent documents, preferably of these in particular European Patent EP-A 15565, EP-A 575897, German Patent DE-A 19746210 and DE-A 19855913. Applies to exemplary embodiments. In this connection the catalyst according to Example 1c of EP-A 15565 and also the active composition is the corresponding method, except that the composition Mo 12 Ni 6.5 Zn 2 Fe 2 Bi 1 P 0.0065 K 0.06O Ox.10 SiO 2 . Particular emphasis is given to the catalysts produced. Also, an unsupported hollow cylindrical catalyst having an external dimension of 5 mm × 3 mm × 2 mm or 5 mm × 2 mm × 2 mm (each of outer diameter × height × inner diameter) as
또한, 본 발명에 관련하여 외형 치수가 5 mm×3 mm×2 mm 또는 5 mm ×2 mm×2 mm (각각 외경×높이×내경)인 지지되지 않은 중공 원통형 (고리) 촉매인 독일 특허 제 DE-A 10046957호의 실시예 1 (화학량론식: [Bi2W2O9 x 2WO3]0.5·[Mo12Co5.6Fe2.94Si1.59K0.08Ox]1), 및 또한, 외형 치수가 5 mm×3 mm×1.5 mm 또는 7 mm×3 mm×1.5 mm (각각 외경×높이×내경)의 지지 고리에 해당하고 적절한 코팅 두께의 코팅된 환형 촉매인 것을 제외하고는, 독일 특허 제 DE-A 10063162호의 코팅된 촉매 1, 2, 및 3 (화학량론식: Mo12Bi1.0Fe3Co7Si1.6K0.08)이 매우 적합하다.Further, in connection with the present invention German patent DE which is an unsupported hollow cylindrical (ring) catalyst having an external dimension of 5 mm × 3 mm × 2 mm or 5 mm × 2 mm × 2 mm (each of outer diameter × height × inner diameter) -A 10046957 Example 1 (stoichiometry: [Bi 2 W 2 O 9 x 2WO 3 ] 0.5 · [Mo 12 Co 5.6 Fe 2.94 Si 1.59 K 0.08 Ox] 1 ), and also the external dimension is 5 mm × 3 The coating of DE-A 10063162, except that it is a coated cyclic catalyst of the appropriate coating thickness and corresponding to a support ring of mm × 1.5 mm or 7 mm × 3 mm × 1.5 mm (outer diameter × height × inner diameter, respectively)
본 발명에 관련하여 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화의 촉매에 특히 적합한 수많은 다금속 산화물 활성 조성물이 화학식 I에 포함될 수 있다.Numerous multimetal oxide active compositions which are particularly suitable for the catalyst of propene partial oxidation to acrolein in connection with the present invention can be included in formula (I).
상기 식 중에서,In the above formula,
X1 = 니켈 및/또는 코발트,X 1 = nickel and / or cobalt,
X2 = 탈륨, 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속,X 2 = thallium, alkali metal and / or alkaline earth metal,
X3 = 아연, 인, 비소, 붕소, 안티몬, 주석, 세륨, 납 및/또는 텅스텐,X 3 = zinc, phosphorus, arsenic, boron, antimony, tin, cerium, lead and / or tungsten,
X4 = 규소, 알루미늄, 티타늄 및/또는 지르코늄,X 4 = silicon, aluminum, titanium and / or zirconium,
a = 0.5 내지 5,a = 0.5 to 5,
b = 0.01 내지 5, 바람직하게는 2 내지 4,b = 0.01 to 5, preferably 2 to 4,
c = 0 내지 10, 바람직하게는 3 내지 10,c = 0 to 10, preferably 3 to 10,
d = 0 내지 2, 바람직하게는 0.02 내지 2,d = 0 to 2, preferably 0.02 to 2,
e = 0 내지 8, 바람직하게는 0 내지 5,e = 0 to 8, preferably 0 to 5,
f = 0 내지 10, 및f = 0 to 10, and
n = 산소 외에 화학식 I 중의 원소의 원자가 및 빈도수에 의해서 결정되어지는 수이다.n is a number determined by the valence and the frequency of the elements in the general formula (I) in addition to oxygen.
이들은 그 자체로 공지된 방식으로 획득가능하고 (예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 4023239호 참고), 통상적으로 희석되지 않은 채 성형되어 구, 고리 또는 원통형을 얻거나, 또는 코팅된 촉매의 형태로, 즉 활성 조성물로 코팅된 비활성 지지체를 예비성형하여 사용된다. 또한, 이들은 분말 형태의 촉매로서 사용될 수 있는 것을 알 수 있을 것이다.They are obtainable in a manner known per se (see eg DE-A 4023239) and are usually molded undiluted to obtain spheres, rings or cylinders, or in the form of coated catalysts. Furnace, ie preformed inert support coated with active composition. It will also be appreciated that they can be used as catalysts in powder form.
원칙상, 화학식 I의 활성 조성물은 간단한 방식으로, 이들 원소 성분의 적당한 공급원으로부터 이들의 화학량론식에 상응하는, 매우 친밀한, 바람직하게는 미세하게 나뉘어진 건조 혼합물을 얻고 이를 350 내지 650℃의 온도에서 소성함으로써 제조될 수 있다. 소성은 예를 들어, 비활성 기체 또는 산화 분위기, 예를 들어 공기 (비활성 기체 및 산소의 혼합물) 하에서, 및 또한 환원 분위기 (예를 들어, 비활성 기체, NH3, CO 및/또는 H2) 하에서 수행될 수 있다. 소성 시간은 수분 내지 수시간일 수 있고 전형적으로 온도와 함께 짧아진다. 다금속 산화물 활성 조성물 I의 원소 성분에 대해 유용한 공급원은 이미 산화물인 화합물 및/또는 적어도 산소의 존재하에서 가열에 의해서 산화물로 전환될 수 있는 화합물이다.In principle, the active compositions of the formula (I) obtain in a simple manner a very intimate, preferably finely divided, dry mixture corresponding to their stoichiometry from a suitable source of these elemental components and at a temperature of 350 to 650 ° C. It can be produced by firing. Firing is carried out, for example, under an inert gas or oxidizing atmosphere, for example air (a mixture of inert gas and oxygen), and also under a reducing atmosphere (eg inert gas, NH 3 , CO and / or H 2 ). Can be. The firing time can be from several minutes to several hours and typically shortens with temperature. Useful sources for the elemental component of the multimetal oxide active composition I are compounds which are already oxides and / or compounds which can be converted to oxides by heating in the presence of at least oxygen.
산화물에 추가로, 이렇게 유용한 출발 화합물은 특히, 할라이드, 질산염, 포르메이트, 옥살레이트, 시트레이트, 아세테이트, 탄산염, 아민 착물, 암모늄 염 및/또는 수산화물을 포함한다 (나중 최종적으로 소성할 때 기체형태로 방출되는 화합물을 제공하도록 분해될 수 있고/있거나 분해되는 NH4OH, (NH4)2CO3, NH4NO3, NH4CHO2, CH3COOH, NH4CH3CO2 및/또는 암모늄 옥살레이트와 같은 화합물은 친밀한 건조 혼합물에 부가적으로 혼입될 수 있음).In addition to oxides, such useful starting compounds include, in particular, halides, nitrates, formates, oxalates, citrates, acetates, carbonates, amine complexes, ammonium salts and / or hydroxides (which are in gaseous form upon final firing at a later time). NH 4 OH, (NH 4 ) 2 CO 3 , NH 4 NO 3 , NH 4 CHO 2 , CH 3 COOH, NH 4 CH 3 CO 2 and / or may be decomposed to provide a compound that is released to Compounds such as ammonium oxalate may additionally be incorporated into intimate dry mixtures).
다금속 산화물 활성 조성물 I 제조용 출발 화합물은 건조 또는 습윤 형태로 친밀하게 혼합될 수 있다. 이들이 건조 형태에서 혼합될 경우, 출발 화합물은 미세하게 나뉘어진 분말으로서 유리하게 사용되고, 혼합 및 임의로는 압축 후 소성된다. 그러나, 습윤 형태로 친밀하게 혼합되는 것이 바람직하다. 통상적으로, 출발 화합물은 수용액 및/또는 현탁액의 형태로 서로 혼합된다. 특히, 출발 물질이 배타적으로 용해된 형태의 원소 성분의 공급원일 경우, 친밀한 건조 혼합물은 기술된 혼합 공정에서 얻어진다. 사용된 용매는 바람직하게는 물이다. 이어서, 얻어진 수성 조성물이 건조되고, 건조 공정은 바람직하게는 분무 탑으로부터 100 내지 150℃의 출구 온도에서 수성 혼합물을 분무-건조함으로써 수행된다.Starting compounds for the preparation of the multimetal oxide active composition I may be intimately mixed in dry or wet form. When they are mixed in dry form, the starting compounds are advantageously used as finely divided powders and are calcined after mixing and optionally compaction. However, preference is given to intimate mixing in wet form. Typically, the starting compounds are mixed with each other in the form of aqueous solutions and / or suspensions. In particular, when the starting material is a source of elemental components in the exclusively dissolved form, an intimate dry mixture is obtained in the mixing process described. The solvent used is preferably water. The aqueous composition obtained is then dried and the drying process is preferably carried out by spray-drying the aqueous mixture at an outlet temperature of 100 to 150 ° C. from the spray tower.
전형적으로, 화학식 I의 다금속 산화물 활성 조성물은 고정 촉매 층에서 분말 형태가 아니라 오히려 특정 촉매 형상으로 성형되어 사용되고, 성형은 최종 소성 전 또는 후에 수행될 수 있다. 예를 들어, 지지되지 않은 촉매는 활성 조성물 또는 그의 미소성 및/또는 부분적으로 소성된 전구체 조성물의 분말 형태로부터, 목적하는 촉매 형상 (예를 들어, 테블렛트 (tableting) 또는 압출)으로 압축함으로써, 임의로는 보조제, 예를 들어 윤활제로서 흑연 또는 스테아르산, 및/또는 유리 미세 섬유, 석면, 규소 카바이드 또는 칼륨 티타네이트와 같은 성형 보조제 및 보강제를 첨가하여 제조할 수 있다. 적합한 지지되지 않은 촉매 형상의 예는 외경 및 길이가 2 내지 10 mm인 고체 원통형 또는 중공 원통형을 포함한다. 중공 원통형의 경우에서, 1 내지 3 mm인 벽 두께가 유리하다. 또한, 지지되지 않은 촉매는 구형 형상을 가질 수 있고, 구의 직경은 2 내지 10 mm일 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.Typically, the multimetal oxide active composition of formula (I) is used in a fixed catalyst layer rather than in powder form, rather in a specific catalyst shape, and the molding can be carried out before or after the final firing. For example, an unsupported catalyst may be compressed from the powder form of the active composition or its unbaked and / or partially calcined precursor composition into the desired catalyst shape (eg, tableting or extrusion), It may optionally be prepared by the addition of an adjuvant such as graphite or stearic acid as a lubricant and / or molding aids and reinforcing agents such as glass fine fibers, asbestos, silicon carbide or potassium titanate. Examples of suitable unsupported catalyst shapes include solid cylinders or hollow cylinders having an outer diameter and a length of 2 to 10 mm. In the case of hollow cylinders, wall thicknesses of 1 to 3 mm are advantageous. It will also be appreciated that the unsupported catalyst can have a spherical shape and the diameter of the sphere can be 2 to 10 mm.
특히 유리한 중공 원통형 형상은 특히 지지되지 않은 촉매의 경우에 5 mm×3 mm×2 mm (외경×길이×내경)이다.A particularly advantageous hollow cylindrical shape is 5 mm x 3 mm x 2 mm (outer diameter x length x inner diameter) in the case of unsupported catalysts.
분말 활성 조성물 또는 아직 소성되지 않고/않거나 부분적으로 소성되지 않은 그의 분말 전구체 조성물은 또한 예비성형된 비활성 촉매 지지체에 적용함으로써 성형될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 코팅된 촉매를 생성하는 지지체 몸체의 코팅은 일반적으로 예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 2909671호, 유럽 특허 제 EP-A 293859호 또는 동 제 EP-A 714700호에 개시되어 있는 바와 같이 적당한 회전가능한 용기에서 수행된다. 지지체 몸체를 코팅하기 위해서, 적용될 분말 조성물을 유리하게는 습윤시키고, 도포 후 예를 들어, 열기 (hot air)를 사용하여 다시 건조시킨다. 지지체 몸체에 도포된 분말 조성물의 코팅 두께는 10 내지 1000 μm, 바람직하게는 50 내지 500 μm, 보다 바람직하게는 150 내지 250 μm 내에서 유리하게 선택된다. 별법으로, 도포될 분말 조성물을 또한 (예를 들어, 물 중의) 이들 의 현탁액 또는 용액으로부터 직접 지지체 몸체에 도포할 수 있다.It will be appreciated that the powdered active composition or its powder precursor composition that has not yet been calcined and / or not partially calcined can also be shaped by application to a preformed inert catalyst support. Coating of the support body to produce the coated catalyst is generally suitable for rotation, as disclosed, for example, in DE-A 2909671, EP-A 293859 or EP-A 714700. It is carried out in a container where possible. To coat the support body, the powder composition to be applied is advantageously wetted and again dried after application, for example using hot air. The coating thickness of the powder composition applied to the support body is advantageously selected within 10 to 1000 μm, preferably 50 to 500 μm, more preferably 150 to 250 μm. Alternatively, the powder compositions to be applied can also be applied directly to the support body from their suspensions or solutions (eg in water).
유용한 지지체 물질은 통상적인 다공성 또는 비다공성 알루미늄 산화물, 이산화규소, 이산화토륨, 이산화지르코늄, 규소 카바이드, 또는 실리케이트, 예를 들어 마그네슘 실리케이트 또는 알루미늄 실리케이트이다. 일반적으로 이들은 본 발명에 따른 제1 반응 단계의 방법이 기초로 한 목표 반응에 관해서 실질적으로 비활성적으로 거동한다. 뚜렷한 표면 조도를 갖는 정규적으로 성형된 지지체 몸체, 예를 들어 구형 또는 중공 원통형이 바람직하지만, 지지체 몸체는 정규 또는 비정규적인 형상을 가질 수 있다. 동석 (예를 들어, 세람텍사 (Ceramtec)로부터의 스테아타이트 (Steatite) C220)으로 만들어지고 직경이 1 내지 8 mm, 바람직하게는 4 내지 5 mm이며 실질적으로 비다공성인 표면이 거칠게된 구형 지지체를 사용하는 것이 적당하다. 그러나, 적당한 지지체 몸체는 또한 길이가 2 내지 10 mm (예를 들어, 8 mm)이고, 외경이 4 내지 10 mm (예를 들어, 6 mm)인 원통형을 포함한다. 본 발명에 따른 지지체 몸체로서 적합한 고리의 경우에서, 벽 두께는 또한 전형적으로 1 내지 4 mm이다. 본 발명에 따라, 사용될 환형 지지체 몸체는 바람직하게는 길이가 2 내지 6 mm이고, 외경이 4 내지 8 mm이고, 벽 두께가 1 내지 2 mm이다. 특히, 형상이 7 mm×3 mm×4 mm 또는 5mm×3mm×2mm (외경×길이×내경)인 고리가 본 발명에 따른 지지체 몸체로서 적합하다. 지지체 몸체의 표면에 도포될 촉매적 활성 산화물 조성물의 미세도는 목적하는 코팅 두께 (유럽 특허 제 EP-A 714 700호 참조)로 개작될 것이라는 것을 알 수 있을 것이다.Useful support materials are conventional porous or nonporous aluminum oxide, silicon dioxide, thorium dioxide, zirconium dioxide, silicon carbide, or silicates such as magnesium silicate or aluminum silicate. Generally they behave substantially inactive with respect to the target reaction on which the method of the first reaction step according to the invention is based. Regularly shaped support bodies with pronounced surface roughness, for example spherical or hollow cylinders, are preferred, but the support bodies may have a regular or irregular shape. Spherical supports made of soapstone (e.g., Steatite C220 from Ceramtec) and having a diameter of 1 to 8 mm, preferably 4 to 5 mm and having a substantially nonporous surface roughened It is suitable to use. However, suitable support bodies also include cylinders with a length of 2 to 10 mm (eg 8 mm) and an outer diameter of 4 to 10 mm (eg 6 mm). In the case of rings suitable as support bodies according to the invention, the wall thickness is also typically 1 to 4 mm. According to the invention, the annular support body to be used is preferably 2 to 6 mm in length, 4 to 8 mm in outer diameter and 1 to 2 mm in wall thickness. In particular, rings having a shape of 7 mm × 3 mm × 4 mm or 5 mm × 3 mm × 2 mm (outer diameter × length × inner diameter) are suitable as support bodies according to the invention. It will be appreciated that the fineness of the catalytically active oxide composition to be applied to the surface of the support body will be adapted to the desired coating thickness (see EP-A 714 700).
또한, 본 발명과 관련하여, 특히 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화의 고정 촉매 층의 촉매에 적합한 다금속 산화물 활성 조성물은 하기 화학식 II의 조성물이며, 이들의 공간 주변과 상이한 이들의 화학 조성의 결과로서 이들의 공간 주변으로부터 한계지어지고, 최대 직경 (대역 중심을 통과하여 표면 (계면) 상의 두 점을 잇는 가장 긴 선)이 1 nm 내지 100 μm, 자주 10 nm 내지 500 nm 또는 1 μm 내지 50 또는 25 μm인 화학 조성 Y1 a'Y2 b'Ox'의 3차원 대역을 포함한다.In addition, in connection with the present invention, multimetal oxide active compositions suitable in particular for the catalyst of the fixed catalyst layer of propene partial oxidation to acrolein are the compositions of the following formula (II) and as a result of their chemical composition different from their periphery Limited from their space periphery, the maximum diameter (longest line passing through the band center to connect two points on the surface (interface)) is from 1 nm to 100 μm, often from 10 nm to 500 nm or from 1 μm to 50 or 25 It includes a three-dimensional zone of the chemical composition Y 1 a ' Y 2 b' O x 'which is μm.
상기 식 중에서,In the above formula,
Y1 = 단지 비스무스, 또는 비스무스 및 하나 이상의 텔레륨, 안티몬, 주석 및 구리,Y 1 = only bismuth, or bismuth and at least one telelium, antimony, tin and copper,
Y2 = 몰리브덴, 또는 몰리브덴 및 텅스텐,Y 2 = molybdenum, or molybdenum and tungsten,
Y3 = 알칼리 금속, 탈륨 및/또는 사마륨,Y 3 = alkali metal, thallium and / or samarium,
Y4 = 알칼리 토금속, 니켈, 코발트, 구리, 망간, 아연, 주석, 카드뮴 및/또는 수은,Y 4 = alkaline earth metal, nickel, cobalt, copper, manganese, zinc, tin, cadmium and / or mercury,
Y5 = 철, 또는 철 및 하나 이상의 크롬 및 세륨 원소,Y 5 = iron, or iron and at least one chromium and cerium element,
Y6 = 인, 비소, 붕소 및/또는 안티몬,Y 6 = phosphorus, arsenic, boron and / or antimony,
Y7 = 희토류 금속, 티타늄, 지르코늄, 니오븀, 탄탈, 레늄, 루테늄, 로듐, 은, 금, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 규소, 게르마늄, 납, 토륨, 및/또는 우라늄,Y 7 = rare earth metal, titanium, zirconium, niobium, tantalum, rhenium, ruthenium, rhodium, silver, gold, aluminum, gallium, indium, silicon, germanium, lead, thorium, and / or uranium,
a' = 0.01 내지 8,a '= 0.01 to 8,
b' = 0.1 내지 30,b '= 0.1 to 30,
c' = 0 내지 4,c '= 0 to 4,
d' = 0 내지 20,d '= 0 to 20,
e' = 0 초과 내지 20,e '= greater than 0 to 20,
f' = 0 내지 6, f '= 0 to 6,
g' = 0 내지 15,g '= 0 to 15,
h' = 8 내지 16,h '= 8 to 16,
x', y'= 산소 외에 화학식 II에서 원소의 원자가 및 빈도수에 의해서 결정되는 수, 및x ', y' = number determined by the valence and the frequency of the element in formula (II) besides oxygen, and
p, q = p/q 비율이 0.1 내지 10인 수이다.p, q = p / q is a number from 0.1 to 10.
특히 유리한 다금속 산화물 조성물 II는 Y1이 오직 비스무스인 조성물이다.Particularly advantageous multimetal oxide compositions II are compositions in which Y 1 is only bismuth.
이들 중, 또한 일반 하기 화학식 III의 조성물이 바람직하다.Among these, also general compositions of the general formula (III) are preferred.
상기 식 중에서,In the above formula,
Z2 = 몰리브덴, 또는 몰리브덴 및 텅스텐,Z 2 = molybdenum, or molybdenum and tungsten,
Z3 = 니켈 및/또는 코발트,Z 3 = nickel and / or cobalt,
Z4 = 탈륨, 알칼리 금속 및/또는 알칼리 토금속,Z 4 = thallium, alkali metal and / or alkaline earth metal,
Z5 = 인, 비소, 붕소, 안티몬, 주석, 세륨 및/또는 납,Z 5 = phosphorus, arsenic, boron, antimony, tin, cerium and / or lead,
Z6 = 규소, 알루미늄, 티타늄 및/또는 지르코늄,Z 6 = silicon, aluminum, titanium and / or zirconium,
Z7 = 구리, 은 및/또는 금,Z 7 = copper, silver and / or gold,
a" = 0.1 내지 1,a "= 0.1 to 1,
b" = 0.2 내지 2,b "= 0.2 to 2,
c" = 3 내지 10,c "= 3 to 10,
d" = 0.02 내지 2,d "= 0.02 to 2,
e" = 0.01 내지 5, 바람직하게는 0.1 내지 3,e "= 0.01 to 5, preferably 0.1 to 3,
f" = 0 내지 5, f "= 0 to 5,
g" = 0 내지 10,g "= 0 to 10,
h" = 0 내지 1,h "= 0 to 1,
x", y" = 산소 외에 화학식 III에서 원소의 원자가 및 빈도수에 의해서 결정되는 수, 및x ", y" = number determined by the valence and frequency of the element in formula (III) besides oxygen, and
p", q" = p"/q" 비율이 0.1 내지 5, 바람직하게는 0.5 내지 2인 수이다.p ", q" = p "/ q" ratios of 0.1 to 5, preferably 0.5 to 2.
Z2 b"가 (텅스텐)b"이고, Z2 12가 (몰리브덴)12인 조성물 III이 매우 특히 바람직하다.Very particular preference is given to compositions III in which Z 2 b ″ is (tungsten) b ″ and Z 2 12 is (molybdenum) 12 .
또한, 본 발명에 따라 적합한 다금속 산화물 조성물 II (다금속 산화물 조성물 III) 중에서 본 발명에 따라 적합한 다금속 산화물 조성물 II (다금속 산화물 조성물 III)의 [Y1 a'Y2 b'Ox']p ([Bia"Z2 b"Ox"]p") 전체 비율의 25 mol% 이상 (바람직하게는 50 mol% 이상, 보다 바람직하게는 적어도 100 mol%)이 이들의 공간 주변과 상이한 이들의 화학 조성의 결과로서 이들의 공간 주변으로부터 한정지어지고 이들의 최대 직경이 1 nm 내지 100 μm인 화학 조성 Y1 a'Y2 b'Ox' [Bia"Z2 b"Ox"]의 3차원 구역의 형태인 것이 유리하다.Furthermore, among the suitable multimetal oxide compositions II (polymetal oxide compositions III) according to the invention, [Y 1 a ' Y 2 b' O x ' of the suitable multimetal oxide compositions II (polymetal oxide compositions III) according to the invention ] p ([Bi a " Z 2 b" O x " ] p" ) at least 25 mol% (preferably at least 50 mol%, more preferably at least 100 mol%) of the total proportions differ from their periphery Chemical compositions Y 1 a ' Y 2 b' O x ' [Bi a " Z 2 b" O x " defined as a result of their chemical composition and defined from their periphery and having a maximum diameter of 1 nm to 100 μm. ] In the form of a three-dimensional zone.
성형과 관련하여, 다금속 산화물 I 촉매에 대해 언급한 내용이 다금속 산화물 II 촉매에 적용된다.With regard to shaping, reference to the multimetal oxide I catalyst applies to the multimetal oxide II catalyst.
다금속 산화물 활성 조성물 II의 제법은 예를 들어, 유럽 특허 제 EP-A 575897호 및 또한 독일 특허 제 DE-A 19855913호, 동 제 DE-A 10344149호 및 동 제 DE-A 10344264호에 기술되어 있다.The preparation of the multimetal oxide active composition II is described, for example, in EP-A 575897 and also DE-A 19855913, DE-A 10344149 and DE-A 10344264. have.
본 발명과 관련하여 아크릴산으로의 아크롤레인의 부분 산화에 적합한 하나 이상의 고정 촉매 층의 촉매에 대해 적합한 활성 조성물은 Mo 및 V 원소를 포함하는 상기 반응 유형으로 공지된 다금속 산화물이다.Suitable active compositions for the catalyst of at least one fixed catalyst layer suitable for the partial oxidation of acrolein to acrylic acid in the context of the present invention are multimetal oxides known by the above reaction type comprising Mo and V elements.
Mo 및 V를 포함하는 상기 다금속 산화물 활성 조성물은 예를 들어, 미국 특 허 제 US-A 3775474호, 동 제 US-A 3954855호, 동 제 US-A 3893951호, 및 동 제 US-A 4339355호, 또는 유럽 특허 제 EP-A 614872호 또는 동 제 EP-A 1041062호, 또는 국제 특허 공개 제 WO 03/055835호, 또는 동 제 WO 03/057653호에서 찾아볼 수 있다.The multimetal oxide active compositions comprising Mo and V are described, for example, in US Pat. No. US-A 3775474, US-A 3954855, US-A 3893951, and US-A 4339355. Or EP-A 614872 or EP-A 1041062, or WO 03/055835, or WO 03/057653.
또한, 독일 특허 제 DE-A 10 32 5487호 및 또한 동 제 DE-A 10 32 5488호의 다금속 산화물 활성 조성물이 특히 적합하다.Also particularly suitable are the multimetal oxide active compositions of DE-A 10 32 5487 and also DE-A 10 32 5488.
또한, 본 발명과 관련하여, 아크릴산으로의 아크롤레인의 부분 산화를 위한 고정 층 촉매용 활성 조성물로서, 유럽 특허 제 EP-A 427508호, 독일 특허 제 DE-A 29 09 671호, 동 제 DE-C 31 51 805호, 동 제 DE-B 26 26 887호, 동 제 DE-A 43 02 991호, 유럽 특허 제 EP-A 700 893호, 동 제 EP-A 7147 00호 및 독일 특허 제 DE-A 19 73 6105호의 다금속 산화물 조성물이 특히 적합하다. 이와 관련하여, 유럽 특허 제 EP-A 714 700호 및 독일 특허 제 DE-A 19 73 6105호의 예시적인 실시양태가 특히 바람직하다.Also in connection with the present invention, as active compositions for fixed bed catalysts for the partial oxidation of acrolein to acrylic acid, EP-A 427508, DE-A 29 09 671, DE-C 31 51 805, copper DE-B 26 26 887, copper DE-A 43 02 991, European patent EP-A 700 893, copper EP-A 7147 00 and German patent DE-A Particularly suitable are the multimetal oxide compositions of 19 73 6105. In this connection, the exemplary embodiments of EP-A 714 700 and DE-A 19 73 6105 are particularly preferred.
Mo 및 V 원소를 포함하는 수많은 이들 다금속 산화물 활성 조성물이 화학식 IV에 포함될 수 있다.Numerous of these multimetal oxide active compositions comprising Mo and V elements can be included in Formula IV.
상기 식 중에서,In the above formula,
X1 = W, Nb, Ta, Cr 및/또는 Ce,X 1 = W, Nb, Ta, Cr and / or Ce,
X2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn 및/또는 Zn,X 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn,
X3 = Sb 및/또는 Bi,X 3 = Sb and / or Bi,
X4 = 하나 이상의 알칼리 금속,X 4 = at least one alkali metal,
X5 = 하나 이상의 알칼리 토금속,X 5 = at least one alkaline earth metal,
X6 = Si, Al, Ti 및/또는 Zr,X 6 = Si, Al, Ti and / or Zr,
a = 1 내지 6,a = 1 to 6,
b = 0.2 내지 4,b = 0.2 to 4,
c = 0.5 내지 18,c = 0.5 to 18,
d = 0 내지 40,d = 0 to 40,
e = 0 내지 2,e = 0 to 2,
f = 0 내지 4,f = 0 to 4,
g = 0 내지 40 및g = 0 to 40 and
n = 산소를 제외한 화학식 IV 중의 원소의 원자가 및 빈도수에 의해서 결정되는 수이다.n is a number determined by the valence and frequency of the elements in the formula (IV) excluding oxygen.
본 발명과 관련하여 활성 다금속 산화물 IV 중에 바람직한 실시양태는 화학식 IV의 변수의 하기 정의에 의해서 포함되는 실시양태이다.Preferred embodiments among the active polymetal oxides IV in the context of the present invention are embodiments encompassed by the following definitions of the variables of formula IV.
X1 = W, Nb 및/또는 Cr,X 1 = W, Nb and / or Cr,
X2 = Cu, Ni, Co 및/또는 Fe,X 2 = Cu, Ni, Co and / or Fe,
X3 = Sb,X 3 = Sb,
X4 = Na 및/또는 K,X 4 = Na and / or K,
X5 = Ca, Sr 및/또는 Ba,X 5 = Ca, Sr and / or Ba,
X6 = Si, Al 및/또는 Ti,X 6 = Si, Al and / or Ti,
a = 1.5 내지 5,a = 1.5 to 5,
b = 0.5 내지 2,b = 0.5 to 2,
c = 0.5 내지 3,c = 0.5 to 3,
d = 0 내지 2,d = 0 to 2,
e = 0 내지 0.2,e = 0 to 0.2,
f = 0 내지 1, 및f = 0 to 1, and
n = 산소를 제외한 화학식 IV 중의 원소의 원자가 및 빈도수에 의해서 결정되는 수이다.n is a number determined by the valence and frequency of the elements in the formula (IV) excluding oxygen.
또한, 본 발명에 따라 매우 특히 바람직한 다금속 산화물 IV은 하기 화학식 V의 산화물이다.In addition, very particularly preferred polymetal oxides IV according to the invention are oxides of the general formula (V).
상기 식 중에서,In the above formula,
Y1 = W 및/또는 Nb,Y 1 = W and / or Nb,
Y2 = Cu 및/또는 Ni,Y 2 = Cu and / or Ni,
Y5 = Ca 및/또는 Sr,Y 5 = Ca and / or Sr,
Y6 = Si 및/또는 Al,Y 6 = Si and / or Al,
a' = 2 내지 4,a '= 2 to 4,
b' = 1 내지 1.5,b '= 1 to 1.5,
c' = 1 내지 3,c '= 1 to 3,
f' = 0 내지 0.5f '= 0 to 0.5
g' = 0 내지 8, 및g '= 0 to 8, and
n' = 산소를 제외한 화학식 V 중의 원소의 원자가 및 빈도수에 의해서 결정되는 수이다.n '= number determined by the valence and the frequency of the elements in the formula (V) excluding oxygen.
다금속 산화물 활성 조성물 (IV)는 예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 4335973호 또는 유럽 특허 제 EP-A 714700호에 개시되어 있는 그 자체로 공지된 방식으로 얻을 수 있다. 특히, 아크릴산으로의 아크롤레인의 부분 산화에 대해 본 발명에 관련하여 Mo 및 V를 포함하는 적합한 다금속 산화물 활성 조성물은 또한 독일 특허 제 DE-A 10 261 186호의 다금속 산화물 활성 조성물이다.The multimetal oxide active composition (IV) can be obtained in a manner known per se, for example as disclosed in DE-A 4335973 or EP-A 714700. In particular, suitable multimetal oxide active compositions comprising Mo and V in connection with the present invention for the partial oxidation of acrolein to acrylic acid are also multimetal oxide active compositions of
원칙적으로, Mo 및 V를 포함하는 이러한 다금속 산화물 활성 조성물, 특히 화학식 IV의 조성물은 간단한 방식으로, 이들의 원소 성분의 적합한 공급원으로부터 이들의 화학량론식에 상응하는 조성물을 갖는, 매우 친밀한, 바람직하게는 미세하게 나뉘어진 건조 혼합물을 얻고 350 내지 600 ℃의 온도에서 소성시킴으로써 제조될 수 있다. 소성은 비활성 기체 또는 산화 분위기, 예를 들어 공기 (비활성 기체 및 산소) 하에서, 및 또한 환원 분위기 (예를 들어, H2, NH3, CO, 메탄 및/또는 아크롤레인과 같은 환원 기체 및 불활성 기체의 혼합물 또는 언급된 환원 기체 자체) 하에서 수행될 수 있다. 소성 시간은 수분에서 수시간일 수 있고, 전형적으로 온도와 함께 짧아진다. 다금속 산화물 활성 조성물 IV의 원소 성분에 대한 유용한 공급원은 이미 산화물인 화합물 및/또는 적어도 산소 존재하에서 가열에 의해서 산화물로 변화될 수 있는 화합물을 포함한다.In principle, these multimetal oxide active compositions comprising Mo and V, in particular the compositions of formula IV, are very intimate, preferably in a simple manner, having compositions corresponding to their stoichiometry from suitable sources of their elemental components. Can be prepared by obtaining a finely divided dry mixture and firing at a temperature of 350 to 600 ° C. Firing is carried out in an inert gas or oxidizing atmosphere, for example air (inert gas and oxygen), and also in a reducing atmosphere (e.g., H 2 , NH 3 , CO, methane and / or acrolein) and inert gas. Mixture or the reducing gas itself mentioned). The firing time can be several minutes to several minutes and typically shortens with temperature. Useful sources for the elemental component of the multimetal oxide active composition IV include compounds which are already oxides and / or compounds which can be converted to oxides by heating in the presence of at least oxygen.
다금속 산화물 조성물 IV을 제조하기 위한 출발 화합물은 건조 형태 또는 습윤 형태로 친밀하게 혼합될 수 있다. 이들이 건조 형태에서 혼합될 경우, 출발 화합물은 미세하게 나뉘어진 분말으로서 유리하게 사용되고, 혼합 및 임의로는 압축 후 소성된다. 그러나, 습윤 형태로 친밀하게 혼합하는 것이 바람직하다.Starting compounds for preparing the multimetal oxide composition IV can be intimately mixed in dry or wet form. When they are mixed in dry form, the starting compounds are advantageously used as finely divided powders and are calcined after mixing and optionally compaction. However, intimate mixing in wet form is preferred.
전형적으로 이는 수용액 및/또는 현탁액의 형태로 출발 물질을 혼합함으로써 수행된다. 특히 친밀한 건조 혼합물은 출발 물질이 배타적으로 용해된 형태의 원소 성분의 공급원일 경우, 기술되어 있는 혼합 공정에서 얻어진다. 사용된 용매는 바람직하게는 물이다. 이어서, 얻어진 수성 조성물을 건조하고, 건조 공정은 바람직하게는 100 내지 150℃의 출구 온도에서 수성 혼합물을 분무 건조시킴으로써 수 행된다.Typically this is done by mixing the starting materials in the form of aqueous solutions and / or suspensions. Particularly intimate dry mixtures are obtained in the mixing process described when the starting material is a source of elemental components in the exclusively dissolved form. The solvent used is preferably water. Subsequently, the obtained aqueous composition is dried, and the drying step is preferably performed by spray drying the aqueous mixture at an outlet temperature of 100 to 150 ° C.
Mo 및 V를 포함하는 다금속 산화물 활성 조성물, 특히 화학식 IV의 조성물은 본 발명에 따른 아크릴산으로의 아크롤레인의 부분 산화의 방법을 위해 분말 형태, 또는 특정 촉매 형상으로 성형되어 사용되고, 성형은 최종 소성 전 또는 후에 수행될 수 있다. 예를 들어, 지지되지 않은 촉매는 활성 조성물 또는 그의 미소성 전구체 조성물의 분말로부터, 목적하는 촉매 형상 (예를 들어, 테블렛트 또는 압출)으로 압축함으로써, 임의로는 보조제, 예를 들어 윤활제로서 흑연 또는 스테아르산, 및/또는 유리 미세 섬유, 석면, 규소 카바이드 또는 칼륨 티타네이트와 같은 성형 보조제 및 보강제를 첨가하여 제조할 수 있다. 적합한 지지되지 않은 촉매 형상의 예는 외경 및 길이가 2 내지 10 mm인 고체 원통형 또는 중공 원통형을 포함한다. 중공 원통형의 경우에서, 1 내지 3 mm인 벽 두께가 유리하다. 또한, 지지되지 않은 촉매는 구형 형상을 가질 수 있고, 구의 직경은 2 내지 10 mm일 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.Multimetal oxide active compositions comprising Mo and V, in particular the compositions of formula IV, are used in the form of powders, or in particular catalyst forms, for the method of partial oxidation of acrolein to acrylic acid according to the invention, wherein the molding is carried out before the final firing Or afterwards. For example, the unsupported catalyst may be compressed from the powder of the active composition or its unbaked precursor composition into the desired catalyst shape (eg tablet or extrusion), optionally by graphite or as an adjuvant, for example a lubricant. Stearic acid and / or molding aids and reinforcing agents such as glass fine fibers, asbestos, silicon carbide or potassium titanate. Examples of suitable unsupported catalyst shapes include solid cylinders or hollow cylinders having an outer diameter and a length of 2 to 10 mm. In the case of hollow cylinders, wall thicknesses of 1 to 3 mm are advantageous. It will also be appreciated that the unsupported catalyst can have a spherical shape and the diameter of the sphere can be 2 to 10 mm.
분말 활성 조성물 또는 아직 소성되지 않은 그의 분말 전구체 조성물은 또한 예비성형된 촉매 지지체에 적용함으로써 성형될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 코팅된 촉매를 제조하는 지지체 몸체의 코팅은 일반적으로 독일 특허 제 DE-A 2909671호, 유럽 특허 제 EP-A 293859호 또는 동 제 EP-A 714700호에 개시되어 있는 바와 같이 적당한 회전가능한 용기에서 수행된다.It will be appreciated that the powdered active composition or its powder precursor composition, which has not yet been calcined, can also be shaped by application to a preformed catalyst support. Coating of the support body to prepare the coated catalyst is generally carried out in a suitable rotatable vessel as disclosed in DE-A 2909671, EP-A 293859 or EP-A 714700. do.
지지체 몸체를 코팅하기 위해서, 적용될 분말 조성물을 유리하게 습윤시키고, 적용 후 예를 들어, 열기를 사용하여 다시 건조시킨다. 지지체 몸체에 적용된 분말 조성물의 코팅 두께는 10 내지 1000 μm, 바람직하게는 50 내지 500 μm, 보다 바람직하게는 150 내지 250 μm 내에서 유리하게 선택된다. To coat the support body, the powder composition to be applied is advantageously wetted and dried again, for example using hot air, after application. The coating thickness of the powder composition applied to the support body is advantageously selected within 10 to 1000 μm, preferably 50 to 500 μm, more preferably 150 to 250 μm.
유용한 지지체 물질은 통상적인 다공성 또는 비다공성 알루미늄 산화물, 이산화규소, 이산화토륨, 이산화지르코늄, 규소 카바이드, 또는 실리케이트 예를 들어, 마그네슘 실리케이트 또는 알루미늄 실리케이트이다. 뚜렷한 표면 조도를 갖는 정규적으로 성형된 지지체 몸체, 예를 들어 구형 또는 중공 원통형이 바람직하지만, 지지체 몸체는 정규 또는 비정규 형상을 가질 수 있다. 동석으로 생성되고 직경이 1 내지 10 mm (예를 들어, 8 mm), 바람직하게는 4 내지 5 mm이며 실질적으로 비다공성인, 표면이 거칠게된 구형 지지체를 사용하는 것이 적당하다. 그러나, 적당한 지지체 몸체는 또한 길이가 2 내지 10 mm이고, 외경이 4 내지 10 mm인 원통형을 포함한다. 본 발명에 따라 지지체 몸체로서 적합한 고리의 경우는, 벽 두께가 또한 전형적으로 1 내지 4 mm이다. 본 발명에 따라, 사용될 환형 지지체 몸체는 바람직하게는 길이가 3 내지 6 mm이고, 외경이 4 내지 8 mm이고, 벽 두께가 1 내지 2 mm이다. 또한, 본 발명에 따라 적합한 지지체 몸체는 특히 형상이 7 mm×3 mm×4 mm (외경×길이×내경)인 고리이다. 지지체 몸체의 표면에 적용될 촉매적 활성 산화물 조성물의 미세도는 목적하는 코팅 두께 (유럽 특허 제 EP-A 714 700호 참조)로 개작될 것을 이해할 것이다.Useful support materials are conventional porous or nonporous aluminum oxide, silicon dioxide, thorium dioxide, zirconium dioxide, silicon carbide, or silicates such as magnesium silicate or aluminum silicate. Regularly shaped support bodies with pronounced surface roughness, for example spherical or hollow cylinders, are preferred, but the support bodies may have a regular or irregular shape. It is suitable to use spherical supports having a rough surface, which are made of steatite and have a diameter of 1 to 10 mm (eg 8 mm), preferably 4 to 5 mm and are substantially nonporous. However, a suitable support body also includes a cylinder having a length of 2 to 10 mm and an outer diameter of 4 to 10 mm. In the case of rings suitable as support bodies according to the invention, the wall thickness is also typically 1 to 4 mm. According to the invention, the annular support body to be used is preferably 3 to 6 mm in length, 4 to 8 mm in outer diameter and 1 to 2 mm in wall thickness. Furthermore, suitable support bodies according to the invention are in particular rings having a shape of 7 mm × 3 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter). It will be appreciated that the fineness of the catalytically active oxide composition to be applied to the surface of the support body will be adapted to the desired coating thickness (see EP-A 714 700).
또한, 본 발명과 관련하여 아크릴산으로의 아크롤레인 부분 산화에 대해 사용되는 Mo 및 V를 포함하는 유리한 다금속 산화물 활성 조성물은 하기 화학식 E의 다금속 산화물 조성물을 미세하게 나뉘어진 형태 (출발 조성물 1)에서 별도로 예비 성형하고, 이어서 예비성형된 고체 출발 조성물 1을 수용액 또는 수성 현탁액으로 혼입시키거나, 하기 화학식 D의 화학량론식으로 상기 언급된 원소들을 포함하는 Mo, V, Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6 원소의 공급원의 미세하게 나뉘어진 건조 혼합물 (출발 조성물 2)로 목적하는 p:q 비율로 혼입시키고, 생성되는 수성 혼합물을 건조하고, 250 내지 600℃의 온도에서 건조 전 또는 후에 생성한 건조 전구체 조성물을 소성하여 목적하는 촉매 구조를 얻음으로서 얻을 수 있는 하기 화학식 VI의 조성물이다.In addition, advantageous multimetal oxide active compositions comprising Mo and V used for the partial oxidation of acrolein to acrylic acid in connection with the present invention may be prepared in finely divided form (starting composition 1) Preform separately, and then incorporate the preformed
상기 식 중에서,In the above formula,
D = Mo12Va"Z1 b"Z2 c"Z3 d"Z4 e"Z5 f"Z6 g"Ox",D = Mo 12 V a " Z 1 b" Z 2 c " Z 3 d" Z 4 e " Z 5 f" Z 6 g " O x" ,
E = Z7 12Cuh"Hi"Oy",E = Z 7 12 Cu h " H i" O y " ,
Z1 = W, Nb, Ta, Cr 및/또는 Ce,Z 1 = W, Nb, Ta, Cr and / or Ce,
Z2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn 및/또는 Zn,Z 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn,
Z3 = Sb 및/또는 Bi,Z 3 = Sb and / or Bi,
Z4 = Li, Na, K, Rb, Cs 및/또는 H,Z 4 = Li, Na, K, Rb, Cs and / or H,
Z5 = Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba,Z 5 = Mg, Ca, Sr and / or Ba,
Z6 = Si, Al, Ti 및/또는 Zr,Z 6 = Si, Al, Ti and / or Zr,
Z7 = Mo, W, V, Nb 및/또는 Ta, Z 7 = Mo, W, V, Nb and / or Ta,
a" = 1 내지 8,a "= 1 to 8,
b" = 0.2 내지 5,b "= 0.2 to 5,
c" = 0 내지 23,c "= 0 to 23,
d" = 0 내지 50,d "= 0 to 50,
e" = 0 내지 2, e "= 0 to 2,
f" = 0 내지 5, f "= 0 to 5,
g" = 0 내지 50,g "= 0 to 50,
h" = 4 내지 30,h "= 4 to 30,
i" = 0 내지 20 및i "= 0 to 20 and
x", y"= 화학식 VI 중의 산소 외에 원소의 원자가 및 빈도수에 의해서 결정되는 수, 및x ", y" = number determined by the valence and frequency of the element in addition to oxygen in formula VI, and
p, q = p/q 비율이 160:1 내지 1:1인 수이다.p, q = p / q is a number from 160: 1 to 1: 1.
예비성형된 고체 출발 조성물 1이 70℃ 미만의 온도에서 수성 출발 조성물 2로 혼입되는 다금속 산화물 활성 조성물 VI이 바람직하다. 유럽 특허 제 EP-A 668104호, 독일 특허 제 DE-A 19736105호 및 동 제 DE-A 19528646호에는 다금속 산화물 조성물 III 촉매의 제법에 대해 상세하게 설명되어 있다.Preferred is the multimetal oxide active composition VI in which the preformed
성형에 관해서, 다금속 산화물 IV 촉매에 대해 언급된 내용은 다금속 산화물 VI 촉매에 적용된다.With regard to shaping, the statements made regarding the multimetal oxide IV catalyst apply to the multimetal oxide VI catalyst.
또한, 본원에서 유리한 Mo 및 V를 포함하는 추가의 다금속 산화물 활성 조성물은 화학조성 Mo12VaX1 bX2 cX3 dX4 eX5 fX6 gOx의 3차원 대역 (상) A 형태의 분획 [A]p, 하기 조성 X1 7CuhHiOy의 3차원 대역 (상) B 형태의 분획 [B]q 및 화학 조성 X1 8SbjHkOz의 3차원 대역 (상) C 형태의 분획 [C]r을 포함하는 하기 화학식 VII의 다원소 산화물 활성 조성물이다.In addition, further multimetal oxide active compositions comprising Mo and V, which are advantageous herein, may be used in three-dimensional zones of the chemical composition Mo 12 V a X 1 b X 2 c X 3 d X 4 e X 5 f X 6 g O x ( Phase) Fraction of Form A [A] p , three-dimensional zone of composition X 1 7 Cu h H i O y (Phase) of Fraction [B] q of Form B and chemical composition X 1 8 Sb j H k O z Multi-element oxide active composition of formula (VII) comprising fraction [C] r in three-dimensional zone (phase) C form.
상기 식 중에서,In the above formula,
A = Mo12VaX1 bX2 cX3 dX4 eX5 fX6 gOx,A = Mo 12 V a X 1 b X 2 c X 3 d X 4 e X 5 f X 6 g O x ,
B = X1 7CuhHiOy,B = X 1 7 Cu h H i O y ,
C = X1 8SbjHkOz,C = X 1 8 Sb j H k O z ,
X1 = W, Nb, Ta, Cr 및/또는 Ce, 바람직하게는 W, Nb 및/또는 Cr,X 1 = W, Nb, Ta, Cr and / or Ce, preferably W, Nb and / or Cr,
X2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn 및/또는 Zn, 바람직하게는 Cu, Ni, Co 및/또는 Fe,X 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn, preferably Cu, Ni, Co and / or Fe,
X3 = Sb 및/또는 Bi, 바람직하게는 Sb,X 3 = Sb and / or Bi, preferably Sb,
X4 = Li, Na, K, Rb, Cs 및/또는 H, 바람직하게는 Na 및/또는 K,X 4 = Li, Na, K, Rb, Cs and / or H, preferably Na and / or K,
X5 = Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba, 바람직하게는 Ca, Sr 및/또는 Ba,X 5 = Mg, Ca, Sr and / or Ba, preferably Ca, Sr and / or Ba,
X6 = Si, Al, Ti 및/또는 Zr, 바람직하게는 Si, Al 및/또는 Ti,X 6 = Si, Al, Ti and / or Zr, preferably Si, Al and / or Ti,
X7 = Mo, W, V, Nb 및/또는 Ta, 바람직하게는 Mo 및/또는 W,X 7 = Mo, W, V, Nb and / or Ta, preferably Mo and / or W,
X8 = Cu, Ni, Zn, Co, Fe, Cd, Mn, Mg, Ca, Sr 및/또는 Ba, 바람직하게는 Cu 및/또는 Zn, 보다 바람직하게는 Cu,X 8 = Cu, Ni, Zn, Co, Fe, Cd, Mn, Mg, Ca, Sr and / or Ba, preferably Cu and / or Zn, more preferably Cu,
a = 1 내지 8, 바람직하게는 2 내지 6,a = 1 to 8, preferably 2 to 6,
b = 0.2 내지 5, 바람직하게는 0.5 내지 2.5,b = 0.2 to 5, preferably 0.5 to 2.5,
c = 0 내지 23, 바람직하게는 0 내지 4,c = 0 to 23, preferably 0 to 4,
d = 0 내지 50, 바람직하게는 0 내지 3,d = 0 to 50, preferably 0 to 3,
e = 0 내지 2, 바람직하게는 0 내지 0.3,e = 0 to 2, preferably 0 to 0.3,
f = 0 내지 5, 바람직하게는 0 내지 2,f = 0 to 5, preferably 0 to 2,
g = 0 내지 50, 바람직하게는 0 내지 20,g = 0 to 50, preferably 0 to 20,
h = 0.3 내지 2.5, 바람직하게는 0.5 내지 2, 보다 바람직하게는 0.75 내지 1.5,h = 0.3 to 2.5, preferably 0.5 to 2, more preferably 0.75 to 1.5,
i = 0 내지 2, 바람직하게는 0 내지 1,i = 0 to 2, preferably 0 to 1,
j = 0.1 내지 50, 바람직하게는 0.2 내지 20, 보다 바람직하게는 0.2 내지 5,j = 0.1 to 50, preferably 0.2 to 20, more preferably 0.2 to 5,
k = 0 내지 50, 바람직하게는 0 내지 20, 보다 바람직하게는 0 내지 12,k = 0 to 50, preferably 0 to 20, more preferably 0 to 12,
x, y, z = 산소 외에 A, B, C에서 원소의 원자가 및 빈도수에 의해서 결정되는 수,x, y, z = number determined by the valence and frequency of the element in A, B, C, in addition to oxygen,
p, q = 양수p, q = positive
r = 0 또는 양의 수, 바람직하게는 양의 수이고, p/(q+r) 비율 = 20:1 내지 1:20일 경우, 바람직하게는 5:1 내지 1:14, 보다 바람직하게는 2:1 내지 1:8이고, r이 양의 수인 경우에 q/r 비율 = 20:1 내지 1:20, 바람직하게는 4:1 내지 1:4, 보다 바람직하게는 2:1 내지 1:2, 가장 바람직하게는 1:1이다.If r = 0 or a positive number, preferably a positive number, and the p / (q + r) ratio = 20: 1 to 1:20, preferably 5: 1 to 1:14, more preferably Q / r ratio = 20: 1 to 1:20, preferably 4: 1 to 1: 4, more preferably 2: 1 to 1: when r is from 2: 1 to 1: 8 and r is a
상기 식 중에서, 대역 A, B, 및 존재할 경우, C는 미세하게 나뉘어진 A, 미세하게 나뉘어진 B, 및 존재한다면 미세하게 나뉘어진 C의 혼합물에서처럼 서로에 대해 상대적으로 분배되어 있고, Wherein the bands A, B, and, if present, C are distributed relative to each other as in a mixture of finely divided A, finely divided B, and, if present, finely divided C,
산소 외에 다원소 산화물 활성 조성물 VII에서 모든 원소의 총 양에서 원소 Mo의 몰분율이 20 mol% 내지 80 mol%이고, 촉매적 활성 다원소 산화물 조성물 VII에서 존재하는 촉매적 활성 다원소 산화물 조성물 VII 내지 V에 존재하는 Mo의 몰 비율 (Mo/V)이 15:1 내지 1:1이고, 상응하는 Mo/Cu 몰 비율이 30:1 내지 1:3이고, 상응하는 Mo/(W 및 Nb의 총 양) 몰 비율이 80:1 내지 1:4의 조건 하에서 모든 변수가 사전에 규정된 범위 내에서 선택된다.Catalytically active multielement oxide compositions VII to V, in which the molar fraction of element Mo is from 20 mol% to 80 mol% in the total amount of all elements in the multielement oxide active composition VII in addition to oxygen, and is present in the catalytically active multielement oxide composition VII The molar ratio (Mo / V) of Mo present at 15: 1 to 1: 1, the corresponding Mo / Cu molar ratio is 30: 1 to 1: 3, and the total amount of corresponding Mo / (W and Nb ) Under the conditions of molar ratio of 80: 1 to 1: 4, all variables are selected within the predefined range.
본 발명과 관련하여, 바람직한 다원소 산화물 활성 조성물 VII은 대역 A가 하기의 화학식 VIII의 화학량론적 패턴 내의 조성을 갖는 조성물이다.In the context of the present invention, a preferred multielement oxide active composition VII is a composition in which zone A has a composition within the stoichiometric pattern of formula VIII.
상기 식 중에서,In the above formula,
X1 = W 및/또는 Nb,X 1 = W and / or Nb,
X2 = Cu 및/또는 Ni,X 2 = Cu and / or Ni,
X5 = Ca 및/또는 Sr, X 5 = Ca and / or Sr,
X6 = Si 및/또는 Al,X 6 = Si and / or Al,
a = 2 내지 6,a = 2 to 6,
b = 1 내지 2,b = 1 to 2,
c = 1 내지 3,c = 1 to 3,
f = 0 내지 0.75,f = 0 to 0.75,
g = 0 내지 10, 및g = 0 to 10, and
x = 산소 외에 화학식 VIII 중의 원소의 원자가 및 빈도수에 의해서 결정되는 수이다.x = number determined by the valence and the frequency of the element in the general formula (VIII) besides oxygen.
다원소 산화물 활성 조성물 VIII과 관련하여 사용된 용어 "상"은 화학 조성이 그들 주변의 화학조성과 다른 3차원 대역을 의미한다. 상은 x선-균질상일 필요는 없다. 일반적으로, 상 A는 상 B 및 존재할 경우 상 C의 입자가 분산되어 있는 연속 상을 형성한다.The term "phase" as used in connection with the multielement oxide active composition VIII means a three-dimensional zone in which the chemical composition differs from the chemical composition around them. The phase need not be an x-ray-homogeneous phase. Generally, phase A forms a continuous phase in which particles of phase B and, if present, are dispersed.
유리하게는, 미세하게 나뉘어진 상 B, 및 존재할 경우 상 C는 가장 큰 직경, 즉, 입자의 중심을 지나며 입자 표면 상의 두 점을 연결하는 가장 긴 선은 300 μm 이하이고, 바람직하게는 0.1 내지 200 μm이고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 50 μm이고, 가장 바람직하게는 1 내지 30 μm인 입자로 이루어진다. 그러나, 가장 긴 직경이 10 내지 80 μm 또는 75 내지 125 μm인 입자도 또한 적당하다.Advantageously, the finely divided phase B, and, if present, phase C, has the largest diameter, ie the longest line connecting the two points on the particle surface past the center of the particle, is preferably 300 μm or less, preferably from 0.1 to 200 μm, more preferably 0.5 to 50 μm, most preferably 1 to 30 μm. However, particles having a longest diameter of 10 to 80 μm or 75 to 125 μm are also suitable.
원칙적으로, 상 A, 상 B, 및 존재할 경우, 상 C는 다원소 산화물 활성 조성물 VII에서 무정형 및/또는 결정형 형태일 수 있다.In principle, phase A, phase B, and, if present, phase C may be in amorphous and / or crystalline form in the multielement oxide active composition VII.
화학식 VII의 다원소 산화물 활성 조성물이 기초로 하고 이어서 이들을 활성 조성물로 전환되게 열적으로 처리되는 친밀한 건조 혼합물은 예를 들어, 국제 특허 공개 제 WO 02/24327호, 독일 특허 제 DE-A 4405514호, 동 제 DE-A 4440891호, 동 제 DE-A 19528646호, 동 제 DE-A 19740493호, 유럽 특허 제 EP-A 756894호, 독일 특허 제 DE-A 19815280호, 동 제 DE-A 19815278호, 유럽 특허 제 EP-A 774297호, 독일 특허 제 DE-A 19815281호, 유럽 특허 제 EP-A 668104호 및 독일 특허 제 DE-A 19736105호에 기술된 바와 같이 얻어질 수 있다.Intimate dry mixtures on which the multi-element oxide active compositions of the formula (VII) are based and subsequently thermally treated to convert them to the active compositions are described, for example, in WO 02/24327, DE-A 4405514, Copper DE-A 4440891, Copper DE-A 19528646, Copper DE-A 19740493, European Patent EP-A 756894, German Patent DE-A 19815280, Copper DE-A 19815278, It can be obtained as described in EP-A 774297, DE-A 19815281, EP-A 668104 and DE-A 19736105.
열처리할 경우 화학식 VII의 다원소 산화물 활성 조성물이 유발되는 친밀한 건조 혼합물을 제조하는 기본 원칙은 미세하게 나뉘어진 형태로, 또는 개별적으로 또는 함께 합하여, 출발 조성물 1로서의 하나 이상의 다원소 산화물 조성물 B (X1 7CuhHiOy), 및 적절할 경우 출발 조성물 2로서의 하나 이상의 다원소 산화물 조성물 C (X1 8SbjHkOz)을 예비성형하고, 이어서 목적하는 비율 (화학식 VII에 상응함)로 출발 조성물 1 및 적절하다면 2를 하기 화학식 A의 화학량론식에 상응하는 조성으로, 다원소 산화물 조성물 A의 원소 성분의 공급원을 포함하는 혼합물과 친밀하게 접촉시키고, 임의로는 생성된 친밀한 혼합물을 건조시키는 것이다.The basic principle for preparing an intimate dry mixture in which the multi-element oxide active composition of formula VII results in thermal treatment is one or more multi-element oxide compositions B (X) as starting
출발 조성물 1 및 적절하다면 2의 성분과, 다금속 산화물 조성물 A (출발 조성물 3)의 원소 성분의 공급원을 포함하는 혼합물은 건조 형태 또는 습윤 형태에 친밀하게 접촉할 수 있다. 후자의 경우, 단지 예비형성된 상 (결정자) B 및 적절하다면 C가 용액되지 않도록 주의해야 한다. 수성 매체에서, 후자는 통상 7에서 많이 벗어나지 않은 pH값과 매우 높지 않은 온도에서 확신하게 된다. 친밀한 접촉 은 습윤 형태에서 수행될 경우, 통상적으로 (예를 들어, 분무 건조에 의해) 최종 건조하여 본 발명에 따라 열적으로 처리되는 친밀한 건조 혼합물을 얻는다. 건조 혼합의 경우, 이러한 건조 물질은 자동적으로 얻어진다. 또한, 미세하게 나뉘어진 형태로 예비형성된 상 B 및 적절하다면 상 C는 독일 특허 제 DE-A 10046928호에서 추천하는 다금속 산화물 조성물 A의 원소 성분의 공급원을 포함하는, 가소적으로 재성형될 수 있는 혼합물로 혼입될 수 있다는 것을 알 것이다. 또한, 출발 조성물 1 및 적절하다면 2의 성분과 다원소 산화물 조성물 A (출발 조성물 3)의 공급원의 성분의 친밀한 접촉은 독일 특허 제 DE-A 19815281호에 기술되어 있는 바와 같이 당연하게 수행될 수 있다.The mixture comprising the components of starting
활성 조성물을 얻는 열 처리 및 성형은 다금속 산화물 활성 조성물 IV 내지 VI에 기술한 바와 같이 수행될 수 있다.Heat treatment and shaping to obtain the active composition can be carried out as described in the multimetal oxide active compositions IV to VI.
매우 일반적으로, 다금속 산화물 활성 조성물 IV 내지 VII 촉매는 독일 특허 제 DE-A 10 325 487호 또는 동 제 DE-A 10 325 488호의 교시에 따라 유리하게 제조될 수 있다.Very generally, multimetal oxide active compositions IV to VII catalysts can be advantageously prepared according to the teachings of DE-A 10 325 487 or DE-A 10 325 488.
프로펜으로부터 아크롤레인으로의 반응 단계의 작업 (및 본 발명에 따라 방법의 적용)은 예를 들어, 유럽 특허 제 EP-A 700 714호로 또는 독일 특허 제 DE-A 4 431 949호 또는 국제 특허 공개 제 WO 03/057653호 또는 동 제 WO 03/055835호 또는 동 제 WO 03/059857호 또는 동 제 WO 03/076373호에 기술되어 있는 바와 같이, 고정 층 촉매로 충전된 관 다발 반응기에서 당해 고정 촉매 층에 적합한 것으로 기술된 촉매를 사용하여, 가장 단순한 방식으로, 적용의 관점으로부터 적절하 게, 수행될 수 있다.The operation of the reaction step from propene to acrolein (and application of the method according to the invention) is, for example, to EP-A 700 714 or DE-A 4 431 949 or to International Patent Publications. The fixed catalyst bed in a tube bundle reactor packed with a fixed bed catalyst, as described in WO 03/057653 or WO 03/055835 or WO 03/059857 or WO 03/076373. Using a catalyst described as suitable for the reaction can be carried out in the simplest manner, as appropriate from the point of view of application.
바꾸어 말하면, 가장 단순한 방식으로, 고정 촉매 층은 관 다발 반응기의 균일하게 충전된 금속 관에 배치되고, 가열 매체 (1 구역 방법), 일반적으로 염 용융물이 금속 관 주변에 전도된다. 염 용융물 (가열 매체) 및 반응 기체 혼합물은 단순한 순방향 또는 역방향으로 전도될 수 있다. 그러나, 가열 매체 (염 용융물)는 또한 반응기 상에서 보여지는 굽이치는 방식으로 관 다발 주변에 전도될 수 있고, 전체 반응기 상에서 단지 보여지는 반응 기체 혼합물의 흐름 방향에 대해 순방향 또는 역방향으로 존재한다. 가열 매체 (열 교환 매체)의 부피 흐름 속도는 전형적으로 반응기 내로의 입구 지점에서 반응기로부터의 출구 지점까지의 열교환 매체의 온도 상승 (반응의 발열성으로 인함)은 0 내지 10℃, 자주 2 내지 8℃, 종종 3 내지 6℃이도록 하는 정도이다. 열 교환 매체의 관 다발 반응기 내로의 입구 온도는 일반적으로 250 내지 450℃, 자주 300 내지 400℃, 또는 300 내지 380℃이다. 이어서, 연관된 반응 온도는 또한 이들 온도 범위 내에서 움직인다. 적당한 열교환 매체는 특히 유체 가열 매체이다. 특히, 질산칼륨, 아질산칼륨, 아질산나트륨 및/또는 질산나트륨과 같은 염의 용융물, 또는 나트륨, 수은 및 또한 다른 금속의 합금과 같은 저융점 금속의 용융물을 사용하는 것이 적절하다. 이온성 액체도 사용될 수 있다.In other words, in the simplest manner, the fixed catalyst layer is placed in a uniformly filled metal tube of a tube bundle reactor, and a heating medium (one zone method), generally a salt melt, is conducted around the metal tube. The salt melt (heating medium) and the reaction gas mixture can be conducted in a simple forward or reverse direction. However, the heating medium (salt melt) can also be conducted around the tube bundle in a meandering manner seen on the reactor and is present in the forward or reverse direction with respect to the flow direction of the reaction gas mixture which is only visible on the entire reactor. The volume flow rate of the heating medium (heat exchange medium) is typically 0 to 10 ° C., often 2 to 8, due to the temperature rise of the heat exchange medium (due to the exothermicity of the reaction) from the inlet point into the reactor to the outlet point from the reactor. ℃, often 3 to 6 ℃ degree. The inlet temperature of the heat exchange medium into the tube bundle reactor is generally 250-450 ° C., often 300-400 ° C., or 300-380 ° C. The associated reaction temperature then also moves within these temperature ranges. Suitable heat exchange media are especially fluid heating media. In particular, it is suitable to use melts of salts such as potassium nitrate, potassium nitrite, sodium nitrite and / or sodium nitrate, or melts of low melting metals such as alloys of sodium, mercury and also other metals. Ionic liquids can also be used.
적절하게, 출발 반응 기체 혼합물은 목적하는 반응 온도로 예열된 고정 층 촉매의 충전물로 공급된다.Suitably, the starting reaction gas mixture is fed to the charge of the fixed bed catalyst preheated to the desired reaction temperature.
특히, 고정 촉매 층 상의 프로펜의 목적하는 높은 시간 공간 속도 (예를 들 어, 130 l (STP)/l·h 이상, 또는 140 l (STP)/l·h 이상, 또는 150 l (STP)/l·h 이상, 또는 160 l (STP)/l·h 이상이지만, 일반적으로 600 l (STP)/l·h 이하, 자주 350 l (STP)/l·h 이하임)의 경우, 프로펜의 부분 산화 공정은 2 구역 또는 다구역 관 다발 반응기 (또한, 마찬가지로 1 구역 관 다발 반응기에서도 수행 가능함)에서 적절하게 수행될 수 있다. 본 발명에 따라 상기 목적을 위해 사용될 수 있는 2-구역 관 다발 반응기의 바람직한 변형은 독일 특허 제 DE-C 2830765호에 개시되어 있다. 그러나, 독일 특허 제 DE-C 2513405호, 미국 특허 제 US-A 3147084호, 독일 특허 제 DE-A 2201528호, 유럽 특허 제 EP-A 383224호 및 독일 특허 제 DE-A 2903582호에 개시되어 있는 2-구역 관 다발 반응기도 또한 적합하다. 또다른 공정은 유럽 특허 제 EP-A 1106598호에 기술되어 있다.In particular, the desired high time space velocity of the propene on the fixed catalyst bed (eg, at least 130 l (STP) / l · h, or at least 140 l (STP) / l · h, or 150 l (STP) / l · h or more, or 160 l (STP) / l · h or more, but typically 600 l (STP) / l · h or less, frequently 350 l (STP) / l · h or less) The partial oxidation process of can be suitably carried out in a two-zone or multi-zone tube bundle reactor (also likewise possible in a one-zone tube bundle reactor). A preferred variant of a two-zone tube bundle reactor that can be used for this purpose according to the invention is disclosed in DE-C 2830765. However, it is disclosed in German Patent DE-C 2513405, US Patent US-A 3147084, German Patent DE-A 2201528, European Patent EP-A 383224 and German Patent DE-A 2903582. Two-zone tube bundle reactors are also suitable. Another process is described in EP-A 1106598.
바꾸어 말하면, 단순한 방식으로, 본 발명에 따라 사용되는 하나 이상의 고정 촉매 층이 이어서 관 다발 반응기의 균일하게 충전된 금속 관에 배치되고, 2개의 실질적으로 공간상 분리된 가열 매체, 일반적으로 염 용융물은 금속 관 주변에 전도된다. 특별한 염욕이 펼쳐져 있는 관 영역은 반응 영역을 나타낸다.In other words, in a simple manner, at least one fixed catalyst layer used in accordance with the invention is then placed in a uniformly filled metal tube of a tube bundle reactor, and the two substantially spatially separated heating media, generally salt melts, Conductive around the metal tube. The tubular region, in which the special dye bath is spread, represents the reaction zone.
예를 들면, 염욕 A는 바람직하게는 프로펜의 산화 전환 (단일 통과)이 40 내지 80 mol%의 전환값이 달성될 때까지 진행되는 관 영역 (반응 구역 A) 주변을 흐르고, 염욕 B는 바람직하게는 프로펜의 차후 산화 전환 (단일 통과)이 일반적으로 93 mol% 이상의 전환값이 달성될 때까지 진행되는 관 영역 (반응 구역 B) 주변을 흐른다 (필요하다면, 반응 구역 A, B는 개별 온도로 유지되는 추가 반응 구역에 따를 수 있음).For example, salt bath A preferably flows around the tubular region (reaction zone A) where the oxidation conversion (single pass) of propene proceeds until a conversion value of 40 to 80 mol% is achieved, and salt bath B is preferably Preferably, the subsequent oxidation conversion (single pass) of propene flows around the tubular zone (reaction zone B) which generally proceeds until a conversion value of at least 93 mol% is achieved (reaction zones A, B, if necessary, at individual temperatures). May be followed by an additional reaction zone maintained).
특별한 온도 구역 내에서, 염욕은 원칙적으로 1 구역 방법에서처럼 전도될수 있다. 염욕 B의 입구 온도는 통상적으로 염욕 A의 온도보다 적어도 5 내지 10℃ 높다. 달리, 입구 온도는 1 구역 방법에 대해 추천된 입구 온도의 온도 범위 내일 수 있다.Within a particular temperature zone, the salt bath can in principle be conducted as in the one zone method. The inlet temperature of salt bath B is typically at least 5-10 ° C. above the temperature of salt bath A. Alternatively, the inlet temperature may be within the temperature range of the inlet temperature recommended for the one zone method.
반면에, 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화에 대한 2-구역 고하중 방법은 예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 10 30 8836호, 유럽 특허 제 EP-A 11 06 598호에 기술된 바와 같이, 또는 국제 특허 공개 제 WO 01/36364호 또는 독일 특허 제 DE-A 19 92 7624호에 기술된 바와 같이, 또는 동 제 DE-A 19 94 8523호, 동 제 DE-A 10 31 3210호, 동 제 DE-A 10 31 3213호 또는 동 제 DE-A 19 94 8248호에 기술되어 있는 바와 같이 수행될 수 있다.On the other hand, the two-zone high load method for propene partial oxidation to acrolein is described, for example, in DE-A 10 30 8836, EP-
일반적으로, 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화에서 본 발명에 따른 공정은 고정 촉매 층 상에서의 프로펜의 시간 공간 속도 70 l (STP)/l·h 이하, 또는 70 l (STP)/l·h 이상, 90 l (STP)/l·h 이상, 110 l (STP)/l·h 이상, 130 l (STP)/l·h 이상, 140 l (STP)/l·h 이상, 160 l (STP)/l·h 이상, 180 l (STP)/l·h 이상, 240 l (STP)/l·h 이상, 300 l (STP)/l·h 이상, 그러나 통상적으로 600 l (STP)/l·h 이하에 대해 적합하다. 여기서, 시간 공간 속도는 비활성 물질 (구체적으로 언급되지 않은 한, 일반적으로 본 명세서의 경우처럼)로 배타적으로 구성되어 사용되는 임의의 영역을 제외한 고정 촉매 층의 부피에 기초한다.In general, the process according to the invention in the partial oxidation of propene to acrolein is not more than 70 l (STP) / l · h, or at least 70 l (STP) / l · h of propene on a fixed catalyst bed. , 90 l (STP) / l · h or more, 110 l (STP) / l · h or more, 130 l (STP) / l · h or more, 140 l (STP) / l · h or more, 160 l (STP) / l · h or more, 180 l (STP) / l · h or more, 240 l (STP) / l · h or more, 300 l (STP) / l · h or more, but typically 600 l (STP) / l Suitable for h or less. Here, the temporal space velocity is based on the volume of the fixed catalyst bed, excluding any region that is exclusively constructed and used exclusively with inert materials (unless specifically stated, as is the case here).
본 발명의 프로펜의 아크롤레인으로의 부분 산화를 위한 고정 촉매 층을 제조하기 위해서, 본 발명에 따른 공정에서, 다금속 산화물 활성 조성물을 갖는 적절 한 성형된 촉매 몸체, 또는 다금속 산화물 활성 조성물을 갖는 성형된 촉매 몸체 및 (불활성 물질로 구성되어 있고) 프로펜의 아크롤레인으로의 불균질 촉매화 부분 기체상 산화에 관해서 실질적으로 비활성으로 거동하는 다금속 산화물 활성 조성물을 갖지 않는 성형된 몸체 (성형된 희석 몸체)의 실질적으로 균일한 혼합물만을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 비활성 성형된 몸체에 대한 유용한 물질은 원칙적으로 "프로펜의 아크롤레인으로의" 코팅된 촉매에 대한 지지 물질로서도 또한 적합한 모든 물질이다. 이러한 유용한 물질은 예를 들어, 다공성 또는 비다공성 알루미늄 산화물, 이산화규소, 이산화토륨, 이산화지르코늄, 규소 카바이드, 마그네슘 또는 알루미늄 실리케이트와 같은 실리케이트 또는 이미 언급한 동석 (예를 들어, 세람텍사으로부터의 스테아타이트 C-220)이다.In order to produce a fixed catalyst layer for the partial oxidation of the propene of the invention to acrolein, in the process according to the invention, a suitable shaped catalyst body with a multimetal oxide active composition, or with a multimetal oxide active composition Molded body without molded metal body (consisting of inert material) and a multimetal oxide active composition that is substantially inert with respect to heterogeneous catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein (molded dilution) It is possible to use only a substantially uniform mixture of the body). Useful materials for such inert shaped bodies are in principle all materials which are also suitable as support materials for the "catalyzed propene to acrolein" coated catalyst. Such useful materials are, for example, silicates such as porous or nonporous aluminum oxides, silicon dioxide, thorium dioxide, zirconium dioxide, silicon carbide, magnesium or aluminum silicates or the already mentioned copperite (e.g., steatite from Ceramtech). C-220).
이러한 비활성 성형된 희석 몸체의 형상은 원칙적으로 목적하는 것일 수 있다. 바꾸어 말하면, 예를 들어, 구, 다각형, 고체 원통형 또는 고리일 수 있다. 본 발명에 따라, 선택된 비활성 성형 희석 몸체는 바람직하게는 이들에 의해 희석될 제1 단계 성형된 촉매 몸체에 상응하는 형상의 것이다.The shape of this inert shaped dilution body may in principle be the desired one. In other words, they can be, for example, spheres, polygons, solid cylinders or rings. According to the invention, the selected inertly shaped dilution body is preferably of a shape corresponding to the first stage shaped catalyst body to be diluted by them.
일반적으로, 기술된 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화를 위해 사용되는 활성 조성물의 화학 조성이 고정 촉매 층 상에서 변하지 않을 경우가 바람직하다. 바꾸어 말하면, 개별 성형된 촉매 몸체에 대해 사용된 활성 조성물은 예를 들어, 원소 Mo 및/또는 W, 및 또한 하나 이상의 Bi, Fe, Sb, Sn 및 Cu 원소를 포함하는 다른 다금속 산화물의 혼합물일 수 있지만, 동일한 혼합물은 고정 촉매 층의 모든 성형된 촉매 몸체에 대해 유리하게 사용된다.In general, it is preferred if the chemical composition of the active composition used for the partial oxidation of propene to the acrolein described does not change on the fixed catalyst bed. In other words, the active composition used for the individually molded catalyst body may be, for example, a mixture of elements Mo and / or W, and also other multimetal oxides comprising one or more Bi, Fe, Sb, Sn and Cu elements. Although the same mixture can be used advantageously for all shaped catalyst bodies of the fixed catalyst bed.
아크롤레인으로의 프로펜의 부분 산화에서, 부피-특정 (즉, 부피의 단위로 정규화된) 활성은 바람직하게는 출발 반응 기체 혼합물의 흐름 방향에서 고정 촉매 층 내에서 연속적으로, 갑작스럽게 또는 단계적으로 통상적으로 증가한다.In the partial oxidation of propene to acrolein, the volume-specific (ie normalized in units of volume) activity is typically continuous, abrupt or stepwise in the fixed catalyst bed in the flow direction of the starting reaction gas mixture. To increase.
부피-특정 활성은 예를 들어, 성형된 희석 몸체로 균일한 방식으로 제조된 성형된 촉매 몸체의 기본 양을 균일하게 희석함으로써 단순한 방식으로 줄어들 수 있다. 선택된 성형된 희석 몸체의 분율이 점점 높아질수록, 고정층의 특정 부피의 활성 조성물 또는 촉매 활성은 점점 낮아진다.Volume-specific activity can be reduced in a simple manner, for example by uniformly diluting the base amount of the shaped catalyst body made in a uniform manner with the molded dilution body. The higher the fraction of the selected shaped dilution body, the lower the specific composition of the active volume or catalytic activity of the fixed bed.
따라서, 고정 촉매 층 상의 반응 기체 혼합물의 흐름 방향에서 적어도 한번은 증가하는 부피-특정 활성은 단순한 방식으로, 예를 들어 성형된 촉매 몸체의 일 유형에 기초하여 불활성 성형된 희석 몸체의 높은 분율로 층을 시작하고 이어 연속적 또는 적어도 한번 또는 한번 초과, 갑자기 (예를 들어, 단계적으로) 흐름 방향에서 성형된 희석 몸체의 상기 분율이 감소됨으로써 얻어질 수 있다. 그러나, 부피-특정 활성의 증가는 예를 들어, 성형된 코팅 촉매 몸체의 일정한 형상 및 활성 조성물 유형에서, 지지체에 적용된 활성 조성물 층의 두께를 증가시키거나, 또는 동일한 형상을 가지나 활성 조성물의 중량 비율이 다른 코팅 촉매 혼합물에서, 활성 조성물의 중량 비율이 높은 성형된 촉매 몸체의 분율을 증가시킴으로써 또한 가능하다. 별법으로, 활성 조성물 그 자체는 활성 조성물 제조 과정에서, 예를 들어 비활성 희석 물질, 예를 들어 단단하게 소성된 이산화규소를 소성될 출발 화합물의 건조한 혼합물로 혼입시킴으로써 또한 희석될 수 있다. 희석 물질의 다양한 첨가 양은 자동적으로 다양한 활성을 유발한다. 희석 물질이 점점 추가될수록, 생성 활 성은 점점 낮아진다. 유사한 효과가 예를 들어, 지지되지 않은 촉매 및 코팅 촉매 (동일한 활성 조성물을 가짐)의 혼합물의 혼합 비율을 적절하게 변화시킴으로써 또한 달성될 수 있다. 기술된 변수는 또한 조합해서 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.Thus, the volume-specific activity of increasing at least once in the flow direction of the reactant gas mixture on the fixed catalyst bed allows the bed to be formed in a simple manner, e. Starting and then successively or at least once or more than once, suddenly (eg stepwise), the fraction of the formed dilution body in the flow direction can be obtained by decreasing. However, an increase in volume-specific activity may, for example, increase the thickness of the active composition layer applied to the support, or, in certain shapes of the shaped coating catalyst body and active composition type, or have the same shape but the weight ratio of the active composition In this other coating catalyst mixture, it is also possible by increasing the fraction of the shaped catalyst body in which the weight ratio of the active composition is high. Alternatively, the active composition itself may also be diluted during the preparation of the active composition, for example by incorporating an inert diluent material, such as hard calcined silicon dioxide, into a dry mixture of starting compounds to be calcined. Various amounts of added dilution material automatically trigger various activities. As more and more diluent is added, the product activity becomes lower and lower. Similar effects can also be achieved, for example, by suitably changing the mixing ratio of the mixture of unsupported catalyst and coating catalyst (with the same active composition). It will be appreciated that the described variables can also be used in combination.
당연하게, 화학적으로 다른 활성 조성물을 갖는 촉매 혼합물 및 상기 다양한 조성물의 결과로서 다양한 활성은 또한 본 발명의 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화의 고정 촉매 층에 사용될 수 있다. 이어, 이들 혼합물은 비활성 희석 몸체로 희석될 수 있다.Naturally, catalyst mixtures having chemically different active compositions and various activities as a result of the various compositions can also be used in the fixed catalyst layer of propene partial oxidation to acrolein of the present invention. These mixtures can then be diluted with an inert dilution body.
활성 조성물을 갖는, 본 발명의 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화의 고정 촉매 층의 영역의 상류 및/또는 하류에 비활성 물질 (예를 들어, 단지 성형된 희석 몸체)로만 배타적으로 구성된 층이 배치될 수 있다. 마찬가지로, 이들은 고정 촉매 층의 온도로 될 수 있다. 비활성 층에 사용된 성형된 희석 몸체는 활성 조성물을 갖는 고정 촉매 층의 영역에 사용된 성형된 촉매 몸체와 동일한 형상을 가질 수 있다. 또한, 비활성 층에 사용된 성형된 희석 몸체의 형상은 상기 언급된 성형된 촉매 몸체의 형상과 다를 수 있다 (예를 들어, 환형 대신에 구형).With the active composition, a layer exclusively composed of an inert material (eg, only a molded dilution body) can be arranged upstream and / or downstream of the region of the fixed catalyst layer of propene partial oxidation to acrolein of the invention. have. Likewise, they can be at the temperature of the fixed catalyst bed. The shaped dilution body used in the inert layer may have the same shape as the shaped catalyst body used in the region of the fixed catalyst layer with the active composition. In addition, the shape of the molded dilution body used in the inert layer may differ from the shape of the molded catalyst body mentioned above (eg, spherical instead of annular).
빈번하게, 이러한 비활성 층에 사용된 성형된 몸체는 환형 형상 7 mm×7 mm×4 mm (외경×길이×내경) 또는 지름 d이 4-5 mm인 구형 형상을 갖는다.Frequently, the molded body used for this inactive layer has a spherical shape with an annular shape of 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) or a diameter d of 4-5 mm.
많은 경우에, 활성 조성물을 갖는 고정 촉매 층의 영역은 본 발명에 따른 공정에서 반응 기체 혼합물의 흐름 방향에서 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화에 대해 하기와 같이 구축된다.In many cases, the area of the fixed catalyst layer with the active composition is constructed as follows for the partial oxidation of propene to acrolein in the flow direction of the reaction gas mixture in the process according to the invention.
첫번째로, 길이의 10 내지 60%, 바람직하게는 10 내지 50%, 보다 바람직하게는 20 내지 40%, 가장 바람직하게는 25 내지 35%까지 (즉, 예를 들어, 길이의 0.70 내지 1.50 m, 바람직하게는 0.90 내지 1.20 m까지), 고정 층 촉매 충전물 영역의 전체 길이 각각은 활성 조성물, 성형된 촉매 몸체 및 성형된 희석 몸체 (양자 모두는 바람직하게는 실질적으로 동일한 형상을 가짐)의 일 균일한 혼합물 또는 두개의 연속적인 균일한 혼합물 (희석이 감소됨)을 갖고, 여기서 성형된 희석 몸체의 중량 비율 (성형된 촉매 몸체의 물질 밀도와 성형된 희석 몸체의 물질 밀도는 일반적으로 단지 약간 다름)은 통상적으로 5 내지 40 중량%, 바람직하게는 10 내지 40 중량% 또는 20 내지 40 중량%, 보다 바람직하게는 25 내지 35 중량%이다. 이어서, 제1 구역의 하류에 자주 활성 조성물을 갖는 고정 촉매 층의 영역의 길이의 말단까지 (즉, 예를 들어 길이의 2.00 내지 3.00 m, 바람직하게는 2.50 내지 3.00 m까지), (제1 구역에서 보다) 적은 양으로 희석된 성형된 촉매 몸체의 층, 또는 가장 바람직하게는 제1 구역에서 또한 사용된 동일한 성형된 촉매 몸체의 단독 층이 유리하게 배치된다.Firstly, 10 to 60% of the length, preferably 10 to 50%, more preferably 20 to 40%, most preferably 25 to 35% (ie, 0.70 to 1.50 m of length, Preferably from 0.90 to 1.20 m), each of the total lengths of the fixed bed catalyst charge zones is one uniform of the active composition, the shaped catalyst body and the molded dilution body, both preferably having substantially the same shape. Mixture or two consecutive homogeneous mixtures (dilution is reduced), where the weight ratio of the molded dilution body (the material density of the molded catalyst body and the material density of the molded dilution body is generally only slightly different) is typical 5 to 40% by weight, preferably 10 to 40% by weight or 20 to 40% by weight, more preferably 25 to 35% by weight. Subsequently, up to the end of the length of the region of the fixed catalyst layer having the active composition frequently downstream of the first zone (ie, up to 2.00-3.00 m, preferably 2.50-3.00 m in length), (first zone A layer of the shaped catalyst body diluted to a lesser amount, or most preferably a single layer of the same shaped catalyst body also used in the first zone, is advantageously arranged.
상기 언급된 것은 특히, 고정 촉매 층에 사용된 성형된 촉매 몸체가 지지되지 않은 촉매 고리 또는 코팅 촉매 고리 (특히 본 명세서에서 바람직한 것으로 열거된 것들)일 경우 해당된다. 상기 언급된 구축의 목적으로, 본 발명에 따른 공정에서 성형된 촉매 몸체 또는 이들의 지지체 고리, 및 성형된 희석 몸체 모두는 유리하게도 고리형 형상 5 mm×3 mm×2 mm (외경×길이×내경)을 실질적으로 갖는다.The abovementioned is especially true when the shaped catalyst body used in the fixed catalyst bed is an unsupported catalyst ring or a coated catalyst ring (especially those listed as preferred herein). For the purposes of the above-mentioned constructions, both the catalyst body or its support ring, and the molded dilution body, molded in the process according to the invention advantageously have an annular shape of 5 mm × 3 mm × 2 mm (outer diameter × length × inner diameter). Substantially.
또한, 상기 언급된 것은 비활성 성형된 희석 몸체 대신에, 활성 조성물의 함 량이 고정 촉매 층의 말단에서 성형된 코팅 촉매 몸체의 활성 조성물 함량보다 2 내지 15 중량% 낮은 성형된 코팅 촉매 몸체가 사용될 경우에 해당된다.Also mentioned above is when a molded coating catalyst body is used, in place of the inert molded dilution body, where the content of the active composition is 2-15% by weight lower than the active composition content of the formed coating catalyst body at the end of the fixed catalyst layer. Yes.
일반적으로, 고정 촉매 층의 전체 길이를 기준으로 길이가 적절하게 1 또는 5 내지 20%인 순수한 비활성 물질 층은 반응 기체 혼합물의 흐름 방향으로 고정 촉매 층을 시작한다. 통상적으로 반응 기체 혼합물에 대한 가열 구역으로서 사용된다.In general, a pure inert material layer, suitably 1 or 5 to 20% in length, based on the total length of the fixed catalyst bed, starts the fixed catalyst bed in the flow direction of the reaction gas mixture. Typically used as a heating zone for the reaction gas mixture.
통상적으로, 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화의 단계를 위한 관 다발 반응기에서 촉매 관은 페라이트 (ferritic) 강철로 제작되고, 통상적으로 1 내지 3 mm의 벽 두께를 가진다. 이들의 내경은 일반적으로 (균일하게) 20 내지 30 mm, 종종 21 내지 26 mm이다. 적용의 관점으로부터 적절하게, 관 다발 용기에 설비된 촉매 관 수는 5000 이상이고, 바람직하게는 10000 이상이다. 자주, 반응 용기에 설비된 촉매 관 수는 15000 내지 30000이다. 촉매 관 수가 40000을 초과하는 관 다발 반응기는 통상적으로 이러한 반응 단계에서 예외적이다. 용기 내에, 촉매 관은 통상적으로 균일한 분포로 배치되고, 분포는 바로 인접한 촉매 관의 중심 내부 축의 간격 (촉매 관 피치 (pitch)로 공지되어 있음)이 35 내지 45 mm이도록 적절하게 선택된다 (예를 들어, 유럽 특허 제 EP-B 468290호 참조).Typically, the catalyst tubes in the tube bundle reactor for the step of propene partial oxidation to acrolein are made of ferritic steel and typically have a wall thickness of 1 to 3 mm. Their inner diameter is generally (uniformly) 20 to 30 mm, often 21 to 26 mm. Appropriately from the viewpoint of application, the number of catalyst tubes installed in the tube bundle container is 5000 or more, preferably 10000 or more. Frequently, the number of catalyst tubes installed in the reaction vessel is 15000 to 30000. Tube bundle reactors with a catalyst tube number exceeding 40000 are typically exceptional in this reaction step. Within the vessel, the catalyst tubes are usually arranged in a uniform distribution, and the distribution is suitably selected such that the spacing (known as catalyst tube pitch) of the central internal axis of the immediately adjacent catalyst tube is 35 to 45 mm (eg See, for example, European Patent EP-B 468290).
아크롤레인으로부터 아세트산으로의 반응 단계 작업 (및 본 발명에 따른 공정의 적용)은 예를 들어, 유럽 특허 제 EP-A 700 893호 또는 독일 특허 제 DE-A 4 431 949호 또는 국제 특허 공개 제 WO 03/057653호, 동 제 WO 03/055835호, 또는 동 제 WO 03/059857호, 또는 동 제 WO 03/076373호에 기술되어 있는 바와 같이, 가 장 단순한 방식으로 적용의 관점으로부터 적절하게, 고정 층 촉매로 충전된 관 다발 반응기에서 상기 반응의 고정 촉매 층에 적합한 것으로 기재된 촉매를 사용하여 수행될 수 있다.The reaction step operation from acrolein to acetic acid (and application of the process according to the invention) is for example described in EP-A 700 893 or DE-A 4 431 949 or in International Patent Publication WO 03. As described in / 057653, WO 03/055835, or WO 03/059857, or WO 03/076373, an anchoring layer is suitably in view of application in the simplest manner. It can be carried out using a catalyst described as suitable for the fixed catalyst bed of the reaction in a tube bundle reactor filled with a catalyst.
바꾸어 말하면, 가장 단순한 방식으로, 사용될 고정 촉매 층은 관 다발 반응기의 균일하게 충전된 금속 관에 배치되고, 가열 매체 (1 구역 방법), 일반적으로 염 용융물은 금속 관 주위에 전도된다. 염 용융물 (가열 매체) 및 반응 기체 혼합물은 간단한 순방향 또는 역방향으로 전도될 수 있다. 그러나, 가열 매체 (염 용융물)은 반응기 관점에서 굽이치는 방식으로 관 다발 주변에 전도될 수 있고, 전체 반응기 상에서 단지 관점은 존재하는 반응 기체 혼합물의 흐름 방향에 대해 순방향 또는 역방향으로 존재한다. 가열 매체 (열 교환 매체)의 부피 흐름 속도는 전형적으로 반응기 내로의 입구 지점에서 반응기로부터의 출구 지점까지의 열교환 매체의 온도 상승 (반응의 발열성 때문임)은 0 내지 10℃, 자주 2 내지 8℃, 종종 3 내지 6℃이도록 하는 정도이다. 관 다발 반응기 내의 열 교환 매체의 입구 온도 (본원에서, 이는 고정 촉매 층의 온도에 해당함)는 일반적으로 220 내지 350℃이고, 자주 245 내지 285℃, 또는 245 내지 265℃이다. 적당한 열 교환 매체는 특히 유체 가열 매체이다. 특히, 질산칼륨, 아질산칼륨, 아질산나트륨 및/또는 질산나트륨과 같은 염의 용융물, 또는 예를 들어 나트륨, 수은 및 또한 다양한 금속 합금과 같은 저융점 금속의 용융물을 사용하는 것이 적절하다. 또한, 이온성 액체를 사용할 수 있다.In other words, in the simplest manner, the fixed catalyst layer to be used is placed in a uniformly filled metal tube of the tube bundle reactor and the heating medium (one zone method), generally the salt melt, is conducted around the metal tube. The salt melt (heating medium) and the reaction gas mixture can be conducted in a simple forward or reverse direction. However, the heating medium (salt melt) can be conducted around the tube bundle in a way that is bent from the reactor point of view, only on the entire reactor being present in the forward or reverse direction with respect to the flow direction of the reaction gas mixture present. The volume flow rate of the heating medium (heat exchange medium) is typically 0 to 10 ° C., often 2 to 8, due to the temperature rise of the heat exchange medium from the inlet point into the reactor to the outlet point from the reactor (due to the exothermic nature of the reaction). ℃, often 3 to 6 ℃ degree. The inlet temperature of the heat exchange medium in the tube bundle reactor (which here corresponds to the temperature of the fixed catalyst bed) is generally 220 to 350 ° C., often 245 to 285 ° C., or 245 to 265 ° C. Suitable heat exchange media are especially fluid heating media. In particular, it is suitable to use melts of salts such as potassium nitrate, potassium nitrite, sodium nitrite and / or sodium nitrate or melts of low melting metals such as, for example, sodium, mercury and also various metal alloys. Ionic liquids can also be used.
적절하게, 출발 반응 기체 혼합물을 목적하는 반응 온도로 예열된 고정 층 촉매의 충전물로 공급한다.Suitably, the starting reaction gas mixture is fed to the charge of the fixed bed catalyst preheated to the desired reaction temperature.
특히, 고정 촉매 층 상의 아크롤레인의 목적하는 높은 시간 공간 속도 (예를 들어, 130 l (STP)/l·h 이상, 또는 140 l (STP)/l·h 이상이지만, 일반적으로 350 l (STP)/l·h 이하, 또는 600 l (STP)/l·h 이하임)의 경우에, 아크릴산으로의 아크롤레인 부분 산화에 대한 본 발명에 따른 공정은 2 구역 또는 다구역 관 다발 반응기에서 적절하게 수행된다 (또한, 마찬가지로 1 구역 관 다발 반응기에서 수행하는 것도 가능함). 본 발명에 따른 상기 목적을 위해서 사용될 수 있는 2 구역 관 다발 반응기의 바람직한 변형은 독일 특허 제 DE-C 2830765호에 개시되어 있다. 그러나, 독일 특허 제 DE-C 2513405호, 미국 특허 제 US-A 3147084호, 독일 특허 제 DE-A 2201528호, 유럽 특허 제 EP-A 383224호 및 독일 특허 제 DE-A 2903582호에 개시되어 있는 2 구역 관 다발 반응기도 적합하다.In particular, the desired high temporal space velocity of the acrolein on the fixed catalyst bed (eg, at least 130 l (STP) / l · h, or at least 140 l (STP) / l · h, but generally is 350 l (STP) in the case of up to / l · h, or up to 600 l (STP) / l · h), the process according to the invention for the partial oxidation of acrolein to acrylic acid is suitably carried out in a two-zone or multi-zone tube bundle reactor. (It is also possible to likewise carry out in a one-zone tube bundle reactor). A preferred variant of a two zone tube bundle reactor which can be used for this purpose according to the invention is disclosed in DE-C 2830765. However, it is disclosed in German Patent DE-C 2513405, US Patent US-A 3147084, German Patent DE-A 2201528, European Patent EP-A 383224 and German Patent DE-A 2903582. Two-zone tube bundle reactors are also suitable.
바꾸어 말하면, 가장 간단한 방식으로, 본 발명에 따라 사용되는 하나 이상의 고정 촉매 층은 관 다발 반응기의 균일하게 충전된 금속 관에 배치되고, 두개의 실질적으로 공간상 분리된 가열 매체, 일반적으로 염 용융물은 금속 관 주위에 전도된다. 특별한 염욕이 펼쳐져 있는 관 영역은 온도 또는 반응 구역을 나타낸다.In other words, in the simplest manner, at least one fixed catalyst layer used in accordance with the invention is disposed in a uniformly filled metal tube of a tube bundle reactor, and the two substantially spatially separated heating media, generally salt melt Conductive around the metal tube. The tube region in which the particular salt bath is spread represents the temperature or reaction zone.
예를 들면, 염욕 C는 55 내지 85 mol%의 전환 값이 달성할 때까지 아크롤레인의 산화 전환 (단일 통과)이 진행되는 관 영역 (반응 구역 C) 주위에 흐르고, 염욕 D는 일반적으로 90 mol% 이상의 전환 값을 달성할 때까지 이어진 아크롤레인의 차후 산화 전환 (단일 통과)이 진행되는 관 영역 (반응 구역 D) 주위에 흐른다 (필요하다면, 반응 구역 C, D는 개별 온도에서 유지되는 추가의 반응 구역이 이어질 수 있음). For example, salt bath C flows around the tubular region (reaction zone C) where the oxidation conversion (single pass) of acrolein proceeds until a conversion value of 55 to 85 mol% is achieved, and salt bath D is generally 90 mol% The subsequent zone of oxidation (single pass) of the subsequent acrolein flows around the tube zone (reaction zone D), where necessary, until further conversion values are achieved (if necessary, reaction zones C, D are additional reaction zones maintained at separate temperatures). This can lead to).
특별한 온도 구역 내에, 염욕은 원칙적으로 1 구역 방법에서처럼 전도될 수 있다. 염욕 D의 입구 온도는 통상적으로 염욕 C의 온도보다 적어도 5℃ 내지 10℃ 높다. 달리, 입구 온도는 1 구역 방법에 대해 추천된 입구 온도에 대한 온도 범위 내 일 수 있다.Within a particular temperature zone, the salt bath can in principle be conducted as in the one zone method. The inlet temperature of salt bath D is typically at least 5 ° C. to 10 ° C. above the temperature of salt bath C. Alternatively, the inlet temperature may be within a temperature range for the inlet temperature recommended for the one zone method.
반면에, 아크릴산으로의 아크롤레인 부분 산화의 2-구역 고하중 방법은 예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 19 94 8523호, 유럽 특허 제 EP-A 11 06 598호, 또는 독일 특허 제 DE-A 19 94 8248호에 기술된 바와 같이 수행될 수 있다.On the other hand, a two-zone high load method of acrolein partial oxidation to acrylic acid is described, for example, in German Patent DE-A 19 94 8523, European Patent EP-
따라서, 본 발명에 따른 공정은 고정 촉매 층 상의 아크롤레인의 시간 공간 속도 70 l (STP)/l·h 이하, 또는 70 l (STP)/l·h 이상, 90 l (STP)/l·h 이상, 110 l (STP)/l·h 이상, 130 l (STP)/l·h 이상, 180 l (STP)/l·h 이상, 240 l (STP)/l·h 이상, 300 l (STP)/l·h 이상, 그러나 통상적으로 600 l (STP)/l·h 이하에 대해 적합하다. 시간 공간 속도는 비활성 물질로 배타적으로 이루어진, 사용된 임의의 영역을 제외하는 고정 촉매 층의 부피에 기초한다.Thus, the process according to the invention is not more than 70 l (STP) / l · h, or at least 70 l (STP) / l · h, at least 90 l (STP) / l · h of the acrolein on the fixed catalyst bed , 110 l (STP) / l · h or more, 130 l (STP) / l · h or more, 180 l (STP) / l · h or more, 240 l (STP) / l · h or more, 300 l (STP) / l · h or more, but typically 600 l (STP) / l · h or less. The temporal space velocity is based on the volume of the fixed catalyst bed, excluding any area used, exclusively made of inert material.
하나 이상의 고정 촉매 층을 제조하기 위해서, 본 발명의 아크릴산으로의 아크롤레인의 부분 산화에 대해서, 다금속 산화물 활성 조성물을 갖는 적절한 성형된 촉매 몸체, 또는 다금속 산화물 활성 조성물을 갖는 성형된 촉매 몸체 및 (비활성 물질로 이루어져 있고) 불균질계 촉매화 부분 기체상 산화에 대해서 실질적으로 비활성으로 거동하는 다금속 산화물 활성 조성물을 갖지 않는 성형된 몸체 (성형된 희석 몸체)의 실질적으로 균일한 혼합물만을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 비 활성 성형된 몸체에 대해 유용한 물질은 원칙적으로 본 발명에 따라 적합한 "아크롤레인에서 아크릴산으로"의 코팅 촉매에 대한 지지체 물질로서 또한 적합한 모든 물질이다. 이러한 유용한 물질은 예를 들어, 다공성 또는 비다공성 알루미늄 산화물, 이산화규소, 이산화토륨, 이산화지르코늄, 규소 카바이드, 마그네슘 또는 알루미늄 실리케이트와 같은 실리케이트, 또는 이미 언급한 동석 (예를 들어, 세람텍사로부터의 스테아타이트 C-220)이다.For the partial oxidation of acrolein to acrylic acid of the present invention, to prepare one or more fixed catalyst layers, a suitable shaped catalyst body having a multimetal oxide active composition, or a molded catalyst body having a multimetal oxide active composition and ( Using only a substantially homogeneous mixture of shaped bodies (molded dilution bodies) consisting of inert materials and having no multimetal oxide active composition that behaves substantially inert to heterogeneous catalyzed partial gas phase oxidation It is possible. Useful materials for such inactive shaped bodies are in principle all materials which are also suitable as support materials for coating catalysts "acrolein to acrylic acid" suitable according to the invention. Such useful materials include, for example, silicates such as porous or nonporous aluminum oxides, silicon dioxide, thorium dioxide, zirconium dioxide, silicon carbide, magnesium or aluminum silicates, or the previously mentioned copperstones (e.g. from Ceramtech). Steatite C-220).
이러한 비활성 성형된 희석 몸체의 형상은 원칙적으로 목적하는 것일 수 있다. 바꾸어 말하면, 예를 들어, 구형, 다각형, 고체 원통형 또는 고리형일 수 있다. 본 발명에 따라, 선택된 비활성 성형된 희석 몸체는 바람직하게는 형상이 이들에 의해 희석될 성형된 촉매 몸체의 형상에 해당하는 것일 것이다.The shape of this inert shaped dilution body may in principle be the desired one. In other words, it can be, for example, spherical, polygonal, solid cylindrical or annular. According to the invention, the selected inert shaped dilution body will preferably correspond to the shape of the shaped catalyst body to be diluted by them.
일반적으로, 본 발명의 아크릴산으로의 아크롤레인 부분 산화와 관련하여 사용된 활성 조성물의 화학 조성은 고정 촉매 층 상에서 변화되지 않을 경우에 바람직하다. 바꾸어 말하면, 개별 성형된 촉매 몸체에 대해 사용된 활성 조성물은 Mo 및 V 원소를 포함하는 다양한 다금속 산화물의 혼합물일 수 있지만, 동일한 혼합물은 고정 촉매 층의 모든 성형된 촉매 몸체에 대해 유리하게 사용되어야 한다.In general, the chemical composition of the active composition used in connection with the partial oxidation of acrolein to acrylic acid of the invention is preferred if it does not change on the fixed catalyst bed. In other words, the active composition used for the individual molded catalyst body may be a mixture of various multimetal oxides comprising Mo and V elements, but the same mixture should be used advantageously for all shaped catalyst bodies of the fixed catalyst bed. do.
본 발명의 아크릴산으로의 아크롤레인의 부분 산화에 대해서, 부피-특정 (즉, 부피의 단위로 정규화됨) 활성은 바람직하게는 반응 기체 혼합물의 흐름 방향으로 고정 촉매 층 내에서 연속적으로, 갑자기 또는 단계적으로 통상적으로 증가한다.For the partial oxidation of acrolein to acrylic acid of the invention, the volume-specific (ie normalized in units of volume) activity is preferably continuously, suddenly or stepwise in the fixed catalyst bed in the flow direction of the reaction gas mixture. Usually increases.
부피-특정 활성은 예를 들면, 성형된 희석 몸체로 균일한 방식으로 제조된 기본 양의 성형된 촉매 몸체를 희석함으로써 단순한 방식으로 감소될 수 있다. 선택된 성형된 희석 몸체의 분율이 점점 높아질수록, 고정 층의 특정 부피에서 활성 조성물의 양, 즉 촉매 활성이 점점 낮아진다.Volume-specific activity can be reduced in a simple manner, for example by diluting a base amount of the shaped catalyst body made in a uniform manner with the molded dilution body. The higher the fraction of the selected shaped dilution body, the lower the amount of active composition, i.e., catalytic activity, in the particular volume of the fixed bed.
따라서, 고정 촉매 층 상의 반응 기체 혼합물의 흐름 방향으로 적어도 한번 증가하는 부피-특정 활성은 본 발명에 따른 아크릴산으로의 아크롤레인 부분 산화에 대한 공정을 위해 단순한 방식으로, 예를 들어, 성형된 촉매 몸체의 일 유형에 기초한 비활성 성형된 희석 몸체의 고 분율로 층을 시작하고 이어 연속적으로, 또는 적어도 한번 또는 한번 초과, 갑자기 (예를 들어, 단계적으로) 흐름 방향으로 성형된 희석 몸체의 상기 분율을 감소시킴으로써 달성될 수 있다. 그러나, 부피-특정 활성의 증가는 예를 들어, 성형된 코팅 촉매 몸체의 일정한 형상 및 활성 조성물 유형에서, 지지체에 적용된 활성 조성물 층의 두께를 증가시키거나, 또는 동일한 형상을 가지나 보다 높은 활성 조성물의 중량 비율이 다른 코팅 촉매의 혼합물에서, 활성 조성물의 중량 비율이 높은 성형된 촉매 몸체의 분율을 증가시킴으로써 또한 가능하다. 별법으로, 활성 조성물 그 자체는 활성 조성물 제조 과정에서, 예를 들어 단단하게 소성된 이산화규소와 같은 비활성 희석 물질을 소성될 출발 물질의 건조한 혼합물로 혼입시킴으로써 또한 희석될 수 있다. 희석 물질의 다양한 첨가 양은 자동적으로 다양한 활성을 유도한다. 희석 물질이 점점 추가될수록, 생성된 활성은 점점 낮아질 것이다. 유사한 효과가 예를 들어, 지지되지 않은 촉매 및 코팅 촉매 (동일한 활성 조성물을 가짐)의 혼합물에서 혼합 비율을 적절하게 변하게 함으로써 또한 달성될 수 있다. 기술된 변수는 또한 조합해서 사용될 수 있 다는 것을 알 수 있을 것이다.Thus, the volume-specific activity of increasing at least once in the flow direction of the reaction gas mixture on the fixed catalyst bed is in a simple manner, for example for the process of partial oxidation of acrolein to acrylic acid according to the invention, for example By starting the layer with a high fraction of the inert shaped dilution body based on one type and then reducing said fraction of the dilution body formed continuously or at least once or more than once, suddenly (eg stepwise) in the flow direction. Can be achieved. However, an increase in volume-specific activity may, for example, increase the thickness of the active composition layer applied to the support, or, in certain shapes of the shaped coating catalyst body and active composition type, or of higher active compositions having the same shape but higher In mixtures of coating catalysts with different weight ratios, it is also possible by increasing the fraction of the shaped catalyst body in which the weight ratio of the active composition is high. Alternatively, the active composition itself can also be diluted during the preparation of the active composition, for example by incorporating an inert diluent such as hard calcined silicon dioxide into a dry mixture of starting materials to be calcined. Various amounts of added dilution material automatically induce various activities. As more and more diluent material is added, the resulting activity will be less and less. Similar effects can also be achieved, for example, by varying the mixing ratio appropriately in a mixture of unsupported catalyst and coating catalyst (with the same active composition). It will be appreciated that the described variables can also be used in combination.
당연하게, 화학적으로 다른 활성 조성물을 갖는 촉매 혼합물, 및 다양한 조성물의 결과로서 다양한 활성은 본 발명의 아크릴산으로의 아크롤레인 부분 산화의 고정 촉매 층에 대해서 또한 사용될 수 있다. 이어, 이들 혼합물은 비활성 희석 몸체로 희석될 수 있다.Of course, catalyst mixtures having chemically different active compositions, and various activities as a result of the various compositions, can also be used for the fixed catalyst layer of the acrolein partial oxidation to acrylic acid of the present invention. These mixtures can then be diluted with an inert dilution body.
활성 조성물을 갖는 고정된 촉매 층의 영역의 상류 및/또는 하류에 비활성 물질 (예를 들어, 단지 성형된 희석 몸체)로만 배타적으로 구성된 층이 배치될 수 있다. 이들은 마찬가지로 고정 촉매 층의 온도로 될 수 있다. 비활성 층에 사용된 성형된 희석 몸체는 활성 조성물을 갖는 고정 촉매 층의 영역에 사용된 성형된 촉매 몸체와 동일한 형상을 가질 수 있다. 또한, 비활성 층에 사용된 성형된 희석 몸체의 형상은 상기 언급된 성형된 촉매 몸체의 형상과 또한 다를 수 있다 (예를 들어 환형 대신에 구형).Upstream and / or downstream of the region of the fixed catalyst layer with the active composition, a layer exclusively composed of an inert material (eg only a molded dilution body) can be arranged. These can likewise be brought to the temperature of the fixed catalyst bed. The shaped dilution body used in the inert layer may have the same shape as the shaped catalyst body used in the region of the fixed catalyst layer with the active composition. In addition, the shape of the molded dilution body used in the inert layer may also differ from the shape of the molded catalyst body mentioned above (eg spherical instead of annular).
자주, 이러한 비활성 층에 사용된 성형된 몸체는 환형 형상 7 mm×7 mm×4 mm (내경×길이×외경), 또는 지름 d이 4-5 mm인 구형 형상을 갖는다.Frequently, the molded body used in this inactive layer has an annular shape of 7 mm x 7 mm x 4 mm (inner diameter x length x outer diameter), or a spherical shape with a diameter d of 4-5 mm.
많은 경우에서, 아크릴산으로의 아크롤레인 부분 산화에 대한 본 발명의 공정에서, 활성 조성물을 갖는 고정된 촉매 층의 영역은 반응 기체 혼합물의 흐름 방향에서 하기와 같이 구축된다.In many cases, in the process of the invention for the partial oxidation of acrolein to acrylic acid, the area of the fixed catalyst layer with the active composition is established as follows in the flow direction of the reaction gas mixture.
첫번째로, 길이의 10 내지 60%, 바람직하게는 10 내지 50%, 보다 바람직하게는 20 내지 40%, 가장 바람직하게는 25 내지 35%까지 (즉, 예를 들어, 길이의 0.70 내지 1.50 m, 바람직하게는 0.90 내지 1.20 m까지), 고정 층 촉매 충전물 영 역의 전체 길이 각각은 활성 조성물, 성형된 촉매 몸체 및 성형된 희석 몸체 (양자 모두는 바람직하게는 실질적으로 동일한 형상을 가짐)의 일 균일한 혼합물 또는 두개의 연속적인 균일한 혼합물 (희석이 감소됨)을 갖고, 여기서 성형된 희석 몸체의 중량 비율 (성형된 촉매 몸체의 물질 밀도와 성형된 희석 몸체의 물질 밀도는 일반적으로 단지 약간 다름)은 통상적으로 10 내지 50 중량%, 바람직하게는 20 내지 45 중량%, 보다 바람직하게는 25 내지 35 중량%이다. 이어서, 제1 구역의 하류에 자주 활성 조성물을 갖는 고정 촉매 층의 영역의 길이의 말단까지 (즉, 예를 들어, 길이의 2.00 내지 3.00 m, 바람직하게는 2.50 내지 3.00 m까지), (제1 구역에서 또는 제1 구역들에서 보다) 적은 양으로 희석된 성형된 촉매 몸체의 층, 또는 가장 바람직하게는 제1 구역에서 (또는 제1 두 구역에서) 또한 사용된 동일한 성형된 촉매 몸체의 단독 층이 유리하게 배치된다.Firstly, 10 to 60% of the length, preferably 10 to 50%, more preferably 20 to 40%, most preferably 25 to 35% (ie, 0.70 to 1.50 m of length, Preferably from 0.90 to 1.20 m), each of the entire length of the fixed bed catalyst charge zone is one uniform of the active composition, the shaped catalyst body and the molded dilution body, both preferably having substantially the same shape. With one mixture or two consecutive homogeneous mixtures (dilution is reduced), where the weight ratio of the molded dilution body (the material density of the molded catalyst body and the material density of the molded dilution body is generally only slightly different) It is usually 10 to 50% by weight, preferably 20 to 45% by weight, more preferably 25 to 35% by weight. Subsequently, up to the end of the length of the region of the fixed catalyst layer having the active composition frequently downstream of the first zone (ie, up to 2.00-3.00 m, preferably 2.50-3.00 m of length), (first A layer of molded catalyst body diluted in a smaller amount than in the zone or in the first zones, or most preferably the sole layer of the same molded catalyst body also used in the first zone (or in the first two zones) This is advantageously arranged.
상기 언급된 것은 특히, 고정 촉매 층에 사용된 성형된 촉매 몸체가 지지되지 않은 촉매 고리 또는 코팅 촉매 구 (특히 바람직하게 본 명세서에서 아크릴산으로의 아크롤레인 부분 산화에 대해 바람직한 것으로 열거된 것들)일 경우 해당된다. 상기 언급된 구축의 목적으로, 본 발명에 따른 아크릴산으로의 아크롤레인 부분 산화 공정에서 성형된 촉매 몸체 또는 이들의 지지체 고리, 및 성형된 희석 몸체 모두는 유리하게도 고리형 형상 7 mm×3 mm×4 mm (외경×길이×내경)을 실질적으로 갖는다.The abovementioned is particularly true when the shaped catalyst body used in the fixed catalyst bed is an unsupported catalyst ring or coating catalyst sphere (especially those listed here as preferred for the partial oxidation of acrolein to acrylic acid herein). do. For the purposes of the above-mentioned constructions, both the molded catalyst body or their support rings, and the molded dilution body in the acrolein partial oxidation process to acrylic acid according to the invention are advantageously annular 7 mm × 3 mm × 4 mm (Outer diameter x length x inner diameter) substantially.
또한, 상기 언급된 것은 불활성 성형된 희석 몸체 대신에, 활성 조성물의 함량이 고정 촉매 층의 말단에서 성형된 코팅 촉매 몸체의 활성 조성물 함량보다 2 내지 15 중량% 낮은 성형된 코팅 촉매 몸체가 사용될 경우에 해당된다.Also mentioned above is when, instead of an inert molded dilution body, a molded coating catalyst body in which the content of the active composition is 2 to 15% by weight lower than the active composition content of the formed coating catalyst body at the end of the fixed catalyst bed is used. Yes.
일반적으로, 고정 촉매 층의 전체 길이를 기준으로 길이가 적절하게 5 내지 20%인 순수한 비활성 물질 층은 반응 기체 혼합물의 흐름 방향으로 고정 촉매 층을 시작한다. 통상적으로 반응 기체 혼합물에 대한 가열 구역으로서 사용된다.Generally, a pure inert material layer, suitably 5 to 20% in length, based on the total length of the fixed catalyst bed, starts the fixed catalyst bed in the flow direction of the reaction gas mixture. Typically used as a heating zone for the reaction gas mixture.
통상적으로, 본 발명의 아크롤레인 부분 산화를 위한 관 다발 반응기에서 촉매 관은 페라이트 강철로 제작되고, 통상적으로 1 내지 3 mm의 벽 두께를 가진다. 이들의 내경은 일반적으로 (균일하게) 20 내지 30 mm, 종종 21 내지 26 mm이다. 적용의 관점으로부터 적절하게, 관 다발 용기에 설비된 촉매 관 수는 5000 이상이고, 바람직하게는 10000 이상이다. 자주, 반응 용기에 설비된 촉매 관 수는 15000 내지 30000이다. 촉매 관 수가 40000을 초과하는 관 다발 반응기는 통상적으로 아크롤레인 부분 산화에서 예외적이다. 용기 내에, 촉매 관은 통상적으로 균일한 분포로 배치되고, 분포는 바로 인접한 촉매 관의 중심 내부 축의 간격 (촉매 관 피치로 공지되어 있음)이 35 내지 45 mm이도록 적절하게 선택된다 (예를 들어, 유럽 특허 제 EP-B 468290호 참조).Typically, the catalyst tubes in the tube bundle reactor for the acrolein partial oxidation of the present invention are made of ferritic steel and typically have a wall thickness of 1 to 3 mm. Their inner diameter is generally (uniformly) 20 to 30 mm, often 21 to 26 mm. Appropriately from the viewpoint of application, the number of catalyst tubes installed in the tube bundle container is 5000 or more, preferably 10000 or more. Frequently, the number of catalyst tubes installed in the reaction vessel is 15000 to 30000. Tube bundle reactors with a catalyst tube number exceeding 40000 are typically exceptional in acrolein partial oxidation. Within the vessel, the catalyst tubes are usually arranged in a uniform distribution and the distribution is suitably selected such that the spacing (known as catalyst tube pitch) of the central internal axis of the immediately adjacent catalyst tube is between 35 and 45 mm (eg, European Patent EP-B 468290).
이미 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에서 프로펜 및 아크롤레인의 부분 산화 모두는 1 구역 또는 2 구역 관 다발 반응기에서 수행될 수 있다. 2 반응 단계가 직렬로 연결되어 있을 경우, 또한 단지 제1 반응 단계가 1 구역 관 다발 반응기에서 수행되고, 제2 반응 단계는 2 구역 관 다발 반응기에서 수행되는 것 (또는 그의 역)이 가능하다. 이러한 경우, 제1 반응 단계의 반응물 기체 혼합물은 적절하다면 비활성 기체, 또는 산소 분자, 또는 비활성 기체 및 산소 원자를 보충 후에, 또한 적절하다면 직접 및/또는 간접 중간체 냉각 완료시, 제2 반응 단계에 직접 공급된다.As already described, both partial oxidation of propene and acrolein in the process according to the invention can be carried out in a one-zone or two-zone tube bundle reactor. If the two reaction stages are connected in series, it is also possible that only the first reaction stage is carried out in a one zone tube bundle reactor and the second reaction stage is carried out in the two zone tube bundle reactor (or vice versa). In this case, the reactant gas mixture of the first reaction stage may be added directly to the second reaction stage, if appropriate, after replenishing the inert gas, or oxygen molecules, or inert gas and oxygen atoms, and, if appropriate, upon completion of the direct and / or indirect intermediate cooling. Supplied.
제1 및 제2 반응 단계의 관 다발 반응기 사이에 비활성 층을 임의로 함유할 수 있는 중간체 냉각기가 배치될 수 있다.An intermediate cooler may be disposed between the tube bundle reactors of the first and second reaction stages, which may optionally contain an inert layer.
아크릴산으로의 프로펜의 2단계 부분 산화에 대한 본 발명의 방법을 위한 프로펜 부분 산화의 고정 촉매 층 및 아크롤레인 부분 산화의 고정 촉매 층은 또한 예를 들어, 국제 특허 공개 제 WO 03/059857호, 유럽 특허 제 EP-A 911313호 및 동 제 EP-A 990636호에 기술되어 있는 바와 같이, 예를 들어, 2 온도 구역을 마찬가지로 갖는 단일 다중 촉매관 관 다발 반응기에 또한 공간적으로 연속해서 설비될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 경우를 단일 반응기 2단계 공정이라고 부른다. 이러한 경우에, 1 온도 구역은 일반적으로 하나의 고정 촉매 층 상에 연장된다. 두 개의 고정 촉매 층 사이에 추가적으로 비활성 층이 배치될 수 있고, 적절하다면, 상기 비활성층은 제3 온도 구역에 배치되고, 개별적으로 가열된다. 촉매 관은 연속적이거나 비활성 층에 의해 단절될 수 있다.The fixed catalyst layer of propene partial oxidation and the fixed catalyst layer of acrolein partial oxidation for the process of the invention for the two-step partial oxidation of propene to acrylic acid are also described, for example, in WO 03/059857, As described in EP-A 911313 and EP-A 990636, for example, a single multiple catalyst tube tube bundle reactor likewise having two temperature zones can also be installed spatially and continuously. I can understand that. This case is called a single reactor two stage process. In this case, one temperature zone generally extends on one fixed catalyst bed. An additional inert layer can be arranged between the two fixed catalyst layers, and if appropriate, the inert layer is placed in a third temperature zone and heated separately. The catalyst tube can be continuous or disconnected by an inert bed.
"아크롤레인으로의 프로펜 반응 단계"의 충전 기체 혼합물 (출발 반응 기체 혼합물 1)에 사용될 비활성 기체는 고정 촉매 층에 대해 선택된 프로펜 시간 공간 속도에 상관없이 예를 들어, 20 부피% 이상, 또는 30 부피% 이상, 또는 40 부피% 이상, 또는 50 부피% 이상, 또는 60 부피% 이상, 또는 70 부피%, 또는 80 부피%, 또는 90 부피%, 또는 95 부피% 이상의 질소 분자로 이루어질 수 있다.The inert gas to be used in the fill gas mixture (starting reaction gas mixture 1) of the "propene reaction stage to acrolein" is, for example, 20 volume percent or more, or 30, regardless of the propene time space velocity selected for the fixed catalyst bed. At least 40% by volume, or at least 40% by volume, or at least 50% by volume, or at least 60% by volume, or 70% by volume, or 80% by volume, or 90% by volume, or at least 95% by volume of nitrogen molecules.
또한, 비활성 희석 기체는 예를 들어, H2O 2 내지 35 또는 20 중량%, 및 N2 65 내지 98 부피%로도 이루어져 있을 수 있다.The inert diluent gas may also consist, for example, of H 2 O 2 to 35 or 20% by weight, and N 2 65 to 98% by volume.
또한, 250 l (STP)/l·h를 초과하는, "아크롤레인으로의 프로펜 반응 단계"의 고정 촉매 층 상에서의 프로펜 시간 공간 속도에서, 비활성 희석 기체, 예를 들어, 프로판, 에탄, 메탄, 부탄, 펜탄, CO2, CO, 증기 및/또는 영족 기체 (noble gas)를 본 발명에 따른 공정에서 사용하는 것을 추천한다. 그러나, 이들 기체는 보다 낮은 프로펜 시간 공간 속도에서 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.Inert diluent gases such as propane, ethane, methane also at a propene time space velocity on the fixed catalyst bed of "propene reaction to acrolein" of greater than 250 l (STP) /l.h. It is recommended to use butanes, pentanes, CO 2 , CO, steam and / or noble gases in the process according to the invention. However, it will be appreciated that these gases can be used at lower propene time space velocities.
아크롤레인으로의 프로펜의 본 발명의 기체상 부분 산화 과정에서 작업 압력 (특히, 고정 촉매 층의 작동 시간의 시작시)은 대기압 미만 (예를 들면, 0.5 bar 이하) 또는 대기압 초과일 수 있다. 전형적으로, 프로펜의 기체상 부분 산화에서 작업 압력은 1 내지 5 bar, 자주 1 내지 3 bar의 값일 것이다.The working pressure (particularly at the start of the operating time of the fixed catalyst bed) in the gas phase partial oxidation of propene to acrolein can be below atmospheric pressure (eg below 0.5 bar) or above atmospheric pressure. Typically, the working pressure in the gas phase partial oxidation of propene will be a value of 1 to 5 bar, often 1 to 3 bar.
통상적으로, 본 발명의 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화에서 반응 압력은 100 bar를 넘지 않을 것이다. 그러나, l (STP)/l·h인 출발 반응 기체 혼합물 1의 그에 대한 동일한 시간 공간 속도을 기준으로 하여, 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화용 하나 이상의 고정 촉매 층의 작동 시간 동안 작업 압력은 하나 이상의 고정 촉매 층의 불활성화를 억제하기 위해서 증가되는 것이 본 발명에서 필수적이다. 압력은 본 명세서의 일반 영역에 기술되어 있는 정도로 증가될 것이다. 본 발명의 절차는 유럽 특허 제 EP-A 990 636호, 동 제 EP-A 11 06 598호, 동 제 EP-A 614 872호, 독일 특허 제 DE-A 10 35 0822호, 동 제 DE-A 10 23 2748호 및 동 제 DE-A 10351269호에서 추천하는 촉매 층의 가동 시간 (on-stream time)을 연장하기 위한 절차와 결합하여 매우 일반적으로 사용될 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다. 따라서, 수년간의 촉매 층 가동 시간을 달성할 수 있다.Typically, the reaction pressure in the partial propene oxidation to acrolein of the present invention will not exceed 100 bar. However, based on the same time-space velocity of starting
본 발명에 따른 공정에서 적절한 고정 촉매 층을 통해 전도되는, 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화를 위한 출발 반응 기체 혼합물 1의 O2:프로펜 몰 비율은 통상적으로 1 이상일 것이다 (아크릴산으로의 하류 아크롤레인 부분 산화 단계가 있는지 여부와는 실질적으로 관계없음). 전형적으로, 상기 비율은 3 이하의 값일 것이다. 자주, 언급된 충전 기체 혼합물에서의 O2:프로펜 몰 비율은 유리하게 1:2 내지 1:1.5일 것이다. 많은 경우에, 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화 공정은 출발 반응 기체 혼합물 1 중의 프로펜:산소:비활성 기체 (증기 포함) 부피 비율 (l (STP)/l·h)이 1:(1 내지 3):(3 내지 30), 바람직하게는 1:(1.5 내지 2.3):(10 내지 15)로 수행될 것이다.The O 2 : propene molar ratio of the starting
출발 반응 기체 혼합물 1 중의 프로펜 분율은 예를 들어, 4 내지 20 부피%, 자주 5 또는 7 내지 15 부피%, 또는 6 또는 8 내지 12 부피%, 또는 5 내지 8 부피% (각 경우, 전체 부피를 기준으로 함)의 값에 놓일 수 있다.The propene fraction in the starting
출발 기체 혼합물 1의 전형적인 조성물 (선택된 시간 공간 속도과 상관없고 아크릴산으로의 아크롤레인 부분 산화가 이어지는지의 여부와 관계없음)은 Typical compositions of starting gas mixture 1 (regardless of the time-space velocity selected and whether or not followed by acrolein partial oxidation to acrylic acid)
프로펜 6 내지 6.5 부피%,
H2O 3 내지 3.5 부피%,H 2 O 3-3.5 volume percent,
CO 0.3 내지 0.5 부피%,CO 0.3-0.5% by volume,
CO2 0.8 내지 1.2 부피%,0.8 to 1.2 vol.% CO 2 ,
아크롤레인 0.025 내지 0.04 부피%,0.025 to 0.04% by volume of acrolein,
O2 10.4 내지 10.7 부피%, 및0 2 10.4-10.7 volume percent, and
100%가 되게 하는 잔여물로서의 질소분자, 또는Nitrogen molecule as a residue to reach 100%, or
프로펜 5.4 부피%,Propene 5.4% by volume,
산소 10.5 부피%,Oxygen 10.5% by volume,
COx 1.2 부피%,CO x 1.2% by volume,
N2 80.5 부피%, 및N 2 80.5% by volume, and
H2O 2.4 부피%H 2 O 2.4% by volume
의 성분을 포함할 수 있다.It may include a component of.
그러나, 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화에 대한 출발 반응 기체 혼합물 1은, 본 발명에 따라 하기 조성을 가질 수 있다.However, the starting
프로펜 6 내지 15 부피%,Propene 6-15% by volume,
물 4 내지 30 부피% (자주 6 내지 15 부피%),4-30% by volume of water (often 6-15% by volume),
프로펜, 물, 산소 및 질소 외의 성분 0 이상 내지 10 부피% (바람직하게는 0 이상 내지 5 부피%), 0 to 10% by volume (preferably 0 to 5% by volume) other than propene, water, oxygen and nitrogen,
존재하는 산소 분자 대 존재하는 프로펜 분자의 몰 비율이 1.5 내지 2.5인 충분한 산소 분자, 및Sufficient oxygen molecules with a molar ratio of oxygen molecules present to propene molecules present between 1.5 and 2.5, and
전체 양 100 부피%가 되게 하는 잔여물로서의 질소 분자.Nitrogen molecule as a residue to bring the total amount to 100% by volume.
본 발명에 따라, 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화에 대한 또다른 출발 반응 기체 혼합물 1은According to the invention, another starting
프로펜 6.0 부피%, Propene 6.0% by volume,
공기 60 부피%, 및Air 60% by volume, and
H2O 34 부피%H 2 O 34 vol%
을 포함할 수 있다.It may include.
별법으로, 유럽 특허 제 EP-A 990 636호의 실시예 1, 또는 유럽 특허 제 EP-A 990 636호의 실시예 2, 또는 유럽 특허 제 EP-A 1 106 598호의 실시예 3, 또는 유럽 특허 제 EP-A 1 106 598호의 실시예 2, 또는 유럽 특허 제 EP-A 1 106 598호의 실시예 53에 따른 조성물의 출발 반응 기체 혼합물 1이 "아크롤레인으로의 프로펜 반응 단계"에 대해 사용될 수 있다.Alternatively, Example 1 of EP-A 990 636, or Example 2 of EP-A 990 636, or Example 3 of EP-
본 발명에 따라 적합한, 아크롤레인으로의 프로펜 반응 단계에 대한 추가의 출발 반응 기체 혼합물 1은 하기 조성 범위 내 일 수 있다.A further starting
프로펜 7 내지 11 부피%, Propene 7-11% by volume,
H2O 6 내지 12 부피%H 2 O 6-12% by volume
프로펜, 물, 산소 및 질소 외의 성분 0 이상 내지 5 부피%,0 to 5% by volume of components other than propene, water, oxygen and nitrogen,
존재하는 산소 대 존재하는 프로펜의 몰 비율이 1.4 내지 2.2인 충분 한 산소, 및 Sufficient oxygen with a molar ratio of oxygen present to propene present, between 1.4 and 2.2, and
전체 양 100 부피%가 되게 하는 잔여물로서의 질소 분자.Nitrogen molecule as a residue to bring the total amount to 100% by volume.
출발 반응 기체 혼합물 1에 사용되는 프로펜은 특히 예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 10232748호에 기술되어 있는 바와 같은 중합체 등급 프로펜 및 화학 등급 프로펜이다.Propenes used in the starting
이 시점에서, "아크릴산으로의 아크롤레인 반응 단계"가 이어지는지 여부와는 관계없이, "아크롤레인으로의 프로펜 반응 단계"의 충전 기체 혼합물의 일부가 순환 기체로서 공지되어 있는 것일 수 있다는 것을 또한 언급할 수 있다. 이미 기술된 바와 같이, 이는 생성물 제거 후, 통상 최종 반응 단계 이후에 있는 마무리 작업 중 (아크롤레인 및 아크릴산 제거) 상기 반응 단계의 생성물 기체 혼합물로부터 남아있는 기체이고, 일반적으로 실질적으로 비활성인 희석 기체로서 부분적으로 재순환되어 프로펜 반응 단계 및/또는 임의의 차후 아크롤레인 반응 단계에 충전된다.It may also be mentioned at this point that a part of the fill gas mixture of the "propene reaction to acrolein step" may be known as the circulating gas, regardless of whether the "acrolein reaction step to acrylic acid" is followed. Can be. As already described, this is the gas remaining from the product gas mixture of the reaction stage after removal of the product, usually in the finishing operation after the final reaction stage (acrolein and acrylic acid removal), and in part as a substantially inert diluent gas. Recycle to the propene reaction stage and / or any subsequent acrolein reaction stage.
사용된 산소 공급원은 통상 공기이다.The oxygen source used is usually air.
본 발명에 따른 공정에서 출발 반응 기체 혼합물 1의 고정 촉매 층 (순수한 비활성 영역 제외) 상의 시간 공간 속도는 ("아크릴산으로의 아크롤레인 반응 단계"가 이어지는지 여부와는 관계없이) 전형적으로 1000 내지 10000 l (STP)/l·h, 통상 1000 내지 5000 l (STP)/l·h, 자주 1500 내지 4000 l (STP)/l·h일 것이다.In the process according to the invention the temporal space velocity on the fixed catalyst layer (excluding the pure inert zone) of the starting
아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화에 이어 아크롤레인 부분 산화될 경우, 프로펜 반응 단계의 생성물 기체 혼합물은 적절할 경우, 중간체 냉각 후, 아크롤레 인 반응 단계에 공급된다. 아크롤레인 반응 단계에서 필요한 산소는 과잉으로 프로펜 반응 단계에 출발 반응 기체 혼합물 1에 이어 첨가될 수 있고, 따라서 프로펜 반응 단계의 생성물 기체 혼합물의 성분일 수 있다. 이러한 경우, 적절할 경우 즉시 냉각시킨, 프로펜 반응 단계의 생성물 기체 혼합물은 직접 아크롤레인 반응 단계의 충전 기체 혼합물일 수 있다. 그러나, 아크릴산으로의 아크롤레인으로부터, 제2 산화 단계를 위해 필요한 일부 또는 모든 산소는 이들이 아크롤레인 반응 단계에, 예를 들어 공기의 형태로 들어갈 때까지 프로펜 반응 단계의 생성물 기체 혼합물에 첨가되지 않을 수 있다. 이러한 첨가는 아크롤레인 반응 단계의 생성물 기체 혼합물의 직접 냉각과 연관되어 있을 수 있다.When propene partial oxidation to acrolein followed by acrolein partial oxidation, the product gas mixture of the propene reaction stage is fed to the acrolein reaction stage, if appropriate, after intermediate cooling. The oxygen required in the acrolein reaction stage may be added to the propene reaction stage in excess of the starting
상기 언급된 연결로부터 생성된, 아크롤레인 반응 단계에 대한 충전 기체 혼합물에 존재하는 비활성 기체 (출발 반응 기체 혼합물 2) (앞선 프로펜 반응 단계가 있는지 여부와 관계없음)는 예를 들어, 20 부피% 이상, 또는 30 부피% 이상, 또는 40 부피% 이상, 또는 50 부피% 이상, 또는 60 부피% 이상, 또는 70 부피% 이상, 또는 80 부피% 이상, 또는 90 부피% 이상, 또는 95 부피% 이상의 질소 분자로 이루어질 수 있다.The inert gas present in the fill gas mixture for the acrolein reaction stage (starting reaction gas mixture 2) (whether or not there is a previous propene reaction stage), resulting from the abovementioned linkage, is for example at least 20% by volume. Or at least 30 vol%, or at least 40 vol%, or at least 50 vol%, or at least 60 vol%, or at least 70 vol%, or at least 80 vol%, or at least 90 vol%, or at least 95 vol% nitrogen molecules. It may be made of.
그러나, 아크롤레인 반응 단계에 대한 충전 기체에서 비활성 희석 기체는 H2O 5 내지 25 또는 20 중량% (예를 들어, 앞선 프로펜 반응 단계에서 형성되고/되거나 적절할 경우 첨가될 수 있음) 및 N2 70 내지 90 부피%로 자주 이루어질 것이다.However, the inert diluent gas in the fill gas for the acrolein reaction step is H 2 O 5 to 25 or 20% by weight (eg can be formed in the preceding propene reaction step and / or added if appropriate) and N 2 70 Often from 90% by volume.
그러나, 250 l (STP)/l·h를 초과하는, 아크릴산으로의 아크롤레인의 부분 산화에 대한 고정 촉매 층 상에서의 아크롤레인 시간 공간 속도에서, 비활성 희석 기체, 예를 들어, 프로판, 에탄, 메탄, 부탄, 펜탄, CO2, 증기 및/또는 영족 기체의 사용은 본 발명에 따른 공정에서 추천된다. 이들 기체는 또한 상대적으로 낮은 아크롤레인 시간 공간 속도에서도 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.However, at an acrolein time space rate on the fixed catalyst layer for partial oxidation of acrolein to acrylic acid, in excess of 250 l (STP) / l · h, inert diluent gases, for example propane, ethane, methane, butane The use of, pentane, CO 2 , steam and / or noble gases is recommended in the process according to the invention. It will be appreciated that these gases can also be used at relatively low acrolein time space velocities.
아크릴산으로의 아크롤레인의 본 발명의 기체상 부분 산화에서 작업 압력 (특히, 고정 촉매 층의 작동 시간의 출발시)은 대기압 미만 (예를 들어, 0.5 bar 이하) 또는 대기압 초과일 수 있다. 전형적으로, 아크롤레인의 기체상 부분 산화에서 작업 압력은 1 내지 5 bar, 자주 1 내지 3 bar의 값일 수 있다.The working pressure (particularly at the start of the operating time of the fixed catalyst bed) in the gas phase partial oxidation of acrolein to acrylic acid can be below atmospheric pressure (eg below 0.5 bar) or above atmospheric pressure. Typically, the working pressure in the gas phase partial oxidation of acrolein can be a value of 1 to 5 bar, often 1 to 3 bar.
통상적으로, 본 발명의 아크롤레인 부분 산화의 반응 압력은 100 bar를 넘지 않을 것이다. 그러나, l (STP)/l·l인 출발 반응 기체 혼합물 2의 그에 대한 동일한 시간 공간 속도를 기준으로 하여, 아크릴산으로의 아크릴레인의 부분 산화에 대한 하나 이상의 고정 촉매 층의 운전 시간 동안 작업 압력은 하나 이상의 고정 촉매 층의 불활성화를 억제하기 위해서 증가되는 것이 본 발명에서 필수적이다. 압력은 본 명세서의 일반 영역에 기술되어 있는 정도로 증가될 수 있다. 본 발명의 절차는 유럽 특허 제 EP-A 990 636호, 동 제 EP-A 11 06 598호, 동 제 EP-A 614 872호, 독일 특허 제 DE-A 10 35 0822호, 동 제 DE-A 10 23 2748호 및 동 제 DE-A 10351269호에서 추천하는 촉매 층의 가동 시간을 연장하기 위한 절차와 결합하여 매우 일반적으로 사용될 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다. 따라서, 수년간의 촉매 층 가동 시간을 달성할 수 있다. Typically, the reaction pressure of the acrolein partial oxidation of the present invention will not exceed 100 bar. However, based on the same time-space velocity of starting
본 발명에 따른 공정에서 적절한 고정 촉매 층을 통해 전도되는 아크롤레인 반응 단계에 대한 충전 기체 혼합물의 O2:아크롤레인 몰 비율은 통상적으로 1 이상일 것이다 (앞선 프로펜 반응 단계의 존재 여부와는 관계없음). 전형적으로, 상기 비율은 3 이하의 값일 것이다. 본 발명에 따라, 상기 언급된 충전 기체 혼합물의 O2:아크롤레인 몰 비율은 자주 1 내지 2 또는 1 내지 1.5일 것이다. 많은 경우에, 본 발명에 따른 공정은 출발 반응 기체 혼합물 2 (아크롤레인 반응 단계에 대한 충전 기체 혼합물) 중의 아크롤레인:산소:증기:비활성 기체 부피 비율 (l (STP))이 1:(1 내지 3):(0.5 내지 10):(3 내지 30), 바람직하게는 1:(1 내지 3):(0.5 내지 10):(7 내지 20)에서 수행될 것이다.The O 2 : crolein molar ratio of the fill gas mixture to the acrolein reaction stage conducted through the appropriate fixed catalyst bed in the process according to the invention will typically be at least 1 (regardless of the presence of the preceding propene reaction stage). Typically, the ratio will be a value of 3 or less. According to the invention, the O 2 : crolein molar ratio of the abovementioned fill gas mixture will often be 1 to 2 or 1 to 1.5. In many cases, the process according to the invention results in acrolein: oxygen: vapor: inert gas volume ratio (l (STP)) in starting reaction gas mixture 2 (fill gas mixture for the acrolein reaction stage) of 1: (1 to 3). : (0.5 to 10) :( 3 to 30), preferably 1: (1 to 3) :( 0.5 to 10) :( 7 to 20).
아크롤레인 반응 단계에 대한 충전 기체 혼합물에서의 아크롤레인 분율은 (앞선 프로펜 반응 단계의 존재 여부와는 관계없음) 예를 들어, 3 또는 6 내지 15 부피%, 자주 4 또는 6 내지 10 부피%, 또는 5 내지 8 부피% (각 경우, 전체 부피를 기준으로 함)의 값일 수 있다. 본 발명의 "아크릴산으로의 아크롤레인 공정"에서 충전 기체 혼합물 (출발 반응 기체 혼합물 2)의 고정 촉매 층 (여기서는, 순수한 비활성 영역을 제외함) 상의 시간 공간 속도는 전형적으로 "아크롤레인으로의 프로펜 공정"에서와 같이, 1000 내지 10000 l (STP)/l·h, 통상 1000 내지 5000 l (STP)/l·h, 자주 1500 내지 4000 l (STP)/l·h일 것이다.The acrolein fraction in the fill gas mixture for the acrolein reaction stage (whether or not there is a previous propene reaction stage) is, for example, 3 or 6 to 15 volume percent, often 4 or 6 to 10 volume percent, or 5 To 8% by volume (in each case based on total volume). In the "acrolein process to acrylic acid process" of the present invention, the temporal space velocity on the fixed catalyst layer (here, except for the pure inert region) of the fill gas mixture (starting reaction gas mixture 2) is typically referred to as "propene process to acrolein". As in, 1000 to 10000 l (STP) / l · h, typically 1000 to 5000 l (STP) / l · h, often 1500 to 4000 l (STP) / l · h.
본 발명에 따른 공정이 수행될 경우, 조정 작업 후, 아크롤레인으로의 프로 펜의 부분 산화에 대한 새로운 고정 촉매 층은 통상적으로 (즉, 아크릴산으로 형성된 아크롤레인의 부분 산화가 이어지는지 여부와 관계없음) 출발 반응 기체 혼합물 1의 조성물을 결정하고, 출발 반응 기체 혼합물 1의 프로펜 부분 산화에 대한 고정 촉매 층 상의 시간 공간 부피를 결정한 후, 고정 촉매 층의 온도 (또는 관 다발 반응기의 가열 구역 내로의 가열 매체의 입구 온도)가 고정 촉매 층을 통한 반응 기체 혼합물 1의 1회 통과에서의 프로펜의 Cpro 전환율이 93 mol% 이상인 방식으로 조절되는 식으로 운전될 것이다. 바람직한 촉매가 사용될 경우, 94 mol% 이상, 또는 95 mol% 이상, 또는 96 mol% 이상, 또는 97 mol% 이상의 Cpro 값 및 자주 심지어는 그 이상의 Cpro 값이 또한 가능하다.When the process according to the invention is carried out, after the adjustment operation a new fixed catalyst layer for partial oxidation of propene to acrolein is usually started (ie irrespective of whether partial oxidation of acrolein formed with acrylic acid is followed) After determining the composition of
아크릴레인으로의 프로펜의 불균질 촉매화 부분 산화가 연속적으로 수행될 경우, 출발 반응 기체 혼합물 1의 조성 및 출발 반응 기체 혼합물 1의 고정 촉매 층 상의 시간 공간 속도는 실질적으로 일정하게 유지될 것이다 (목적할 경우, 시간 공간 속도는 변동하는 시장 수요에 따라 개작됨). 목적하는 목표 통로 내에서의 반응 기체 혼합물의 1회 통과에서의 프로펜 전환율 (즉, 93 mol% 이상, 또는 94 mol% 이상, 또는 95 mol% 이상, 또는 96 mol% 이상, 또는 97 mol% 이상의 Cpro)을 유지하기 위하여, 경시적인 고정 촉매 층의 활성의 저하는 통상적으로 이들 생산 조건 하에서 고정 촉매 층의 온도 (관 다발 반응기의 온도 구역 내로의 가열 매체의 입구 온도)를 올림으로써 때때로 (마찬가지로 가열 매체의 흐름 속도는 통상 적으로 일정하게 실질적으로 유지됨) 억제될 것이다. 그러나, 이러한 상기 절차는 본 명세서 처음에 기술된 단점과 연관된다.If the heterogeneous catalyzed partial oxidation of propene to acrylate is carried out continuously, the composition of the starting
따라서, 독일 특허 제 DE-A 10351269호에 기술되어 있는 바와 같이, 250 내지 550℃의 고정 촉매 층의 온도에서 고정 촉매 층을 통해 산소 분자, 비활성 기체, 적절하다면 증기로 이루어진 기체 혼합물 G를 전도하기 위해서, 상기 절차는 본 발명에 따라 때때로 기체상 부분 산화를 유리하게 방해한다. 이어서, 프로펜의 부분 산화는 실질적으로 반응 조건 (고정 촉매 층 상의 프로펜 시간 공간 속도가 바람직하게는 느리게 회복됨)을 유지하는 동안 지속되고 고정 촉매 층의 온도가 프로펜 전환율이 목적하는 목표 값에 도달하는 방식으로 조정된다. 일반적으로, 동일한 전환율에 대해 이러한 온도 값은 부분 산화의 방해와 기체 혼합물 G로의 본 발명의 처리 전에 고정 촉매 층이 갖는 온도보다 다소 낮은 값일 것이다. 고정 촉매 층의 이러한 온도 값으로부터 출발하여, 부분 산화는 실질적으로 남아 있는 조건을 유지하는 동안 지속되고, 이어 경시적인 고정 촉매 층의 활성 저하는 적절하게 고정 촉매 층의 온도를 때때로 올림으로써 억제될 것이다. 예를 들어, 이어지는 일년 내에, 본 발명에 적절하게 따른 부분 산화는 본 발명의 방식으로 고정 촉매 층을 통해 기체 혼합물 G를 전도하기 위하여, 적어도 한번 방해를 받는다. 이후, 본 발명에 유리하게 따른 부분 산화는 기술된 것 등과 같이 다시 시작된다. 그러나, 작업 압력을 증가시키는 본 발명의 조치는 촉매 층의 작동 시간 동안의 촉매 층의 온도 상승과 함께 그의 영향을 적절하게 발휘할 수 있게 할 것이다. 이는 단계별로 또는 균일하게 수행될 수 있다.Thus, as described in DE-A 10351269, a gas mixture G consisting of oxygen molecules, inert gas, and, if appropriate, steam, is conducted through the fixed catalyst bed at a temperature of the fixed catalyst bed of 250 to 550 ° C. In order to achieve this, the procedure sometimes advantageously interferes with gas phase partial oxidation. Subsequently, partial oxidation of the propene is sustained while substantially maintaining the reaction conditions (propene time space velocity on the fixed catalyst bed is preferably recovered slowly) and the temperature of the fixed catalyst bed is adjusted to the desired target value of the propene conversion. Are adjusted in a way that is reached. In general, for the same conversion, these temperature values will be somewhat lower than the temperature of the fixed catalyst bed before the partial oxidation and the treatment of the invention with the gas mixture G. Starting from this temperature value of the fixed catalyst bed, partial oxidation will continue while maintaining substantially remaining conditions, and over time the deactivation of the fixed catalyst bed will be appropriately suppressed by occasionally raising the temperature of the fixed catalyst bed. . For example, within the following year, the partial oxidation according to the invention is interrupted at least once, in order to conduct the gas mixture G through the fixed catalyst bed in the manner of the invention. Subsequently, the partial oxidation according to the invention commences again as described and the like. However, measures of the present invention that increase the working pressure will make it possible to adequately exert its influence with the rise of the temperature of the catalyst bed during the operating time of the catalyst bed. This can be done step by step or uniformly.
상응하는 방식으로, 본 발명에 따른 공정을 수행할 경우, 아크릴산으로의 아크롤레인의 부분 산화에 대한 새로운 고정 촉매 층은, 조절된 후, 상기 반응 단계의 운전 및 출발 반응 기체 혼합물 2의 조성물을 결정하고 출발 반응 기체 혼합물 2의 적절한 고정 촉매 층 상의 시간 공간 속도를 결정한 후, 고정 촉매 층의 온도 (또는 관 다발 반응기의 가열 구역으로의 가열 매체의 입구 온도)가 고정 촉매 층을 통한 출발 반응 기체 혼합물 2의 1회 통과에서의 아크롤레인의 전환율 Cacr이 90 mol% 이상인 방식으로 조절되는 식으로 통상적으로 운전될 것이다. 바람직한 촉매가 사용될 경우, 92 mol% 이상, 또는 94 mol% 이상, 또는 96 mol% 이상, 또는 98 mol% 이상, 및 자주 심지어는 99 mol% 이상 및 그 이상의 Cacr 값이 또한 가능하다.In a corresponding manner, when carrying out the process according to the invention, a new fixed catalyst bed for the partial oxidation of acrolein to acrylic acid, after being controlled, determines the composition of the starting and starting
아크릴산으로의 아크롤레인의 불균질 촉매화 부분 산화가 연속적으로 수행될 경우, 출발 반응 기체 혼합물 2의 조성 및 출발 반응 기체 혼합물 2의 고정 촉매 층 상의 시간 공간 속도는 실질적으로 일정하게 유지될 것이다 (적절할 경우, 시간 공간 속도는 변동하는 시장 수요에 따라 개작됨). 목적하는 목표 통로 내에서의 충전 기체 혼합물의 1회 통과에 대한 아크롤레인 전환율 (즉, 90 mol% 이상, 또는 92 mol% 이상, 또는 94 mol% 이상, 또는 96 mol% 이상, 또는 98 mol% 이상, 또는 99 mol% 이상의 값)을 유지하기 위하여, 경시적인 고정 촉매 층의 활성 저하는 통상적으로 이들 생산 조건 하에서 고정 촉매 층의 온도 (관 다발 반응기의 온도 구역 내로의 가열 매체의 입구 온도)를 올림으로써 때때로 (마찬가지로 가열 매체 의 흐름 속도는 통상적으로 일정하게 실질적으로 유지됨) 억제될 것이다. 그러나, 이러한 절차는 단독으로 본 명세서의 처음에 기술된 단점과 연관된다.If the heterogeneous catalyzed partial oxidation of acrolein to acrylic acid is carried out continuously, the composition of starting
따라서, 200 내지 450℃의 고정 촉매 층의 온도에서 아크릴산으로의 아크롤레인의 부분 산화의 고정 촉매 층을 통해 기체 혼합물 G를 전도하기 위해서 (아크릴산으로의 프로펜의 2 단계 부분 산화에서, 아크롤레인의 프로펜 산화의 고정 촉매 층을 통해 전도됨), 상기 절차는 기체상 부분 산화를 적어도 한번, 예를 들어, 고정 촉매 층의 취해진 온도 상승은 영구적으로 10℃ 이상 또는 8℃ 이상 (앞서 설정된 고정 촉매 층의 온도를 기준으로)이기 전에 방해될 것이다. 이어서, 부분 산화는 실질적으로 반응 조건 (적절한 고정 촉매 층 상의 아크롤레인의 시간 공간 속도가 예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 10337788호에 기술된 바와 같이 바람직하게는 느리게 회복됨)을 유지하는 동안 지속되고, 고정 촉매 층의 온도가 아크롤레인 전환율이 목적하는 목표 값에 도달하는 방식으로 조정된다. 일반적으로, 동일한 전환율에 대해 이러한 온도 값은 부분 산화의 방해와 기체 혼합물 G로의 본 발명의 처리 전에 고정 촉매 층이 갖는 온도보다 다소 낮은 값일 것이다. 고정 촉매 층의 이러한 온도 값으로부터 출발하여, 아크롤레인의 부분 산화는 실질적으로 남아 있는 조건을 유지하는 동안 지속되고, 이어, 경시적인 고정 촉매 층의 활성 저하는 적절하게 고정 촉매 층의 온도를 때때로 올림으로써 억제된다. 예를 들어, 수행될 고정 촉매 층의 온도 상승이 영구적으로 10℃ 이상 또는 8℃ 이상이기 전에, 본 발명에 따라 부분 산화는 아크릴산으로의 아크롤레인의 아크롤레인 부분 산화의 고정 촉매 층을 통해 기체 혼합물 G를 전도시키기 위해서 (적절할 경우, 프로펜 반응 단 계의 고정 촉매 층을 통해 전도됨), 적어도 한번 이상 방해를 받는다. 이후, 본 발명에 유리하게 따른 부분 산화는 기술된 것 등과 같이 다시 시작된다. 또한, 작업 압력을 증가시키는 본 발명의 조치는 촉매 층의 작동 시간 동안의 촉매 층의 온도 상승과 함께 그의 영향을 적절하게 발휘할 수 있게 할 것이다. 이는 단계별로 또는 균일하게 수행될 수 있다. 아크릴산으로의 프로펜의 본 발명의 2단계 부분 산화의 경우에, 예를 들어, 압력 조절 장치가 각 두 반응 단계의 하류에 탑재되는 것이 가능하고, 추가로 저부 영역에 이들을 응축된 상으로 전도하는 부분 산화의 기상 생성물 기체 혼합물로부터 아크릴산을 전송하는 목적을 가진, 하류 흡수 컬럼 또는 분별 응축 컬럼의 상부에 탑재되는 것이 가능하다. Thus, in order to conduct the gas mixture G through the fixed catalyst layer of partial oxidation of acrolein to acrylic acid at a temperature of the fixed catalyst layer of 200 to 450 ° C. (in a two-step partial oxidation of propene to acrylic acid, propene of acrolein Conducting through the fixed catalyst bed of oxidation), the procedure results in gas phase partial oxidation at least once, for example, the temperature rise taken of the fixed catalyst bed is permanently at least 10 ° C. or at least 8 ° C. On the basis of temperature). Subsequent partial oxidation is then continued while substantially maintaining the reaction conditions (the temporal space velocity of the acrolein on the appropriate fixed catalyst bed is preferably recovered slowly, for example as described in DE-A 10337788). The temperature of the fixed catalyst bed is adjusted in such a way that the acrolein conversion reaches the desired target value. In general, for the same conversion, these temperature values will be somewhat lower than the temperature of the fixed catalyst bed before the partial oxidation and the treatment of the invention with the gas mixture G. Starting from this temperature value of the fixed catalyst bed, partial oxidation of acrolein lasts while maintaining substantially remaining conditions, and then over time the deterioration of the activity of the fixed catalyst bed is appropriately achieved by occasionally raising the temperature of the fixed catalyst bed. Suppressed. For example, before the temperature rise of the fixed catalyst bed to be carried out is permanently at least 10 ° C. or at least 8 ° C., the partial oxidation according to the invention is carried out through the gas mixture G through the fixed catalyst bed of acrolein partial oxidation of acrolein to acrylic acid. In order to conduct (when appropriate, through the fixed catalyst bed of the propene reaction stage), it is interrupted at least once. Subsequently, the partial oxidation according to the invention commences again as described and the like. In addition, the measures of the present invention that increase the working pressure will allow to properly exert its influence with the temperature rise of the catalyst bed during the operating time of the catalyst bed. This can be done step by step or uniformly. In the case of the two-step partial oxidation of the present invention of propene to acrylic acid, for example, it is possible for a pressure regulating device to be mounted downstream of each of the two reaction stages and further to conduct them to the condensed phase in the bottom region. It is possible to mount on top of a downstream absorption column or a fractional condensation column, for the purpose of transferring acrylic acid from the gaseous product gas mixture of partial oxidation.
그러나, 이러한 2단계 반응의 경우에, 아크롤레인이 부분적으로 아크릴산으로 산화되는 제2 반응 단계 (바람직하게는 생성물 기체 혼합물의 출구에서 바로) 하류에 있는 압력 조절 장치가 자주 충분하다.In the case of this two-stage reaction, however, a pressure regulator is often sufficient downstream of the second reaction stage (preferably directly at the outlet of the product gas mixture) in which the acrolein is partially oxidized to acrylic acid.
놀랍게도, 연장된 운전 시간에 걸쳐 부분적으로 불활성화된 고정 촉매 층의 경우, 작업 압력의 증가 조치는 촉매 층의 재활성화를 가져온다. 또한, 놀랍게도, 압력 증가가 분별력있게 수행될 경우, 촉매 층, 특히 고정 촉매 층의 목표 생성물 형성의 선택도에서의 유의한 감소가 발생하지 않는다.Surprisingly, in the case of a fixed catalyst layer which has been partially deactivated over an extended operating time, an increase in the working pressure results in reactivation of the catalyst bed. Surprisingly, furthermore, when the pressure increase is carried out discreetly, no significant decrease in the selectivity of the target product formation of the catalyst bed, in particular the fixed catalyst bed, occurs.
따라서, 본 발명에 따른 공정은 한편으로는 이들을 부분적으로 또는 완전히 교환하기 전에 반응기 계에서 보다 긴 촉매 층, 특히 고정 촉매 층의 가동 시간을 가능하게 한다. 반면에, 시간에 대해 적분한, 달성된 반응물 전환율도 마찬가지로 증가된다.The process according to the invention thus enables, on the one hand, the uptime of a longer catalyst bed, in particular a fixed catalyst bed, in the reactor system before they are partially or fully exchanged. On the other hand, the achieved reactant conversion, integrated over time, is likewise increased.
본 발명에 따른 공정은 아크롤레인으로의 프로펜의 부분 산화의 경우 (아크릴산으로의 아크롤레인의 부분 산화의 경우), 프로펜 (아크롤레인)의 고정 촉매 층 상의 시간 공간 속도 110 l (STP)/l·h 이상, 또는 120 l (STP)/l·h 이상, 또는 130 l (STP)/l·h 이상 (보다 높은 반응물 시간 공간 속도 하에서, 촉매는 일반적으로 보다 빨리 불활성화됨)에서 운전될 경우에 특히 유리하다. 직렬로 연결된 아크릴산으로의 프로펜의 2단계 부분 산화의 경우, 아크롤레인의 아크롤레인 부분 산화에 대한 고정 촉매 층 상의 시간 공간 속도는 각 경우에 프로펜 부분 산화에 대한 고정 촉매 층 상의 프로펜 시간 공간 속도 아래로 20 l (STP)/l·h 이하일 수 있다.The process according to the invention is for the partial oxidation of propene to acrolein (for partial oxidation of acrolein to acrylic acid), the temporal space velocity 110 l (STP) / l · h on the fixed catalyst layer of propene (acrolein) At least 120 l (STP) / l · h, or at least 130 l (STP) / l · h (under higher reactant time-space velocities, the catalyst generally deactivates faster) It is advantageous. For two-stage partial oxidation of propene to series-linked acrylic acid, the temporal space velocity on the fixed catalyst layer for acrolein partial oxidation of acrolein is in each case below the propene time space velocity on the fixed catalyst layer for propene partial oxidation. And 20 l (STP) / l · h or less.
본 발명에 따른 공정을 촉매 층의 중간체 재생에 대한 절차와 결합할 경우, 장기 운전시 항상 설정 최대 온도 미만으로 미리 결정된 전환율에서 촉매 층을 운전하는 것이 가능하다.When combining the process according to the invention with the procedure for intermediate regeneration of the catalyst bed, it is possible to operate the catalyst bed at a predetermined conversion rate, always below the set maximum temperature, for long term operation.
생성물 기체 혼합물로부터의 아크릴산의 제거와 연관된 순환 기체 형성은 국제 특허 공개 제 WO 97/48669호에 기술되어 있는 바와 같이 수행할 수 있다.Circulating gas formation associated with the removal of acrylic acid from the product gas mixture can be carried out as described in WO 97/48669.
일반적으로, 아크롤레인 및 아크릴산 각각으로의 프로펜 부분 산화 및 아크롤레인 부분 산화에 대해 새로이 충전된 고정 촉매 층은 유럽 특허 제 EP-A 990 636호 및 동 제 EP-A 11 06 598호에 기술되어 있는 바와 같이, 열점 (hotspot) 형성 및 이들의 온도 선택도 모두가 매우 낮은 방식으로 구성될 것이다.In general, a freshly charged fixed catalyst layer for propene partial oxidation and acrolein partial oxidation to acrolein and acrylic acid, respectively, is described in EP-A 990 636 and EP-
최종적으로, 본 명세서에서 언급되고 논의한 모든 기상 부분 산화에서, 본 발명의 작업 압력의 증가는 하나 이상의 촉매 층의 2000 시간 후, 또는 4000 시간 후, 또는 7000 시간 후, 또는 9000 시간 후, 또는 12000 시간 후, 또는 15000 시간 후, 또는 18000 시간 후, 또는 21000 시간 후, 또는 24000 시간 후, 또는 27000 시간 후, 또는 30000 시간 후, 또는 그 이상의 운전 시간 후 수행될 것을 강조해야 한다. 중간체 재생은 그 안에 포함된다. 아크릴산으로의 프로펜의 2 단계 프로펜 부분 산화에서, 새로운 촉매 층의 경우에, 입구 압력으로 1.4 내지 1.9 bar의 프로펜 반응 단계로의 반응 운전을 시작하고 운전 시간에 걸쳐 상기 입구 압력을 2.5 내지 3.0 bar로 올리는 것이 유리하다는 것이 발견되었다.Finally, in all gas phase partial oxidations mentioned and discussed herein, the increase in the working pressure of the present invention is after 2000 hours, or after 4000 hours, or after 7000 hours, or after 9000 hours, or 12000 hours of at least one catalyst bed. It should be emphasized that after, or after 15000 hours, or after 18000 hours, or after 21000 hours, or after 24000 hours, or after 27000 hours, or after 30000 hours, or after more operating hours. Intermediate regeneration is included therein. In the two-step propene partial oxidation of propene to acrylic acid, in the case of a new catalyst layer, the reaction operation is started to a propene reaction stage of 1.4 to 1.9 bar at the inlet pressure and the inlet pressure is increased to 2.5 to over the operating time. It has been found advantageous to raise to 3.0 bar.
또한, 본 발명에 따른 공정의 작업은 출발 반응 기체 혼합물을 필요한 작업 압력으로 만들어 주기 위해서, 산소 공급원으로 전형적으로 사용되는 공기를 압축하는 하나 이상의 공기 압축기 (예를 들어, 독일 특허 제 DE-A 10259023호 및 동 제 DE-A 10353014호에 따른 방사형 압축기)를 통상적으로 필요로 하는 것을 강조해야 한다. 통상적으로, 불균질 촉매화 부분 기체상 산화에 사용되는 공기 압축기는 경제적 이유로 인해 출발 반응 기체 혼합물의 촉매 층 상에서의 소정의 시간 공간 속도에서, 기껏해야 0.5 bar 이하의 작업 압력을 통과할 수 있도록 설계된다. 따라서, 본 발명의 절차를 실현하기 위해, 반응 기체 혼합물에 대한 유리한 공기 압축기 (예를 들어, 언급한 방사형 압축기)를 소정의 시간 공간 속도에서 이들이 0.5 초과 내지 4 bar, 자주 0.6 내지 3.5 bar, 많은 경우에 0.7 내지 3 bar, 및 종종 0.8 내지 2.5 bar 또는 1 내지 2 bar (즉, 압축기에 의한 최대 가능한 작업 압력은 최소 작업 압력 이상으로 4 bar 이하일 수 있음)를 통과할 수 있는 방식으로 설계한다. 특히, 이는 출발 반응 기체 혼합물의 촉매 층 상의 시간 공간 속도가 1500 l (STP)/l·h 이상, 또는 2000 l (STP)/l·h 이상, 또는 2500 l (STP)/l·h 이상, 또는 3000 l (STP)/l·h 이상, 또는 4000 l (STP)/l·h 이상일 경우에 해당된다. 일반적으로, 본 발명에 따른 공정에서 앞선 언급된 시간 공간 속도는 5000 l (STP)/l·h 이하의 값이다. 임의로는, 출발 기체 혼합물의 다른 성분 (예를 들어, 순환 기체)을, 필요할 경우, 공기 압축기에서 작업 압력으로 만들 수 있다. 그러나, 프로펜 및 프로판과 같은 반응물은 통상 액체로서 저장되고, 일반적으로 이들로부터 작업 압력으로 직접 증발될 수 있다. 일부 경우에, 순환 기체는 개별적으로 압축된다.In addition, the operation of the process according to the present invention may also be carried out by one or more air compressors (for example DE-A 10259023, German patent) which compress the air typically used as an oxygen source, in order to bring the starting reaction gas mixture to the required working pressure. It should be emphasized that the need for a conventional and radial compressor according to DE-A 10353014). Typically, air compressors used for heterogeneous catalyzed partial gas phase oxidation are designed to allow a pressure of at most 0.5 bar to pass at a predetermined time and space velocity on the catalyst bed of the starting reaction gas mixture for economic reasons. do. Thus, in order to realize the procedure of the present invention, advantageous air compressors (e.g., the radial compressors mentioned) for the reaction gas mixtures may be used at predetermined time and space velocities where they are greater than 0.5 to 4 bar, often 0.6 to 3.5 bar, In such a way that they can pass between 0.7 and 3 bar, and often between 0.8 and 2.5 bar or between 1 and 2 bar (ie the maximum possible working pressure by the compressor can be up to 4 bar above the minimum working pressure). In particular, this means that the time space velocity on the catalyst bed of the starting reaction gas mixture is at least 1500 l (STP) / l · h, or at least 2000 l (STP) / l · h, or at least 2500 l (STP) / l · h, Or 3000 l (STP) / l · h or more, or 4000 l (STP) / l · h or more. In general, the aforementioned time space velocity in the process according to the invention is a value of 5000 l (STP) / l · h or less. Optionally, other components of the starting gas mixture (eg circulating gas) can be brought to working pressure in an air compressor, if necessary. However, reactants such as propene and propane are usually stored as liquids and can generally be evaporated directly from them to working pressure. In some cases, the circulating gas is compressed separately.
실시예 및 비교 실시예Examples and Comparative Examples
A) 아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화에서 사용되는 촉매 Cp의 제조A) Preparation of Catalyst C p Used in Partial Oxidation of Propene to Acrolein
하기 화학량론식의 활성 다금속 산화물을 갖는 환형 지지 촉매의 제조Preparation of Cyclic Supported Catalysts Having Stoichiometric Active Multimetal Oxides
[Bi2W2O9·2WO3]0.5[Mo12Co5.5Fe2.94Si1.59K0.06Ox]1.[Bi 2 W 2 O 9 · 2WO 3 ] 0.5 [Mo 12 Co 5.5 Fe 2.94 Si 1.59 K 0.06 O x ] 1 .
1. 출발 조성물 1의 제조1. Preparation of Starting
텅스텐산 209.3 kg (W 72.94 중량%)을 25℃에서 질산 중의 수성 비스무스 니트레이트 용액 (Bi 11.2 중량%; 유리 질산 3 내지 5 중량; 물질 밀도: 1.22 내지 1.27 g/ml) 775 kg에 나누어 교반시켰다. 이어서, 생성된 수성 혼합물을 25℃에서 추가 2시간 동안 교반시키고, 이어서 분무 건조시켰다.209.3 kg (W 72.94 wt.%) Of tungstic acid were stirred in portions at 775 kg at 25 ° C. in aqueous bismuth nitrate solution (Bi 11.2 wt.%; Free
분무 건조는 회전 디스크 분무 탑에서 기체 입구 온도 300±10℃ 및 기체 출 구 온도 100±10℃에서 역방향으로 수행하였다. 발화 손실 (공기 중에서 3시간 동안 600℃에서 발화시킴)이 12 중량%인 생성된 분무 분말 (입자 크기가 실질적으로 균일하게 30 μm)을 이어서 물 16.8 중량% (분말 기준)를 사용한 혼련기에서 페이스트로 전환시켰고, 압출기 (회전 모멘트: 50 Nm 이하)를 사용하여 직경 6 mm의 압출물로 압출하였다. 이들을 6 cm 구획으로 절단하였고, 공기 중에서 3-구역 벨트 건조기 상에서 온도 90-95℃ (구역 1) 및 125℃ (구역 2) 및 125℃ (구역 3)에서 체류시간 120분 동안 건조시키고, 이어서 780 내지 810℃의 온도에서 열적으로 처리하였다 (소성시킴; 공기가 흐르는 회전 관 오븐 (용량 1.54 m3, 200 m3 (STP) 공기/시간). 정확하게 소성 온도를 조절할 때, 소성 생성물의 목적하는 상 조성을 정하는 것이 필수적이다. 목적하는 상이 WO3 (단사정체) 및 Bi2W2O9이었고, γ-Bi2WO6 (레셀라이트 (Russellite))의 존재는 목적하지 않았다. 따라서, 화합물 γ-Bi2WO6는 소성 후 반사각 2θ = 28.4° (CuKα 조사)에서 여전히 X선 분말 회절분석기에 반사에 의해 측정될 경우, 반사가 사라질 때까지 제조를 반복해야만 하였고, 특정 온도 범위 내에서 소성 온도를 올리거나 일정한 소성 온도에서 체류시간을 증가시켰다. 이러한 방식으로 얻어진 예비성형된 소성 혼합된 산화물을, 생성된 입자 크기의 X50 값 (문헌 [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition (1998) Electronic Release, Chapter 3.1.4 또는 DIN 66141]참조)이 5 mm이도록 분쇄하였다. 이어서, 분쇄된 물질을 데구사사 (Degussa)로부터의 시페르나 트 (Sipernat, 등록상표) 유형의 1 중량% (분쇄된 물질 기준)의 미세하게 나뉘어진 SiO2 (벌크 밀도 150 g/l; SiO2 입자의 X50 값은 10 μm이고, BET 표면적은 100 m2/g이었음)와 혼합하였다.Spray drying was performed in a reverse direction at a gas inlet temperature of 300 ± 10 ° C. and a gas outlet temperature of 100 ± 10 ° C. in a rotating disk spray tower. The resulting spray powder (30 μm of particle size is substantially uniform) of 12% by weight of ignition loss (ignition at 600 ° C. for 3 hours in air) followed by paste in a kneader with 16.8% by weight of water (based on powder) And extruded into a 6 mm diameter extrudate using an extruder (rotation moment: 50 Nm or less). They were cut into 6 cm sections and dried in air on a 3-zone belt dryer at temperatures 90-95 ° C. (zone 1) and 125 ° C. (zone 2) and 125 ° C. (zone 3) for 120 minutes of residence time, followed by 780 Thermally treated (fired; air-flowing rotary tube oven (volume 1.54 m 3 , 200 m 3 (STP) air / hour). The composition was essential: the desired phases were WO 3 (monocrystalline) and Bi 2 W 2 O 9, and the presence of γ-Bi 2 WO 6 (Russellite) was not intended, therefore, the compound γ-Bi 2 WO 6 had to repeat the manufacture until reflection disappeared, if still measured by reflection in X-ray powder diffractometer at reflection angle 2θ = 28.4 ° (CuKα irradiation) after firing, raising firing temperature within specific temperature range Or at constant firing temperature Increased the time. X 50 value of the preformed calcined mixed oxide obtained in this way, the resulting particle size (as described in [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition (1998) Electronic Release, Chapter 3.1.4 or DIN 66141 ] Is then 5 mm.The milled material is then subdivided into 1% by weight (based on milled material) of Sipernat® type from Degussa. It was mixed with SiO 2 (bulk density 150 g / l; X 50 value of SiO 2 particles was 10 μm and BET surface area was 100 m 2 / g).
2. 출발 조성물 2의 제조 2. Preparation of Starting
용액 A를 213 kg의 암모늄 헵타몰리브데이트 테트라히드레이트 (MoO3 81.5 중량%)를 60℃에서 600 l 물에 교반과 함께 용해시켜 제조하였고, 생성된 용액을 60℃를 유지하면서 수산화칼륨 수용액 0.97 kg (KOH 46.8 중량%)과 함께 20℃에서 교반하여 혼합하였다.Solution A was prepared by dissolving 213 kg of ammonium heptamolybdate tetrahydrate (MoO 3 81.5 wt.%) At 60 ° C. in 600 l water with stirring, and the resulting solution was maintained at 60 ° C. in an aqueous solution of potassium hydroxide 0.97 It stirred and mixed at 20 degreeC with kg (KOH 46.8 weight%).
용액 B를 60℃에서 질산코발트(II) 수용액 262.9 kg (Co 12.4 중량%)에 질산철(III) 수용액 (Fe 14.2 중량%) 116.25 kg를 도입함으로써 제조하였다. 이어서, 60℃를 유지하면서, 용액 B를 초기 충전된 용액 A로 30분에 걸쳐서 연속적으로 공급하였다. 이어서, 혼합물을 60℃에서 15분 동안 교반하였다. 이어서, 듀퐁사 (Dupont)로부터의 루독스 (Ludox) 실리카겔 (SiO2 46.80 중량%, 밀도: 1.36 내지 1.42 g/ml, pH 8.5 내지 9.5, 최대 알칼리 함량 0.5 중량%) 19.16 kg을 생성된 수성 혼합물에 첨가하였고, 혼합물을 이후로 60℃에서 추가 15분 동안 교반하였다.Solution B was prepared by introducing 116.25 kg of iron (III) nitrate solution (14.2 wt.% Fe) into 262.9 kg (12.4 wt.% Co) aqueous solution of cobalt nitrate at 60 ° C. The solution B was then continuously fed over 30 minutes into the initially charged solution A while maintaining 60 ° C. The mixture was then stirred at 60 ° C. for 15 minutes. Subsequently, 19.16 kg of Ludox silica gel (SiO 2 46.80 wt%, density: 1.36-1.42 g / ml, pH 8.5-9.5, maximum alkali content 0.5 wt%) from Dupont was produced 19.16 kg Was added and the mixture was then stirred at 60 ° C. for an additional 15 minutes.
이어서, 혼합물을 회전 디스크 분무 탑 (기체 입구 온도 400±10℃, 기체 출구 온도 140±5℃)에서 역방향으로 분무 건조시켰다. 생성된 분무 분말은 발화 손실 (600℃에서 3시간 동안 공기 중에서 발화시킴)이 대략 30 중량%이었고, 실질적으로 균일한 입자 크기가 30 μm이었다.The mixture was then spray dried in reverse at a rotating disk spray tower (
다금속 산화물 활성 조성물의 제조Preparation of Multimetal Oxide Active Compositions
출발 조성물 1을 균일하게 출발 조성물 2와 화학량론식이 Starting
[Bi2W2O9·2WO3]0.5[Mo12Co5.5Fe2.94Si1.59K0.08Ox]1 [Bi 2 W 2 O 9 · 2WO 3 ] 0.5 [Mo 12 Co 5.5 Fe 2.94 Si 1.59 K 0.08 O x ] 1
인 다금속 산화물 활성 조성물에 필요한 양으로 블레이드 헤드 (bladed head)를 갖는 혼합기에서 혼합하였다. 상기 언급된 전반적인 조성물에 기초하여, 팀칼 아게사 (Timcal AG, 미국 샌안토니오 소재)의 팀렉스 (TIMREX) P44 유형 (체질 분석: 최소 50 중량% 24 μm 미만, 최대 10 중량% 24 μm 이상 및 48 μm 이하, 최대 5 중량% 48 μm 초과, BET 표면적: 6 내지 13 m2/g)인 추가 1 중량%의 미세하게 나뉘어진 흑연을 균질하게 혼합하였다. 이어서, 생성된 혼합물을 요면의 홈이 파인 미끄러운 롤을 가진 K200/100 압축기 유형 (간극 폭: 2.8 mm, 체 폭: 1.0 mm, 보다 낮은 입자 크기 체 폭: 400 μm, 목표 압축력: 60 kN, 스크류 회전 속도: 65 내지 70 회전/분)의 압축기 (호소까와 베펙스사 (Hosokawa Bepex GmbH) 제품, 독일 D-74211 라인가르텐 소재)에 이송시켰다. 생성된 압축물은 10 N의 경도를 갖고 400 μm 내지 1 mm의 실질적으로 균일한 입자 크기를 가졌다.Mix in a mixer with a blade head in the amount required for the phosphorus multimetal oxide active composition. Based on the overall composition mentioned above, Timlex AG (TIMREX) P44 type (Constitution analysis: at least 50% by weight less than 24 μm, at least 10% by weight at least 24 μm and 48 from Timcal AG, San Antonio, USA) An additional 1% by weight of finely divided graphite, up to 48 μm, up to 5% by weight, up to 48 μm, BET surface area: 6-13 m 2 / g) was homogeneously mixed. The resulting mixture was then subjected to a K200 / 100 compressor type with grooved slippery grooves (gap width: 2.8 mm, sieve width: 1.0 mm, lower particle size sieve width: 400 μm, target compression force: 60 kN, screw Rotational speed: 65 to 70 revolutions per minute) was transferred to a compressor (Hosokawa Bepex GmbH, Reingarten, D-74211, Germany). The resulting compact had a hardness of 10 N and had a substantially uniform particle size of 400 μm to 1 mm.
이어서, 압축물을 그의 중량에 기준으로, 추가 2 중량%의 동일한 흑연과 혼합하고 이어서, 킬리안사 (Kilian, 독일 D-50735 콜로그네 소재)의 Rx73 유형의 킬리안 회전식 태블릿팅 프레스 (rotary tableting press)에서 질소 분위기 하에 압축하여, 측면 파쇄 강도가 19 N ± 3N인, 5 mm×3 mm×2 mm (외경×길이×내경) 형상의 환형 성형된 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체를 얻었다.The compact is then mixed with an additional 2% by weight of the same graphite, based on its weight, followed by a rotary tableting press of type Rx73 from Kilian, D-50735 Cologne, Germany. Under an atmosphere of nitrogen to obtain an annular shaped unsupported catalyst precursor body of 5 mm × 3 mm × 2 mm (outer diameter × length × inner diameter) shape with a side breaking strength of 19 N ± 3N.
본원에서, 측면 파쇄 강도는 환형 성형된 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체를 오른쪽 각도에서 원통형 표면으로 (즉, 고리 오리피스의 표면에 평행하게) 압축할 때의 파쇄 강도를 가리킨다.As used herein, lateral fracture strength refers to fracture strength when compressing an annular shaped unsupported catalyst precursor body to a cylindrical surface (ie, parallel to the surface of the ring orifice) at the right angle.
본 명세서에서 모든 측면 파쇄 강도는 쯔비크사 (Zwick GmbH & Co., 독일 D-89079 울름 소재)로부터의 Z 2.5 / TS1S 유형의 물질 시험기를 사용하여 결정하였다. 상기 물질 시험기는 단일 운동력 (single-impetus), 정적, 동적, 또는 변화 프로파일 (varying profile)을 갖는 유사 정적 응력에 대해 설계되었다. 이는 인장, 압축 및 굽힘 실험에 적합하다. 제조사 번호가 03-2038인 A.S.T사 (독일 D 01307 드레스덴 소재)로부터의 KAF-TC 유형의 설치된 힘 전환기 (transducer)는 DIN EN ISO 7500-1에 따라 검정되었고, 1-500 N 측정 범위에서 사용될 수 있었다 (상대적 측정 불확실성: ± 0.2%).All lateral fracture strengths herein were determined using a Z 2.5 / TS1S type material tester from Zwick GmbH (D-89079 Ulm, Germany). The material tester was designed for similar static stresses with a single-impetus, static, dynamic, or varying profile. It is suitable for tensile, compression and bending experiments. The installed force transducer of the KAF-TC type from AST company (Manufacturer D 01307 Dresden, Germany) with manufacturer number 03-2038 has been calibrated according to DIN EN ISO 7500-1 and can be used in the 1-500 N measuring range. (Relative measurement uncertainty: ± 0.2%).
초기 힘: 0.5 N,Initial force: 0.5 N,
초기 힘 속도: 10 mm/min,Initial force speed: 10 mm / min,
실험 속도: 1.6 mm/minExperimental Speed: 1.6 mm / min
의 매개 변수로 측정을 수행하였다.The measurement was carried out with a parameter of.
상부 다이를 초기에 환형 성형된 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체의 원통형 표면 바로 위까지 천천히 낮춰졌다. 이어서, 추가로 낮추기 위해 필요한 최소 초기 힘으로 명백하게 보다 느린 실험 속도로 계속해서 낮추기 위해서, 상부 다이를 멈췄다.The upper die was slowly lowered just above the cylindrical surface of the initially annular unsupported catalyst precursor body. The upper die was then stopped to continue lowering at apparently slower experimental speeds with the minimum initial force needed to lower further.
성형된 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체가 균열 형성을 보이는 초기 힘이 측 면 파쇄 강도 (SCS)이다.The initial force at which the shaped unsupported catalyst precursor body shows crack formation is the side fracture strength (SCS).
최종 열처리 동안, 각 경우에서, 성형된 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체 1000 g을 공기가 흐르는 머플 노 (용량 60 l, 성형된 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체의 그램 당 1 l/h의 공기)에서 초기에 실온 (25℃)에서 190℃로, 가열 속도 180℃/시간로 가열하였다. 상기 온도를 1시간 동안 유지한 후, 가열 속도 60℃/시간으로 210℃로 상승시켰다. 이어, 210℃ 온도를 1시간 동안 유지시킨 후, 가열 속도 60℃/시간으로 230℃로 상승시켰다. 이 온도에서 1시간 동안 유지시킨 후, 60℃/시간의 가열속도로 상기 온도를 마찬가지로 265℃까지 올렸다. 이어서, 265℃의 온도를 마찬가지로 1시간 동안 유지시켰다. 그후, 노를 초기에 실온으로 냉각시켜, 분해 상을 실질적으로 완료시켰다. 이어서, 노를 180℃/시간의 가열 속도로 465℃까지 가열시키고, 상기 소성 온도를 4시간 동안 유지하였다.During the final heat treatment, in each case, 1000 g of the shaped unsupported catalyst precursor body was initially placed in an airflow muffle furnace (capacity 60 l, 1 l / h air per gram of the shaped unsupported catalyst precursor body). Heated to 190 ° C. at room temperature (25 ° C.) at a heating rate of 180 ° C./hour. The temperature was maintained for 1 hour and then raised to 210 ° C. at a heating rate of 60 ° C./hour. The temperature was then maintained at 210 ° C. for 1 hour and then raised to 230 ° C. at a heating rate of 60 ° C./hour. After holding at this temperature for 1 hour, the temperature was likewise raised to 265 ° C at a heating rate of 60 ° C / hour. The temperature of 265 ° C. was then maintained for 1 hour as well. The furnace was then initially cooled to room temperature to substantially complete the decomposition phase. The furnace was then heated to 465 ° C. at a heating rate of 180 ° C./hour and the firing temperature was maintained for 4 hours.
환형 지지되지 않은 촉매 Cp를 고리형 성형된 지지되지 않은 촉매 전구체 몸체로부터 얻었다.The cyclic unsupported catalyst C p was obtained from the cyclic shaped unsupported catalyst precursor body.
생성된 환형 지지되지 않은 촉매 Cp에 대한 비표면적 S, 전체 공극 부피 V, 전체 공극 부피에 가장 큰 기여를 하는 공극 직경 dmax, 및 전체 공극 부피에서 직경이 0.1 초과 1 μm 이하인 이들 공극 직경의 백분율은 하기와 같았다.Specific surface area S for the resulting cyclic unsupported catalyst C p , the total pore volume V, the pore diameter d max which contributes the largest contribution to the total pore volume, and those pore diameters with a diameter greater than 0.1 and less than 1 μm in the total pore volume. The percentages were as follows.
S = 7.6 cm2/g.S = 7.6 cm 2 / g.
V = 0.27 cm3/g.V = 0.27 cm 3 / g.
dmax [μm] = 0.6.d max [μm] = 0.6.
V0.1 1-% = 79.V 0.1 1-% = 79.
추가로, 겉보기 물질 밀도 대 실제 물질 밀도 ρ의 비율 R (유럽 특허 제 EP-A 1340538호에 규정된 바와 같음)은 0.66이었다.In addition, the ratio R of the apparent material density to the actual material density ρ (as defined in EP-A 1340538) was 0.66.
산업적 규모에서, 동일한 환형 촉매를 벨트 소성 장치를 사용하여 (분해 (챔버 1 내지 4)시 층 높이가 유리하게는 챔버 당 체류 시간 1.46 시간에서 44 mm이었고, 소성 (챔버 5 내지 8)시 유리하게 4.67 시간의 체류 시간에서 130 mm인 것은 제외하고) 독일 특허 제 DE-A 10046957호의 실시예 1에 기술되어 있는 것처럼 열처리하여 제조하였다. 챔버의 표면적 (1.40 m의 균일한 챔버 길이에서)은 1.29 m2 (분해) 및 1.40 m2 (소성)이었고, 회전 통풍기에 의해 흡입된 공급 공기 75 m3 (STP)/시간으로 성긴-메쉬 벨트 (coarse-mesh belt)를 통해 아래로부터 흘렀다. 챔버 내에서, 목표 값으로부터의 온도의 일시적이고 국소적인 이탈은 항상 2℃ 이하이었다. 그밖에, 절차는 독일 특허 제 DE-A 10046957호의 실시예 1에 기술되어 있는 바와 같았다.On an industrial scale, the same cyclic catalyst was used with a belt firing device (the bed height at decomposition (
B) 아크릴산으로의 아크롤레인 부분 산화에 사용되고, 활성 조성물의 화학량론식이 Mo12V3W1.2Cu2.4Ox인 촉매 CA (코팅 촉매)의 제조 B) Preparation of Catalyst C A (Coating Catalyst) Used for Partial Oxidation of Acrolein to Acrylic Acid and with a Stoichiometric Formula of Mo 12 V 3 W 1.2 Cu 2.4 O x
1. 소성에 사용된 회전식 관 노의 일반적인 설명1. General description of the rotary tube furnace used for firing
회전식 관 노의 개괄적인 도면을 본 명세서에 첨부된 도 1에 도시하였다. 다음의 참조 번호는 도 1에 관한 것이다.A schematic drawing of a rotary tube furnace is shown in FIG. 1 attached hereto. The following reference numerals relate to FIG. 1.
회전식 관 노의 중앙 부재는 회전식 관 (1)이다. 길이가 4000 mm이고, 내경이 700 mm이었다. 1.4893 스테인리스 강철로 만들어졌으며, 벽 두께는 10 mm이었다.The central member of the rotary tube furnace is the
회전식 관 노의 내부 벽에는 높이가 5 cm이고 길이가 23.5 cm인 승강용 창 (lifting lance)이 탑재되어 있었다. 이들은 주로 회전식 관 노에서 열적으로 처리된 물질을 들어올려 이들을 혼합시키는 목적으로 사용되었다.The inner wall of the rotary tube furnace was equipped with a
회전식 관 노의 똑같은 높이에서 각 경우에 4개의 승강용 창 (4 중)이 원주 주위에 (각 경우 90°로 분리) 등거리로 탑재되었다. 회전식 관 노를 따라 8개의 4중 창 (각 23.5 cm 떨어짐)이 배치되었다. 두개의 인접한 4중 승강용 창은 원주 상에서 서로에 대해서 한쪽으로 치우쳤다. 회전식 관 노의 출발 및 종료에는 (처음 및 마지막 23.5 cm) 승강용 창이 없었다.At the same height of the rotary tube furnace, four lifting windows (quadrant) in each case were mounted equidistant around the circumference (in each case separated by 90 °). Eight quadrants (23.5 cm apart) were placed along the rotary tube furnace. Two adjoining quadruple hoisting windows are oriented to one side with respect to each other on the circumference. At the start and end of the rotary tube furnace (first and last 23.5 cm) there was no lift window.
회전식 관의 길이로 연속되고 동일한 길이인 4개의 전기적으로 가열되는 (저항 가열) 가열 구역을 갖고 회전식 관 노의 원주를 각각 둘러싸는 육면체 (2)에서 회전식 관은 자유롭게 회전하였다. 가열 구역 각각은 적절한 회전 관 구역을 실온 내지 850℃ 사이의 온도로 가열할 수 있었다. 각 가열 구역의 최대 가열 출력은 30 kW이었다. 전기적 가열 구역 및 회전식 관 외부 표면 사이의 거리는 약 10 cm이었다. 출발 및 종료 지점에서, 회전식 관은 육면체 너머로 대략 30 cm 돌출되어 있었다.The rotatable tube was freely rotated in a cube (2) each having four electrically heated (resistance heating) heating zones of continuous and equal length of the rotatable tube and each surrounding the circumference of the rotatable tube furnace. Each of the heating zones could heat the appropriate rotating tube zone to a temperature between room temperature and 850 ° C. The maximum heating power of each heating zone was 30 kW. The distance between the electrical heating zone and the rotary tube outer surface was about 10 cm. At the start and end points, the rotatable tube protruded approximately 30 cm beyond the cube.
회전 속도는 분당 0 내지 3 회전수 사이로 가변적으로 조정될 수 있었다. 회전식 관은 왼쪽 또는 오른쪽으로 회전될 수 있었다. 오른쪽으로 회전될 경우, 물질은 회전식 관에 남아 있었다. 왼쪽으로 회전될 경우, 물질은 입구 (3)에서 출구로 (4)로 이송되었다. 수평면에 대한 회전식 관의 경사각은 0° 내지 2° 사이로 조정될 수 있었다. 회분식 운전 중에는 사실상 0°이었다. 연속식 운전에서는 회전 관의 가장 낮은 지점은 물질 출구이었다. 회전식 관은 전기적 가열 구역을 끄고 통풍기 (5)를 킴으로써 빠르게 냉각될 수 있었다. 이는 육면체의 저부에서 구멍 (6)을 통해 주변 공기를 빨아들여, 뚜껑에서 가변적으로 조정가능한 개구부를 갖는 3개의 플랩 (flap) (7)을 통해 이송하였다.The rotation speed could be variably adjusted between 0 and 3 revolutions per minute. The carousel could be rotated left or right. When rotated to the right, the material remained in the rotary tube. When rotated to the left, the material was transferred from
물질 입구는 회전식 스타 공급장치 (rotary star feeder) (질량 조절)를 통해 조절되었다. 물질 배출은 이미 언급했듯이, 회전식 관의 회전 방향을 통해 조절되었다.The material inlet was controlled via a rotary star feeder (mass control). Material discharge was controlled through the direction of rotation of the rotary tube, as already mentioned.
회전식 관의 회분식 운전의 경우, 250 내지 500 kg의 물질 양이 열적으로 처리될 수 있었다. 양은 통상적으로 회전식 관의 가열 구역에서 배타적으로 배치되었다.In the case of a batch operation of the rotary tube, an amount of material of 250 to 500 kg could be thermally treated. Amounts were typically placed exclusively in the heating zone of the rotary tube.
회전식 관의 중심 축에 놓여 있는 창 (8)로부터, 총 3개의 열전소자 (9)는 800 mm 간격으로 물질로 수직으로 향하였다. 본 명세서에서, 물질의 온도는 3개의 열전소자 온도의 산술 평균을 가리킨다. 본 발명에 따라, 회전식 관 중의 물질 내에서 두번 측정된 온도의 최대 편차는 대략 30℃ 미만, 바람직하게는 20℃ 미만, 보다 바람직하게는 10℃ 미만, 및 가장 바람직하게는 5 또는 3℃ 미만이었다.From the
기체 스트림은 회전식 관을 통해 전도될 수 있었고, 이를 통해 소성 분위기 또는 일반적으로는 물질의 열 처리의 분위기를 조정할 수 있었다.The gas stream could be conducted through a rotary tube, thereby adjusting the firing atmosphere or generally the atmosphere of the heat treatment of the material.
가열기 (10)은 회전식 관 내로 들어가기 전에 목적하는 온도로 (예를 들어, 물질에 대해 회전식 관에서 목적하는 온도로) 회전식 관으로 전도된 기체 스트림을 가열할 수 있게 하였다. 가열기의 최대 출력은 1 x 50 kW + 1 x 30 kW이었다. 원칙적으로, 가열기 (10)은 예를 들어 간접 열 교환기일 수 있었다. 이러한 가열기는 원칙적으로 또한 냉각기로서 사용될 수 있었다. 그러나, 일반적으로 기체 스트림이 전기를 사용하여 가열된 금속 선 상에서 전도되는 전기 가열기이었다 (적절하게는 독일 58805 노이에라데 소재의 체. 쉬니에빈트사 (C. Schniewindt KG)로부터의 97D/80 CSN 흐름식 가열기).
원칙적으로, 회전식 관 장치는 회전식 관을 통해 전도된 기체 스트림을 부분적으로 또는 완전히 재순환시킬 수 있게 하였다. 상기 목표에 필요한 재순환 선은 볼 베어링 또는 흑연 압력 밀봉을 사용하여 회전식 관 입구 및 회전 관 출구에서 유동적인 방식으로 회전관에 연결되었다. 이들 연결선을 비활성 기체 (예를 들어, 질소) (차단 기체)로 씻어내렸다. 두 플러쉬 (flush) 스트림 (11)은 회전식 관으로 입구에서 및 회전식 관으로부터의 출구에서 회전식 관을 통해 전도되는 기체 스트림을 공급하였다. 적당하게, 회전식 관은 출발 시 및 종료 시 좁아지고, 이들 각각이 유도되고 떨어진 재순환 선의 관으로 투입되었다.In principle, the rotary tube device made it possible to partially or completely recycle the conducted gas stream through the rotary tube. The recirculation line required for this goal was connected to the rotary tube in a fluid manner at the rotary tube inlet and rotary tube outlet using a ball bearing or graphite pressure seal. These leads were washed off with inert gas (eg nitrogen) (blocking gas). Two
회전식 관을 통해 전도된 기체 스트림의 출구의 하류에 사이클론 (12)이 배치되어 기체 스트림과 비말 동반되는 고체 입자를 제거하였다 (원침 분리기는 원심력 및 중력의 상호작용으로 기체상 중에 현탁되어 있는 고체 입자를 분리시키고, 나선으로서 회전하는 기체 스트림의 원심력은 현탁 입자의 침강을 가속시킨다.)
순환 기체 스트림의 이송 (24) (기체 순환)은 사이클론의 방향으로 흡입하여 반대 방향으로 배출하는 순환 기체 압축기 (13) (통풍기)를 사용하여 수행되었다. 순환 기체 압축기의 바로 하류에서, 기체 압력은 일반적으로 1 기압 이상이었다. 순환 기체 압축기의 하류에 순환 기체 출구 (순환 기체는 조절 밸브 (14)를 통해 배출될 수 있음)가 배치되었다. 출구의 하류에 배치된 격막 (약 3 인수만큼 횡단면 감소, 감압기) (15)은 방출을 쉽게 하였다.The transfer 24 (gas circulation) of the circulating gas stream was carried out using a circulating gas compressor 13 (ventilator) which sucked in the direction of the cyclone and discharged in the opposite direction. Directly downstream of the circulating gas compressor, the gas pressure was generally at least 1 atmosphere. Downstream of the circulating gas compressor, a circulating gas outlet (circulating gas can be discharged through the control valve 14) is arranged. The diaphragm (reduced cross section by about 3 factors, pressure reducer) 15 disposed downstream of the outlet facilitated release.
회전식 관 출구의 하류 압력은 조절 밸브를 통해 조절될 수 있었다. 이는 회전식 관 출구 하류에 탑재된 압력 센서 (16), 조절 밸브로 향해 흡입하는 오프가스 압축기 (17) (통풍기), 순환 기체 압축기 (13) 및 새로운 기체 공급과 결합하여 수행되었다. 외부 압력에 대하여, 회전식 관 출구 (바로) 하류의 압력은 예를 들어, +1.0 mbar까지 높게, 예를 들어 -1.2 mbar까지 낮게 설정될 수 있었다. 바꾸어 말하면, 회전식 관을 통해 흐르는 기체 스트림의 압력은 회전식 관을 떠날 때 회전식 관의 주변 압력 미만일 수 있었다.The downstream pressure of the rotary tube outlet could be regulated via a control valve. This was done in combination with a
회전식 관을 통해 전도되는 기체 스트림을 적어도 부분적으로 재순환할 의도가 아닐 경우, 사이클론 (12) 및 순환 기체 압축기 (13) 사이의 연결은 3-웨이 밸브 (three-way valve) 원리 (26)에 의해 만들어지고, 기체 스트림이 오프가스 세척 장치 (23)로 직접 전도되었다. 순환 기체 압축기의 하류에 배치된 오프가스 세척 장치에의 연결은 상기 경우에, 마찬가지로 3-웨이 밸브 원리로 만들어졌다. 기체 스트림이 실질적으로 공기로 이루어져 있을 경우, 상기 경우 순환 기체 압축기 (13)를 통해 흡입되었다 (27). 사이클론으로의 연결은 3-웨이 밸브 원리로 이루어져 있었다. 이러한 경우, 바람직하게는 기체 스트림이 회전식 관을 통해 흡출되어, 내부 회전식 관 압력이 주변 압력보다 낮았다.If not intended to at least partially recycle the gas stream conducted through the rotary tube, the connection between the
회전식 관 노 장치의 연속 운전의 경우에, 회전식 관 출구의 하류 압력은 외부 압력 미만보다 - 0.2 mbar 낮게 유리하게 설정되었다. 회전식 관 장치의 회분식 운전의 경우, 회전식 관 출구의 하류 압력은 외부 압력보다 - 0.8 mbar 낮게 유리하게 설정되었다. 약간 감소된 압력은 회전식 관 노로부터의 기체 혼합물로 주변 공기의 오염을 방지할 목적으로 사용되었다.In the case of continuous operation of the rotary tube furnace apparatus, the downstream pressure of the rotary tube outlet was advantageously set to -0.2 mbar lower than the external pressure. For the batch operation of the rotary tube device, the downstream pressure of the rotary tube outlet was advantageously set to -0.8 mbar lower than the external pressure. The slightly reduced pressure was used for the purpose of preventing contamination of the ambient air with the gas mixture from the rotary tube furnace.
순환 기체 압축기 및 사이클론 사이에, 예를 들어, 순환 기체 중의 암모니아 함량 및 산소 함량을 결정하는 센서 (18)가 배치되었다. 바람직하게는 암모니아 센서는 광학적 측정 원리 (특정 파장의 광 흡수가 기체의 암모니아 함량에 비례적으로 연관됨)에 의해서 운전되고, 퍼킨 & 엘머사 (Perkin & Elmer)로부터의 MCS 100 장치가 적절하였다. 산소 센서는 산소의 상자성 특성 (paramagnetic property)에 기초하고, 지멘스사 (Siemens)로부터의 옥시매트 (Oxymat) MAT SF 7MB1010-2CA01-1AA1-Z 유형의 옥시매트가 적절하였다.Between the circulating gas compressor and the cyclone a
격막 (15) 및 가열기 (10) 사이에서, 공기, 질소, 암모니아 또는 기타 기체와 같은 기체가 실제로 재순환되는 순환 기체 분획 (19)으로 계량될 수 있었다. 자주, 기본량의 질소는 (20)에서 계량되었다. 분리된 질소/공기 분리기 (21)는 산소 센서의 측정으로 반응하도록 사용되었다.Between the
방출된 순환 기체 분획 (22) (오프가스)는 자주 NOx, 아세트산, NH3 등과 같은 기체를 포함하고, 전체적으로 안전하지 않아, 이들을 통상적으로 오프가스 세척 장치 (23) 중에서 제거하였다.The released circulating gas fraction 22 (offgas) often contains gases such as NOx, acetic acid, NH 3, and the like, and is not totally safe, so they are usually removed in the
이를 위하여, 오프가스는 일반적으로 세척 컬럼 (본질적으로 그의 출구의 상류에서 개별 구조 패킹을 함유하는 충전물이 없는 컬럼)을 통해 초기에 전도되었다. 오프가스 및 수성 분무 연무는 역방향 및 정방향 (정반대의 분무 방향을 갖는 2 분무 노즐)에서 수행되었다.For this purpose, the offgas was generally initially conducted through a wash column (essentially a column free of charge containing individual structural packings upstream of its outlet). Offgas and aqueous spray mist were performed in the reverse and forward directions (two spray nozzles with opposite spray directions).
세척 컬럼을 빠져나갈 때, 오프가스는 그의 내부로부터 침투 오프가스가 방출되는 미세 먼지 여과기 (일반적으로, 일련의 백 필터 (bag filter))를 함유하는 장치로 전도되었다. 최종적으로, 머플 노에서 소각이 수행되었다.Upon exiting the wash column, the offgas was conducted to a device containing a fine dust filter (generally a series of bag filters) from which the infiltrating offgas was released. Finally, incineration was carried out in the muffle furnace.
미국 몬테리 소재의 쿠르츠 인스트루먼츠사 (KURZ Instruments, Inc.)로부터의 455 Jr 모델인 센서 (28)가 회전식 관에 공급되고 차단 기체와 다른 기체 스트림의 유속을 측정하고 조절하는데 사용되었다 (측정 원리: 등온 풍속계를 사용한 열 대류 질량 흐름 측정).A sensor 455, a 455 Jr model from KURZ Instruments, Inc., Monterey, USA, was fed to a rotary tube and used to measure and regulate the flow rates of the blocking gas and other gas streams (measurement principle: Thermal convection mass flow measurement using an isothermal anemometer).
연속 운전의 경우에, 물질 및 기체 상이 역방향에서 회전식 관 노를 통해 전도되었다.In the case of continuous operation, the material and gas phases were conducted through a rotary tube furnace in the reverse direction.
상기 예와 관련하여, 질소는 항상 순도가 99 부피%를 초과하는 질소를 의미한다.In the context of the above example, nitrogen always means nitrogen in which the purity exceeds 99% by volume.
2. 화학량론식 Mo12V3W1.2Cu2.4Ox의 다원소 산화물 조성물을 얻기 위한 전구체 조성물의 제조2. Preparation of precursor composition for obtaining multielement oxide composition of stoichiometric Mo 12 V 3 W 1.2 Cu 2.4 O x
구리(II) 아세테이트 히드레이트 16.3 kg (함량: CuO 40.0 중량%)을 25℃의 온도에서 물 274 l에 교반과 함께 용해시켰다. 투명한 용액 1을 얻었다.16.3 kg (content: CuO 40.0 wt.%) Of copper (II) acetate hydrate were dissolved with stirring in 274 l of water at a temperature of 25 ° C. A
이로부터 공간적으로 분리하여, 물 614 l를 40℃로 가열하였고, 암모늄 헵타몰리브데이트 테트라히드레이트 73 kg (MoO3 81.5 중량%)를 40℃를 유지하면서 교반하였다. 이어서 혼합물을 30분 내에 90℃로 교반과 함께 가열하고, 이어서 상기 온도를 유지시키고, 이어서 암모늄 메타바나데이트 11.3 kg 및 암모늄 파라텅스테이트 헵타-히드레이트 (WO3 88.9 중량%) 10.7 kg을 언급한 순서로 그 내에 교반시켰다. 투명한 용액 2를 얻었다.Separated therefrom, 614 l of water were heated to 40 ° C. and 73 kg (81.5 wt.% MoO 3 ) of ammonium heptamolybdate tetrahydrate were stirred while maintaining 40 ° C. The mixture was then heated with stirring to 90 ° C. in 30 minutes, then maintained at this temperature, followed by mentioning 11.3 kg of ammonium metavanadate and 10.7 kg of ammonium paratungstate hepta-hydrate (WO 3 88.9 wt%) It was stirred in it in order. A
용액 2를 80℃로 냉각시키고 이어서 용액 1을 용액 2 내에서 교반시켰다. 생성된 혼합물을 온도가 25℃인 NH3 수용액 25 중량%의 130 l와 혼합하였다. 교반하여, 일시적으로 온도가 65℃이고 pH가 8.5인 투명 용액을 형성하였다. 상기에 다시 한 번 25℃의 온도에서 물 20 l를 첨가하였다. 이후에, 생성된 용액의 온도를 다시 80℃로 올리고, 이어서 용액을 니로-아토마이저사 (Niro-Atomizer, 코펜하겐 소재)로부터의 S-50-N/R 분무 건조기 (기체 입구 온도: 350℃, 기체 출구 온도: 110℃)를 사용하여 분무 건조시켰다. 분무 분말은 입자 직경이 2 내지 50 μm이었다. 이와 같이 얻어진 분무 분말 60 kg을 AMK사 (Aachener Misch- und Knetmaschinen Fabrik)로부터의 VM 160 혼련기 (시그마 블레이즈 (Sigma blades))에 계량하고, 아세트산 5.5 l (≒ 100 중량%, 빙초산) 및 물 5.2 l을 첨가하여 혼 련하였다 (스크류 회전 속도: 20rpm). 4 내지 5분 동안의 혼련 시간 후에, 추가의 물 6.5 l를 첨가하고 혼련 공정을 30분이 경과할 때까지 (대략 40 내지 50℃의 혼련 온도) 계속하였다. 이후, 혼련된 물질을 압출기로 비우고, 압출기 (본놋사 (Bonnot Company, 미국 오하이오주) 모델: G 103-10/D7A-572K (6“ Extruder W Packer)를 사용하여 압출물 (길이: 1-10 cm; 직경 6 mm)로 성형하였다. 벨트 건조기 상에서, 압출물을 1시간 동안 120℃의 온도 (물질 온도)에서 건조하였다. 건조된 압출물은 열적으로 처리할 전구체 조성물을 형성하였다.
3. 회전식 관 노 장치에서 전구체 조성물의 열 처리 (전구체 조성물의 소성)에 의한 촉매적 활성 조성물의 제조3. Preparation of the catalytically active composition by heat treatment of the precursor composition (firing of the precursor composition) in a rotary tube furnace apparatus
도 1에 따라 "B) 1." 하에서 기술된 회전식 관 노에서 하기한 조건 하에 열처리를 수행하였다."B) 1." according to FIG. Heat treatment was carried out in the rotary tube furnace described below under the following conditions.
- "B) 2."에 기술된 것처럼 제조된 물질 양 300 kg을 사용하여 배치식으로 열처리를 수행하였음.Heat treatment was carried out batchwise using 300 kg of material prepared as described in "B) 2."
- 수평면에 대한 회전식 관의 경사각은 0°이었음.The angle of inclination of the rotary tube with respect to the horizontal plane was 0 °.
- 회전식 관은 1.5 회전수/분에서 오른쪽으로 회전하였음.The rotary tube was rotated to the right at 1.5 revolutions per minute.
- 전체 열처리에 걸쳐, 205 m3 (STP)/h 기체 스트림을 회전식 관을 통해 전도하고, (원래 존재한 공기의 배기 후) 하기 조성을 가졌고 추가의 차단 기체 질소 25 m3 (STP)/h가 회전식 관으로부터 그의 출구에서 공급되었음.Throughout the entire heat treatment, a 205 m 3 (STP) / h gas stream is conducted through the rotary tube and has the following composition (after exhaust of the original air) and additional blocking gas nitrogen 25 m 3 (STP) / h Supplied at its outlet from a rotary tube.
80 m3 (STP)/h 기초량의 질소 (20) 및 회전 관에서 배출된 기체로 구성 됨,Consisting of 80 m 3 (STP) / h basic amount of nitrogen (20) and gases discharged from the rotary tube,
25 m3 (STP)/h 차단 기체 질소 (11),25 m 3 (STP) / h blocking gas nitrogen (11),
30 m3 (STP)/h 공기 (분리기 (21)), 및30 m 3 (STP) / h air (separator 21), and
70 m3 (STP)/h 재순환된 순환 기체 (19).70 m 3 (STP) / h recycled circulating gas (19).
차단 기체 질소는 25℃의 온도에서 공급하였음. 가열기로부터 나오는 다른 기체 스트림의 혼합물은 물질이 회전식 관에서 각 경우에 갖는 온도에서 회전식 관으로 각 경우에 전도되었음.Shut off gas nitrogen was supplied at a temperature of 25 ° C. A mixture of different gas streams coming from the heater was in each case conducted to the rotary tube at the temperature the material had in each case in the rotary tube.
- 10시간 내에, 25℃의 물질 온도를 300℃로 실질적으로 선형 방식으로 가열하였고, Within 10 hours, a material temperature of 25 ° C. was heated to 300 ° C. in a substantially linear manner,
이어서, 물질 온도를 2시간 내에 실질적으로 선형 방식으로 360℃로 가열하였고,The material temperature was then heated to 360 ° C. in a substantially linear manner within 2 hours,
이어서, 물질 온도를 7시간 내에 실질적으로 선형 방식으로 350℃로 감소하였고,The material temperature was then reduced to 350 ° C. in a substantially linear manner within 7 hours,
이어서, 물질 온도를 2시간 내에 실질적으로 선형 방식으로 420℃로 가열하였고 상기 물질 온도를 30분에 걸쳐 유지되었음.The material temperature was then heated to 420 ° C. in a substantially linear fashion within 2 hours and the material temperature was maintained over 30 minutes.
- 이어서, 회전식 관을 통해 전도된 기체 스트림 중의 공기 30 m3 (STP)/h 를 (실제 열처리 절차를 마친) 기초량 질소의 상응하는 증가에 의해서 치환되었고, 회전식 관의 가열을 끄고 물질을 주변 공기를 흡입하여 2시간 내에 100℃ 미만의 온도로, 최종적으로는 주변 온도로 회전식 관을 빠르게 냉각시켜 냉각시켰고,-30 m 3 (STP) / h of air in the gas stream conducted through the rotary tube was then replaced by the corresponding increase in base nitrogen (after the actual heat treatment procedure), turning off the heating of the rotary tube and surrounding the material Inhalation of the air quickly cooled the rotary tube to a temperature below 100 ° C. and finally to ambient temperature,
- 전체 열 처리에 걸쳐, 기체 스트림의 회전식 관 출구의 (바로) 하류 압력은 외부 압력보다 0.2 mbar 낮았음.Over the entire heat treatment, the pressure directly (directly) downstream of the rotary tube outlet of the gas stream was 0.2 mbar lower than the external pressure.
열 처리의 모든 상에서 회전식 관 노에서 기체 분위기의 산소 함량은 2.99 부피%이었다. 환원성 열처리의 전체 기간에 걸쳐 산술적으로 평균하였을 때, 회전식 관 노에서의 기체 분위기의 암모니아 농도는 4 부피%이었다.The oxygen content of the gaseous atmosphere in the rotary tube furnace in all phases of the heat treatment was 2.99% by volume. When arithmetically averaged over the entire period of the reducing heat treatment, the ammonia concentration in the gas atmosphere in the rotary tube furnace was 4% by volume.
도 2는 물질 온도 (℃)의 함수로서, 전체 열 처리 과정 내의 전구체 조성물로부터 배출된 암모니아 총 양의 백분율으로서 전구체 조성물로부터 배출되는 암모니아 양을 보여준다.2 shows the amount of ammonia released from the precursor composition as a percentage of the total amount of ammonia released from the precursor composition during the entire heat treatment process as a function of the material temperature (° C.).
도 3은 열 처리가 물질 온도 (℃)의 함수로서 열처리 동안 수행되는 대기의 암모니아 농도 (부피%)를 보여준다.3 shows the ammonia concentration (vol%) of the atmosphere where the heat treatment is carried out during the heat treatment as a function of the material temperature (° C.).
도 4는 물질 온도의 함수로서, 전구체 조성물 kg 당 및 기체 스트림으로의 열처리에 걸쳐 시간 당 회전식 관으로 전도되는 산소 분자 및 암모니아의 몰 양을 보여준다.4 shows the molar amount of oxygen molecules and ammonia that are conducted to the rotary tube per hour over a heat treatment to the gas stream and per kg of precursor composition as a function of material temperature.
4. 다금속 산화물 활성 조성물의 성형4. Molding of Multimetal Oxide Active Compositions
(독일 아우그스부르크 소재의 호소가와-알파인사로부터) BQ500 바이플럭스 교차흐름 분류 분쇄기 (BQ500 Biplex crossflow classifying mill)를 사용함으로써 "B) 3."하에서 얻어진 촉매적 활성 물질을 분쇄하여, 분말 입자 중 50%가 1 내지 10 μm의 메쉬 폭의 체를 통과하고 50 μm 이상의 가장 긴 치수의 입자 비율이 1% 미만인 미세한 입자를 얻었다.Powder particles by grinding the catalytically active material obtained under "B) 3." by using a BQ500 Biplex crossflow classifying mill (from Hosugawa-Alpine, Augsburg, Germany). 50% of the fine particles passed through a sieve having a mesh width of 1 to 10 μm, and fine particles having a particle ratio of the longest dimension of 50 μm or more were less than 1%.
이어서 성형은 하기와 같이 수행되었다.Molding was then carried out as follows.
환형 지지체 몸체 70 kg (외경 7.1 mm, 길이 3.2 mm, 내경 4.0 mm; 표면 조도 Rz가 45 μm이고 지지체 몸체의 부피를 기준으로 한 전체 기공 부피가 1 부피% 이하인 세람텍으로부터의 C220 유형 동석; 독일 특허 제 DE-A 2135620호 참조)을 200 l 용량의 코팅 탱크 (경사각 90°; 독일 뢰디게사로부터의 하이코터 (Hicoater))에 충전시켰다. 이어서, 코팅 탱크를 16 rpm 회전 속도로 설정하였다. 노즐을 사용하여 물 75 중량% 및 글리세롤 25 중량%로 구성된 수용액 3.8 내지 4.2 l를 지지체 몸체 상에 25분 동안 분무하였다. 동시에, 분쇄된 다금속 산화물 활성 조성물 (비표면적 13.8 m2/g) 18.1 kg을 분무기 노즐의 분무 콘 (cone) 외부 교반된 채널을 통해서 연속하여 계량하였다. 코팅 동안, 공급된 분말은 지지체의 표면에 완전히 흡수되었다. 미세하게 나뉘어진 산화 활성 조성물의 응집은 관찰되지 않았다. 활성 조성물 분말 및 물의 첨가가 완료된 후, 100℃ (별법으로 80 내지 120℃)에서 열기 (대략 400 m3/h)를 40분 (별법으로 15 내지 60분) 동안 2 rpm의 회전 속도로 코팅 탱크 내로 불어 넣었다. 전반적인 조성물을 기준으로 산화 활성 조성물의 비율이 20 중량%인 환형 코팅 촉매 CA를 얻었다. 하나의 지지체 몸체의 표면 상에 및 상이한 지지체 몸체의 표면 상에 모두 보이는 코팅 두께는 170 ± 50 μm이었다.70 kg annular support body (outer diameter 7.1 mm, length 3.2 mm, inner diameter 4.0 mm; C220 type soapstone from Ceramtech with surface roughness Rz of 45 μm and total pore volume of 1% by volume or less based on the volume of the support body; Germany Patent DE-A 2135620) was charged to a 200 l coating tank (an inclination of 90 °; Hicoater from Lödige, Germany). The coating tank was then set at 16 rpm rotation speed. 3.8 to 4.2 l of an aqueous solution consisting of 75 wt% water and 25 wt% glycerol was sprayed onto the support body for 25 minutes using a nozzle. At the same time, 18.1 kg of the ground multimetal oxide active composition (specific surface area 13.8 m 2 / g) were continuously metered through the stirred channel outside the spray cone of the sprayer nozzle. During the coating, the powder supplied was completely absorbed by the surface of the support. Aggregation of the finely divided oxidative active composition was not observed. After the active composition powder and the addition of water is complete, a rotation speed of 2 rpm for 100 ℃ open at (alternatively from 80 to 120 ℃) (about 400 m 3 / h) for 40 min (alternatively 15 to 60 minutes), coating tank Blown into me Based on the overall composition, a cyclic coating catalyst C A having a proportion of 20% by weight of the oxidizing active composition was obtained. The coating thickness visible both on the surface of one support body and on the surface of the different support body was 170 ± 50 μm.
또한, 도 5는 성형되기 전, 분쇄된 활성 조성물 분말의 공극 분포를 나타낸다. 횡좌표 상에 공극 직경 (μm, 로그 단위)을 도시하였다.5 also shows the pore distribution of the powdered active composition powder before it is molded. The pore diameter (μm, log units) is shown on the abscissa.
오른쪽 종좌표 상에는 전체 공극 부피에 대한 특정 공극 직경의 미분 분포 (ml/g)의 로그값을 표시하였다 (○ 곡선). 최대값은 전체 공극 부피에 가장 크게 기여하는 공극 직경을 나타낸다. 왼쪽 종좌표에는 전체 공극 부피에 대한 공극 직경의 개별 분포의 적분 값 (ml/g)을 표시하였다 (□ 곡선). 마지막 점은 전체 공극 부피이다 (다른 언급이 없는 한, 전체 공극 부피의 결정 및 이들 전체 공극 부피의 직경 분포에 대한 본 명세서의 모든 자료는 독일 4040 노이스 소재의 마이크로메리틱스사 (Micromeritics GmbH)로부터의 오토 포어 (Auto Pore) 9220 인스트루먼트를 사용한 수은 공극측정법으로 결정하였고 (대역 너비 30 Å 내지 0.3 mm), 비표면적의 결정 또는 미세공극 부피의 결정에 대한 본 명세서의 모든 자료는 DIN 66131 (브루나우어-엠메트-텔러 (Brunauer-Emmet-Teller (BET)) 기체 흡착 (N2)에 의한 고체의 비표면적의 결정)에 따라 결정하였음).On the right ordinate, the logarithm of the differential distribution (ml / g) of the specific pore diameter with respect to the total pore volume is indicated (○ curve). The maximum value represents the pore diameter which contributes the most to the total pore volume. The left ordinate plots the integral value (ml / g) of the individual distribution of pore diameters over the total pore volume (□ curve). The last point is the total pore volume (unless otherwise noted, all data herein for determination of the total pore volume and diameter distribution of these total pore volumes are from Micromeritics GmbH, 4040 Neuss, Germany). Determined by mercury porosimetry using an Auto Pore 9220 instrument (band width 30 mm to 0.3 mm), all data herein for determination of specific surface area or determination of micropore volume are DIN 66131 (Brunauer). -Determination of the specific surface area of solids by Brunauer-Emmet-Teller (BET) gas adsorption (N 2 )).
도 6은 성형되기 전에 활성 조성물 분말 (종좌표, ml/g)에 대해서, 전체 공극 부피에 대한 미세공극 범위에서의 개별 공극 직경의 개별 분포 (횡좌표, Å, 로그 단위)를 나타낸다.FIG. 6 shows the individual distribution of the individual pore diameters (in abscissa, Å, logarithmic units) in the micropore range for the total pore volume for the active composition powder (ordinate, ml / g) before molding.
도 7은 기계적으로 깎아 환형 코팅 촉매 CA로부터 차후에 제거된 다금속 산화물 활성 조성물 (이들의 비표면적은 12.9 m2/g임)에 대한 것임을 제외하고는 도 5와 동일한 것을 보여준다.FIG. 7 shows the same as in FIG. 5 except that it is for a multimetal oxide active composition which has been mechanically shaved and subsequently removed from the cyclic coating catalyst C A , whose specific surface area is 12.9 m 2 / g.
도 8은 기계적으로 깎아 환형 코팅 촉매로부터 차후에 제거된 다금속 산화물 활성 조성물에 대한 것임을 제외하고는 도 6과 동일한 것을 보여준다.FIG. 8 shows the same as FIG. 6 except that it is for a multimetal oxide active composition that has been mechanically shaved and subsequently removed from the cyclic coating catalyst.
C) 아크릴산으로의 프로펜의 2단계 부분 산화 작업 (산업 규모)C) Two-Step Partial Oxidation of Propene to Acrylic Acid (Industrial Scale)
I. 프로펜 반응 단계 (프로펜 → 아크롤레인)에서의 일반 공정 조건의 기술I. Description of general process conditions in the propene reaction stage (propene → acrolein)
사용된 열 교한 매체: 질산칼륨 60 중량% 및 아질산나트륨 40 중량%로 이루어진 염 용융물.Thermal medium used: salt melt consisting of 60% potassium nitrate and 40% sodium nitrite.
촉매 관의 물질: 페라이트 강철.Material of catalyst tube: ferrite steel.
촉매 관의 치수: 길이 3200 mm,Dimension of catalyst tube: length 3200 mm,
내경 25 mm,
외경 30 mm (벽 두께: 2.5 mm).Outer diameter 30 mm (wall thickness: 2.5 mm).
관 다발에서 촉매 관의 수: 25500.Number of catalyst tubes in the tube bundle: 25500.
반응기: 직경 6800 mm의 원통형 용기, 자유 중앙 공간을 갖는 환형으로 정렬된 관 다발Reactor: 6800 mm diameter cylindrical vessel, annularly aligned tube bundle with free central space
중앙 자유 공간의 직경: 1000 mm. 용기 벽으로부터의 최외곽 촉매 관의 거리: 150 mm. 관 다발에서 균일 촉매 관 분포 (촉매 관 당 6 등거리의 이웃한 관).Diameter of the central free space: 1000 mm. Distance of outermost catalyst tube from vessel wall: 150 mm. Uniform catalyst tube distribution in the tube bundle (6 equidistant neighboring tubes per catalyst tube).
촉매 관 피치 (pitch): 38 mmCatalyst tube pitch: 38 mm
촉매 관은 두께 125 mm의 촉매 관 판의 끝 부분에 의해서 고정되고 밀봉되었고 상부 또는 하부 말단에서 용기에 연결된 후드로 이들 오리피스 각각으로 개방되었다. 상부 후드 및 상부 촉매 관 판 사이에, 중앙에 탑재된 충격판이 배치되었고, 그를 향해 공급된 반응 기체가 흐르고 촉매 관에 분배 방식으로 빗껴나갔다.The catalyst tube was fixed and sealed by the end of the 125 mm thick catalyst tube plate and opened to each of these orifices with a hood connected to the vessel at the upper or lower end. Between the upper hood and the upper catalyst tube plate, a centrally mounted shock plate was placed, and the reactant gas supplied towards it flowed out and dispensed into the catalyst tube in a distribution manner.
관 다발에의 열 교환 매체의 공급:Supply of heat exchange medium to tube bundles:
관 다발이 촉매 관 판 사이에 4개의 등거리의 (각 730 mm) 길이 영역 (구역) 으로 길이 방향으로 연속적으로 탑재된 3개의 편향 판 (각 경우 두께 10 mm)으로 나뉘어졌다.The tube bundle was divided into three deflection plates (10 mm thick in each case) mounted continuously in the longitudinal direction into four equidistant (each 730 mm) length regions (zones) between the catalyst tube plates.
편향판의 최상부 및 최저부는 환형 형상을 가졌고, 내부 고리 직경은 1000 mm이었고, 외부 고리 직경은 용기 벽에의 밀봉으로 연장되었다. 촉매 관은 고정되지 않았고 편향 판에 밀봉되지 않았다. 다소간, 간극 폭이 0.5 mm 미만인 간극을 염 용융물의 횡단 유속이 일 구역 내에서 실질적으로 일정하도록 두었다.The top and bottom of the deflection plate had an annular shape, the inner ring diameter was 1000 mm and the outer ring diameter extended with a seal to the vessel wall. The catalyst tube was not fixed and was not sealed to the deflection plate. To some extent, a gap with a gap width of less than 0.5 mm was allowed to have a substantially constant transverse flow rate of salt melt in one zone.
중간 편향 판은 원형이고, 관 다발의 최외곽 촉매 관까지 연장되었다.The middle deflection plate was circular and extended to the outermost catalytic tube of the tube bundle.
염 용융물의 재순환은 두 개의 염 펌프에 의해서 일어났고, 이들 각각은 관 다발의 길이의 중간에 공급되었다.Recycling of the salt melt took place by two salt pumps, each of which was fed in the middle of the length of the tube bundle.
펌프는 염 용융물을 반응기 자켓 주변에 하단에 정렬된 고리형 채널로 압축시키고 용기 원주 상에 염 용융물을 나누었다. 염 용융물은 반응기 자켓의 창을 통해 최저부 길이 영역의 관 다발에 도달시켰다. 이어서 염 용융물은 편향 판에 의해서 The pump compressed the salt melt into an annular channel aligned at the bottom around the reactor jacket and split the salt melt on the vessel circumference. The salt melt reached the tube bundle in the bottom length region through the window of the reactor jacket. The salt melt is then transferred by a deflection plate
- 외부로부터 내부로From outside to inside
- 내부로부터 외부로-From inside to outside
- 외부로부터 내부로From outside to inside
- 내부로부터 외부로 -From inside to outside
의 순서로 용기 상에서 보여지는, 저부로부터 상부로 실질적으로 구불구불한 방식으로 흘렀다. 반응기 자켓 주변에 상부에 탑재된 환형 채널에서 용기 원주 주변 최상부의 길이 영역에 탑재된 창을 통하여 수집되고 초기 입구 온도로 냉각시킨 염 용융물을 펌프에 의해서 저부 환형 채널로 다시 압축시켰다.It flowed in a substantially winding manner from bottom to top, shown on the vessel in the order of. The salt melt collected through a window mounted in the top length region around the vessel circumference in an annular channel mounted at the top around the reactor jacket and cooled to the initial inlet temperature was compressed back into the bottom annular channel by a pump.
운전 시간에 걸쳐 출발 반응 기체 혼합물 1의 조성 (공기, 화학 등급 프로필렌 및 순환 기체의 혼합물)은 The composition of the starting reaction gas mixture 1 (mixture of air, chemical grade propylene and circulating gas) over the operating time is
화학 등급 프로펜 5 내지 7 부피%,5-7% by volume chemical grade propene,
산소 10 내지 14 부피%,10 to 14% by volume of oxygen,
COx 1 내지 2 부피%,1 to 2% by volume of COx,
H2O 1 내지 3 부피%, 및 1-3 vol% of H 2 O, and
N2 80 부피% 이상N 2 80% by volume or more
의 범위이었다.It was a range of.
반응기 충전물: 염 용융물 및 반응 기체 혼합물은 반응기에서 보면 역방향에서 전도되었다. 염 용융물은 저부에서 유입되고, 반응 기체 혼합물은 상부에서 유입되었다. 출발시 염 용융물의 입구 온도는 337℃이었다. 출발시 염 용융물의 출구 온도는 339℃이었다. 펌프의 출력은 시간당 염 용융물 6200 m3이었다. 출발 반응 기체 혼합물은 300℃의 온도에서 반응기에 공급되었다.Reactor Charge: The salt melt and reaction gas mixture were inverted in the reactor direction. The salt melt entered at the bottom and the reaction gas mixture at the top. The inlet temperature of the salt melt at start was 337 ° C. The exit temperature of the salt melt at start was 339 ° C. The output of the pump was 6200 m 3 of salt melt per hour. The starting reaction gas mixture was fed to the reactor at a temperature of 300 ° C.
프로펜의 부분 산화에 대한 고정 촉매 층의 프로펜 적재량: 100 내지 120 l (STP)/l·hPropene loading in the fixed catalyst bed for partial oxidation of propene: 100 to 120 l (STP) /l.h
프로펜 부분 산화에 대한 고정 촉매 층이 있는 (상부로부터 하부로의) 촉매 관 충전물:Catalyst tube fill (top to bottom) with fixed catalyst layer for propene partial oxidation:
구역 A: 50 cmZone A: 50 cm
형상 7 mm×7 mm×4 mm (외경×길이×내경)의 동석 고리의 예비 층Preliminary layer of soapstone ring of shape 7mm * 7mm * 4mm (outer diameter X length X inner diameter)
구역 B: 100 cmZone B: 100 cm
형상 5 mm×3 mm×2 mm (외경×길이×내경)의 동석 고리 35 중량% 및 A)에서 제조된 지지되지 않은 촉매 Cp 65 중량%의 균일한 혼합물의 촉매 충전물Catalyst charge of a homogeneous mixture of 35% by weight of soapstone rings of
구역 C: 170 cmZone C: 170 cm
A)에서 제조된 환형 (5 mm×3 mm×2 mm = 외경×길이×내경) 지지되지 않은 촉매 Cp의 촉매 충전물Catalyst Filling of Annular (5 mm × 3 mm × 2 mm = Outer Diameter × Length × Inner Diameter) Unsupported Catalyst C p Prepared in A)
열 관 (이들 수는 관 다발의 중심 영역에 균일하게 분배된 10임)이 염 용융물의 입구 온도를 조절하기 위해서, 하기와 같이 구성되고 충전되었다 (이들은 열점 온도 (열 관을 따라 최대 온도)를 결정하는데 사용되었고, 이들은 10 개의 열 관에서 독립적인 측정값의 산술 평균임).A heat tube (these numbers are 10 uniformly distributed in the central region of the tube bundle) was constructed and filled as follows to adjust the inlet temperature of the salt melt (these were the hot spot temperatures (maximum temperature along the heat tube). Used to determine which are the arithmetic mean of independent measurements in 10 heat tubes).
10 개의 열 관의 각각은 40 온도 측정 지점을 갖는 중앙 열 우물 (thermowell)을 가졌다 (즉, 각 열 관은 상이한 길이에서 열 우물로 집적된 40개의 열전소자를 함유하고, 따라서 온도가 다른 높이에서 열 관 내에서 동시에 결정될 수 있는 온도에 의한 다중 열전소자를 형성함).Each of the ten heat tubes had a central heat well with 40 temperature measurement points (ie each heat tube contained 40 thermoelements integrated into heat wells at different lengths, and thus at different heights) Forming multiple thermoelectric elements by temperature which can be determined simultaneously in a heat tube).
각 경우에서 40 온도 측정 지점의 13 이상 30 이하는 (반응 기체 혼합물의 흐름 방향에서) 고정 촉매 층의 활성 영역의 제1 계측 지점에서 있었다.In each
열 관의 내경은 27 mm이었다. 벽 두께 및 관 물질은 작업 관에서와 같았다.The inner diameter of the heat tube was 27 mm. Wall thickness and tubing material were the same as in the working tube.
열 우물의 외경은 4 mm이었다.The outer diameter of the heat well was 4 mm.
열 관은 하기와 같이 충전되었다.The heat tube was filled as follows.
열 관은 A)에서 제조된 환형 지지되지 않은 촉매 Cp로 충전되었다. 추가로 환형 지지되지 않은 촉매 Cp로부터 생성되고 2 내지 3 mm의 가장 긴 치수를 갖는 촉매 조각을 열 관에 충전시켰다.The heat tube was filled with the annular unsupported catalyst C p prepared in A). The heat tube was further filled with a piece of catalyst produced from uncyclically supported catalyst C p and having the longest dimension of 2 to 3 mm.
촉매 조각은 열 관을 통해 흐르는 반응 기체 혼합물의 압력 강하가 작업 관을 통해 흐르는 반응 기체 혼합물의 압력 강하에 상응하는 방식 (이를 위해, 촉매 조각 중 5 내지 20 중량%가 열 관에서 고정 촉매 층의 활성 영역 (즉, 비활성 영역을 배제함)에 주둔하여야 함)으로 특정 열관의 고정 촉매 층의 전체 활성 영역에 걸쳐 균일하게 분배되어 충전되었다. 동시에 작업 관 및 열 관에서 활성 및 비활성 영역의 특정 전체 채움 높이는 동일하고, 작업 관에 존재하는 활성 조성물의 전체 양 대 작업 관 및 열 관에서 관의 열교환 표면적의 비율은 실질적으로 동일한 값으로 설정하였다.The catalyst pieces are produced in such a way that the pressure drop of the reaction gas mixture flowing through the heat tube corresponds to the pressure drop of the reaction gas mixture flowing through the working tube (for this purpose, 5 to 20% by weight of the catalyst pieces It must be stationed in the active region (ie, excluding the inactive region) and filled evenly over the entire active region of the fixed catalyst bed of the particular heat pipe. At the same time, the specific total fill height of the active and inactive regions in the working and heat tubes is the same, and the ratio of the total amount of active composition present in the working tubes to the heat exchange surface area of the tubes in the working and heat tubes is set to substantially the same value. .
II. 중간체 냉각의 설명II. Description of Intermediate Cooling
중간체 냉각을 위해서, 염 용융물 출구 온도에 실질적으로 부합하는 온도에서 프로펜 반응 단계를 떠나는 생성물 기체 혼합물은 질산칼륨 60 중량% 및 아질산나트륨 40 중량%로 구성된 염 용융물으로 냉각되고 반응기 상에 직접 플랜지로 붙어 있는 페라이트 강철로 만들어진 1-구역 관 다발 열 교환기를 통해 전도되었다. 냉각기의 상부 관 판으로부터 반응기의 저부 관 판의 간격은 10 cm이었다. 열 교환기에서 보면, 염 용융물 및 생성물 기체 혼합물은 역류로 전도되었다. 염욕 그 자체는 생성물 기체 혼합물이 통과되는 냉각 관 주변에 구불구불한 방식으로 1 단계 1구역 다중 촉매 관 고정 층 반응기에서와 동일한 방식으로 흘렀다. 냉각 관의 길이는 1.65 m이었고, 이들의 내경은 2.6 cm이었고, 이들의 벽 두께는 2.5 mm이었다. 냉각 관의 수는 8000이었다. 열 교환기의 직경은 7.2 m이었다.For intermediate cooling, the product gas mixture leaving the propene reaction stage at a temperature substantially corresponding to the salt melt outlet temperature is cooled with a salt melt consisting of 60% by weight potassium nitrate and 40% by weight sodium nitrite and flanged directly onto the reactor. Conducted through a 1-zone tube bundle heat exchanger made of attached ferritic steel. The distance of the bottom tube plate of the reactor from the top tube plate of the cooler was 10 cm. In the heat exchanger, the salt melt and product gas mixture were conducted in countercurrent. The salt bath itself flowed in a meandering manner around the cooling tube through which the product gas mixture passed, in the same manner as in a one stage one zone multi-catalyst tube fixed bed reactor. The length of the cooling tubes was 1.65 m, their inner diameter was 2.6 cm and their wall thickness was 2.5 mm. The number of cooling tubes was 8000. The diameter of the heat exchanger was 7.2 m.
이들은 균일한 관 피치로 교차 영역 상에 균일하게 분포되었다.They were evenly distributed on the cross section with uniform tube pitch.
단면적이 냉각 관의 단면적에 사실상 상응하는 스테인레스 강철의 나선을 냉각 관의 입구로 (흐름 방향으로) 도입하였다. 이들의 길이는 700 mm 내지 1000 mm이었다 (별법으로, 냉각 관은 거대한 비활성 물질 고리로 채워질 수 있음). 이들은 열전이를 증진시켰다.A spiral of stainless steel was introduced (in the flow direction) into the inlet of the cooling tube, the cross-sectional area corresponding substantially to that of the cooling tube. Their length was from 700 mm to 1000 mm (alternatively, the cooling tube could be filled with a huge ring of inert material). They promoted heat transfer.
생성물 기체 혼합물은 250℃의 온도에서 중간체 냉각기를 떠났다. 이어서, 140℃의 온도를 갖는 압축 공기가 약 6700 m3 (STP)/l·h의 양으로 혼합되어, 아크롤레인 반응 단계에 대한 충전 기체 혼합물의 본원의 하기에 기술된 조성물을 얻었다.The product gas mixture left the intermediate cooler at a temperature of 250 ° C. Compressed air with a temperature of 140 ° C. was then mixed in an amount of about 6700 m 3 (STP) / l · h to obtain the composition described below of the fill gas mixture for the acrolein reaction step.
생성된 충전 기체 혼합물 (출발 반응 기체 혼합물 2)은 220℃의 온도에서 아크롤레인 반응 단계의 1 구역 다중 촉매 관 고정 층 반응기에 공급되었다.The resulting fill gas mixture (starting reaction gas mixture 2) was fed to a one zone multi-catalyst tube fixed bed reactor of the acrolein reaction stage at a temperature of 220 ° C.
III. 아크롤레인 반응 단계 (아크롤레인 → 아크릴산)에서 일반 공정 조건의 설명III. Explanation of General Process Conditions in the Acrolein Reaction Step (Acrolein → Acrylic Acid)
제1 단계의 반응기와 동일한 설계를 가진 1 구역 다중 촉매 관 고정 층 반응기가 사용되었다.A one zone multi-catalyst tube fixed bed reactor was used with the same design as the reactor of the first stage.
충전 기체 혼합물 (출발 반응 기체 혼합물 2)은 운전 시간에 걸쳐 하기 조성이었다.The fill gas mixture (starting reaction gas mixture 2) was of the following composition over the run time.
아크롤레인 4 내지 6 부피%,4-6% by volume of acrolein,
O2 5 내지 8 부피%,0 2 5-8% by volume,
COx 1.2 내지 2.5 부피%,CO x 1.2-2.5 vol%,
H2O 6 내지 10 부피%, 및H 2 O 6-10 volume percent, and
N2 75 부피% 이상.N 2 75 vol% or more.
반응기 충전물: 염 용융물 및 충전 기체 혼합물을 반응기에서 볼 경우 역류로 도전되었다. 염 용융물은 저부로부터 유입되었고, 충전 기체 혼합물은 상부로부터 유입되었다.Reactor Charge: The salt melt and fill gas mixture was challenged in countercurrent when viewed in the reactor. The salt melt came from the bottom and the fill gas mixture came from the top.
(아크롤레인 부분 산화에 대한 고정 촉매 층의 조절의 완성 시) 출발 시 염 용융물의 입구 온도는 대략 263℃이었다. 염 용융물의 수반하는 출구 온도는 출발 시 대략 265 ℃이었다.The inlet temperature of the salt melt at the start was approximately 263 ° C. (at the completion of the control of the fixed catalyst bed for acrolein partial oxidation). The accompanying outlet temperature of the salt melt was approximately 265 ° C. at the start.
펌프 출력은 시간당 염 용융물 6200 m3이었다.The pump output was 6200 m 3 of salt melt per hour.
출발 반응 기체 혼합물은 240℃의 온도에서 반응기에 공 급되었다.The starting reaction gas mixture was fed to the reactor at a temperature of 240 ° C.
아크롤레인 부분 산화에 대한 고정 촉매 층의 아크롤레인 적재량: 90 내지 110 l (STP)/l·hAcrolein loading of fixed catalyst bed for acrolein partial oxidation: 90 to 110 l (STP) / l · h
아크롤레인 부분 산화에 대한 고정 촉매 층의 (상부로부터 하부로의) 촉매 관 충전물은 : 구역 A:The catalyst tube charge (from top to bottom) of the fixed catalyst bed for acrolein partial oxidation is: Zone A:
형상 7 mm×7 mm×4 mm (외경×길이×내경)의 동석 고리의 20 cm 예비 층20cm spare layer of the soapstone ring of shape 7mm * 7mm * 4mm (outer diameter X length X inner diameter)
구역 B:Zone B:
형상 7 mm×3 mm×4 mm (외경×길이×내경)의 동석 고리의 30 중량% 및 B)에서 제조된 환형 (대략 7 mm×3 mm×4 mm) 코팅 촉매 CA 70 중량%의 균일한 혼합물의 100 cm 촉매 충전물.30% by weight of the soapstone ring of shape 7mm × 3mm × 4mm (outer diameter × length × inner diameter) and uniformity of annular (approximately 7mm × 3mm × 4mm) coating catalyst C A 70% by
구역 C: Zone C:
B)에서 제조된 환형 (대략 7 mm×3 mm×4 mm) 코팅 촉매 CA의 200 cm 촉매 충전물.200 cm catalyst charge of the annular (approximately 7 mm × 3 mm × 4 mm) coated catalyst C A prepared in B).
열 관 (이들의 수는 관 다발의 중심 영역에서 균일하게 분포된 10임)은 다음과 같이 구성되고 충전되었다.The heat tubes (their number is 10 uniformly distributed in the central region of the tube bundle) were constructed and filled as follows.
(이들은 염 용융물의 입구 온도를 조절하기 위해서 열점 온도 (열 관을 따라 최대 온도)를 결정하는데 사용하였고, 이는 10개의 열 관에서의 독립적인 측정값의 산술 평균임)(They were used to determine the hot spot temperature (maximum temperature along the heat tube) to control the inlet temperature of the salt melt, which is the arithmetic mean of the independent measurements in the 10 heat tubes.)
10개의 열 관 각각은 40 온도 측정 지점을 가진 중앙 열 우물을 가졌다 (즉, 각 열 관은 상이한 길이에서 열 우물로 집적되는 40개의 열전소자를 함유하고, 따라서 온도가 다른 높이에서 열 관 내에 동시에 결정될 수 있는 다중 열전소자를 형성함).Each of the ten heat tubes had a central heat well with 40 temperature measuring points (ie, each heat tube contained 40 thermoelements that were integrated into heat wells at different lengths, so that the temperatures were simultaneously in the heat tubes at different heights). Forms multiple thermoelectric elements that can be determined).
각 경우 40개의 온도 측정 지점의 13 이상 30 이하는 고정 촉매 층의 활성 영역의 제1 계량 영역에 (반응 기체 혼합물의 흐름 방향으로) 있었다.In each
열 관의 내경은 27 mm이었다. 벽 두께 및 관 물질은 작업 관에서와 같았다.The inner diameter of the heat tube was 27 mm. Wall thickness and tubing material were the same as in the working tube.
열 우물의 외경은 4 mm이었다.The outer diameter of the heat well was 4 mm.
열 관은 하기와 같이 충전하였다.The heat tube was filled as follows.
열 관을 B)에서 제조한 환형 코팅 촉매 CA로 충전하였다. 추가로, 구형 코팅 촉매 (환형 코팅 촉매와 동일한 활성 조성물, 동석 C220 (세람텍사)의 지지체 구의 직경은 2-3 mm임, 활성 조성물 분율은 20 중량%이었고, 결합제가 적절한 양의 물인 것을 제외하고는 환형 코팅 촉매 CA에 대해 기술되어 있는 바와 같이 제조하였음)를 열 관으로 충전하였다.The heat tube was filled with the cyclic coating catalyst C A prepared in B). In addition, the diameter of the support sphere of the spherical coating catalyst (the same active composition as the cyclic coating catalyst, Dongseok C220 (Seramtec)) was 2-3 mm, the active composition fraction was 20% by weight, except that the binder was an appropriate amount of water. Was prepared as described for the cyclic coating catalyst C A ) with a heat tube.
구형 코팅 촉매를 열 관을 통과해 지나는 반응 기체 혼합물의 압력 강하가 반응 기체 혼합물이 작업 관을 통해 지나갈 때의 압력 강하와 동일한 방식 (이를 위하여, 열 관에서 구형 코팅 촉매 중 5 내지 20 중량%가 고정 촉매 층의 활성 영역 (즉, 비활성 영역 제외)에 주둔하여야 함)으로 특정 열 관의 고정 촉매 층의 전 체 활성 영역 상에서 균일한 분포로 충전하였다. 동시에, 작업 및 열 관에서 활성 및 비활성 영역의 특정 전체 채움 높이가 동일하고, 작동 또는 열 관에서 관의 열 교환 표면적에 대한 관에서 존재하는 활성 조성물의 총 양의 비율이 동일한 값으로 설정되었다.The pressure drop of the reaction gas mixture passing through the spherical coating catalyst through the heat tube is the same as the pressure drop when the reaction gas mixture passes through the working tube (for this purpose, 5 to 20% by weight of the spherical coating catalyst The active area of the fixed catalyst bed (ie, excluding the inactive area) must be filled in a uniform distribution over the entire active area of the fixed catalyst bed of the particular heat pipe. At the same time, the specific total fill heights of the active and inactive regions in the working and heat tubes were equal and the ratio of the total amount of active composition present in the tubes to the heat exchange surface area of the tubes in the working or heat tubes was set to the same value.
III. 장기 운전 (결과)III. Long term driving (results)
아크롤레인으로의 프로펜 부분 산화에 대한 관 다발 반응기의 고정 촉매 층은 아크릴산으로의 아크롤레인 부분 산화에 대한 관 다발 반응기의 촉매 층 전에 1.5 년마다 새롭게 충전되었다.The fixed catalyst bed of the tube bundle reactor for partial propene oxidation to acrolein was freshly charged every 1.5 years before the catalyst bed of the tube bundle reactor for acrolein partial oxidation to acrylic acid.
프로펜 산화 단계의 고정 촉매 층을 통한 출발 반응 기체 혼합물 1의 단일 통과에서 전환되는 프로펜의 목표 전환율은 97.5 mol%로 설정되었다.The target conversion of propene converted in a single pass of starting
프로펜 반응 단계의 반응기로의 염 용융물의 입구 온도의 점차적인 증가는 상기 전환율 값이 공정의 연속적인 수행 과정에서 경시적으로 유지되게 하였다.The gradual increase in the inlet temperature of the salt melt into the reactor of the propene reaction stage allowed the conversion value to be maintained over the course of the continuous run of the process.
아크롤레인 반응 단계의 고정 촉매 층을 통한 출발 반응 기체 혼합물 2의 단일 통과에서 전환되는 아크롤레인의 목표 전환율은 99.3 mol%로 설정되었다.The target conversion of acrolein converted in a single pass of starting
아크롤레인 반응 단계의 반응기로의 염 용융물의 입구 온도의 점차적인 증가는 상기 전환율 값이 공정의 연속 수행 동안 경시적으로 유지되게 하였다.The gradual increase in the inlet temperature of the salt melt into the reactor of the acrolein reaction stage allowed the conversion value to be maintained over the course of the continuous run of the process.
역년으로 매달 약 한번씩, 부분 산화를 멈추고 (약 매달 멈추기 전까지 아크롤레인 반응의 반응기로의 염 용융물의 입구 온도의 상승이 항상 0.3℃ 이상 및 4℃ 이하이었고, 프로펜 반응 단계에 대한 반응기의 경우에, 약 매달 필요하는 증가된 값은 0.5 ℃ 이상이었음), 특정 반응 단계 및 중간체 냉각기에서 최종적으로 사 용된 염 용융물의 입구 온도는 유지되었고, O2 6 부피% 및 N2 95 부피%로 이루어진 기체 혼합물 G는 30 l (STP)/l·h의 프로펜 반응 단계의 고정 촉매 층 상의 시간 공간 속도에서 24 시간 내지 48 시간의 기간 tG 동안 전체 반응 계를 통해 전도되었다. 이후, 부분 산화는 지속되고, 특정 반응 단계로의 염 용융물의 입구 온도는 특정 반응 단계의 목표 전환율이 여전히 달성되는 방식으로 조정되었다.About once a month in the calendar year, the partial oxidation was stopped (the rise of the inlet temperature of the salt melt into the reactor of the acrolein reaction was always above 0.3 ° C. and below 4 ° C. before the monthly stop, and in the case of the reactor for the propene reaction step, The increased value required per month was above 0.5 ° C.), and the inlet temperature of the salt melt finally used in the particular reaction stage and intermediate cooler was maintained and consisted of a gas mixture G consisting of 6% by volume of O 2 and 95% by volume of N 2 95% by volume. Was conducted through the entire reaction system for a period t G of 24 to 48 hours at a time space velocity on the fixed catalyst bed of the propene reaction step of 30 l (STP) / l · h. Thereafter, partial oxidation was continued and the inlet temperature of the salt melt to the specific reaction stage was adjusted in such a way that the target conversion of the specific reaction stage was still achieved.
기술되어 있는 바와 같이 반응 계의 2 년 이상 (프로펜 반응 단계의 새로운 충전으로부터 계산됨)에 대한 운전 후, 기체 혼합물 G가 반응 계를 통과하고 부분 산화가 이어서 지속된 후, 13일째 운전일 후 반응 조건 및 결과는 다음과 같았다 (d=부분 산화의 지속 후 운전일, SV= 프로펜의 프로펜 반응 단계 상의 시간 공간 속도 (l (STP)/l·h), Cpro = 단일 통과에 기초한 프로펜 전환율 (mol%), Cacr = 단일 통과에 기초한 아크롤레인 전환율 (mol%), YAA = 단일 통과 및 전환된 프로펜에 기초한 아크릴산의 수율 (mol%); ACO = 단일 통과 및 전환된 프로펜에 기초한 탄소 산화물의 목적하지 않은 2차 수율 (mol%), T1 = 프로펜 반응 단계에서의 염욕 입구 온도 (℃), T2 = 아크롤레인 반응 단계에서 염욕 입구 온도 (℃), P1 = 프로펜 반응 단계로의 입구에서 작업 압력 (mbar), P2 = 아크롤레인 반응 단계로의 입구에서 작업 압력 (mbar)):After operation for at least two years of the reaction system (calculated from the new charge of the propene reaction stage) as described, after the gas mixture G has passed through the reaction system and the partial oxidation is subsequently continued, after the 13th operation day The reaction conditions and results were as follows (d = operation days after sustaining partial oxidation, SV = time-space velocity on propene reaction stage of propene (l (STP) / l · h), C pro = based on single pass Propene conversion (mol%), C acr = acrolein conversion (mol%) based on single pass, Y AA = yield of acrylic acid (mol%) based on single pass and converted propene; A CO = single pass and converted Undesired secondary yield (mol%) of carbon oxides based on propene, T 1 = salt bath inlet temperature (° C.) in propene reaction stage, T 2 = salt bath inlet temperature (° C.) in acrolein reaction stage, P 1 = Working pressure at the inlet to the propene reaction stage (mbar), P 2 = Working pressure (mbar) at the inlet to the acrolein reaction stage:
20일째 운전일 후, 기체 혼합물 G를 다시 상기 기술한 바처럼 반응 계를 통해 전도하였고, 이어서 작업 압력을 증가시기기 위해서 아크릴산으로의 아크롤레인의 부분 산화에 대한 관 다발 반응기의 출구의 하류에 천공 격막을 설치한 차이를 제외하고는 기술한 바와 같이 부분 산화를 지속하였다. 천공된 격막의 지름은 1.23 m이었다. 이는 지름이 균일한 9 cm인 균일하게 분배된 37개의 구멍을 함유하였다. 13일째 운전일 후 (부분 산화의 지속으로부터 계산됨), 운전 조건 및 결과는 하기와 같았다.After 20 days of operation, the gas mixture G was again inverted through the reaction system as described above, and then perforated diaphragm downstream of the outlet of the tube bundle reactor for partial oxidation of acrolein to acrylic acid to increase the working pressure. The partial oxidation was continued as described except for the difference with which. The diameter of the perforated diaphragm was 1.23 m. It contained 37 evenly distributed holes of 9 cm in diameter. After 13 days of operation (calculated from the duration of partial oxidation), the operating conditions and results were as follows.
동일한 프로펜 전환율에서 상승된 작업 압력 P1 하에 실시예에서 T1의 값의 비교는 COx 부산물 형성의 유의한 증가를 수반하지 않는 프로펜 반응 단계의 반응기로의 상당하게 감소된 염욕 입구 온도를 나타낸다. 아크롤레인 반응 단계에서, 작업 압력 증가의 활성 증진 효과는 마찬가지로 명백하게 인식할만하다. 그러나, 아 크롤레인 반응 단계의 촉매 층이 프로펜 반응 단계의 촉매 충 후 1.5년 간 작업을 지속하였기 때문에, 아크롤레인 단계의 촉매 층의 불활성화는 많이 진전되지는 않았고, 이는 작업 압력의 증가의 효과가 아직 주목할만 하지 않은 이유이다.The comparison of the values of T 1 in the examples under elevated working pressure P 1 at the same propene conversion yields a significantly reduced salt bath inlet temperature into the reactor of the propene reaction stage that does not involve a significant increase in CO x byproduct formation. Indicates. In the acrolein reaction step, the effect of enhancing the activity of increasing working pressure is likewise clearly recognizable. However, since the catalyst layer of the acrolein reaction stage continued to operate for 1.5 years after the catalyst filling of the propene reaction stage, the deactivation of the catalyst layer of the acrolein stage did not progress much, which is the effect of the increase in the working pressure. That's why it's not noteworthy yet.
D) 아크릴산으로의 프로펜 2 단계 부분 산화 작업 (실험실 규모)D) 2-Step partial oxidation of propene to acrylic acid (lab scale)
I. 2 반응 단계에 대한 실험적 배열의 설명I. Description of Experimental Arrangement for Two Reaction Steps
프로펜 반응 단계Propene Reaction Step
반응 관 (V2A 강철; 외경 30 mm, 벽 두께 2 mm, 내경 26 mm, (열전소자를 수용하기 위한) 중심 열 우물은 외경이 4 mm이고, 길이가 320 cm임)을 하기와 같이 상부부터 하부로 충전하였다.Top-to-bottom of the reaction tube (V2A steel; outer diameter 30 mm,
영역 1: 길이 50 cmZone 1: 50 cm long
예비 층으로서 형상 7 mm×7 mm×4 mm (외경×길이×내경)의 동석 고리.Steatite ring of shape 7mm * 7mm * 4mm (outer diameter X length X inner diameter) as spare layer.
영역 2: 길이 100 cmZone 2: 100 cm long
형상 5 mm×3 mm×2 mm (외경×길이×내경)의 동석 고리 및 환형 지지되지 않은 촉매 Cp (A)에서 처럼 제조됨) 70 중량%의 균일한 혼합물의 촉매 충전물.Catalytic charge of a homogeneous mixture of 70% by weight of a 5mm × 3mm × 2mm (outer diameter × length × inner diameter) soapstone ring and annular unsupported catalyst C p (A).
영역 3: 길이 170 cmZone 3: 170 cm long
영역 2에서와 같이 배타적인 환형 지지되지 않은 촉매 Cp의 촉매 충전물.Exclusive cyclic unsupported catalyst C p as in
질소-살포된 염욕 (질산칼륨 53 중량%, 아질산나트륨 40 중량%, 및 질산나트륨 7 중량%)를 사용하여 역류로 반응 관을 온도 조절하였다.The reaction tube was temperature controlled with countercurrent using a nitrogen-sprayed salt bath (53 wt% potassium nitrate, 40 wt% sodium nitrite, and 7 wt% sodium nitrate).
아크롤레인 반응 단계Acrolein Reaction Step
반응 관 (V2A 강철; 외경 30 mm, 벽 두께 2 mm, 내경 26 mm, (열전소자를 수용하기 위한) 중심 열 우물은 외경이 4 mm이고 길이가 320 cm임)을 상부에서 하부로 하기와 같이 충전하였다.From top to bottom, the reaction tube (V2A steel; outer diameter 30 mm,
영역 1: 길이 20 cmZone 1: 20 cm in length
형상 7 mm×7 mm×4 mm (외경×길이×내경)의 동석 고리의 예비 층.Preliminary layer of soapstone ring of shape 7mm * 7mm * 4mm (outer diameter X length X inner diameter).
영역 2: 길이 100 cmZone 2: 100 cm long
형상 7 mm×3 mm×4 mm (외경×길이×내경)의 동석 고리 30 중량% 및 환형 코팅 촉매 CA (B)에서처럼 제조됨)의 균일한 혼합물의 촉매 충전물.Catalyst charge of a homogeneous mixture of
영역 3: 길이 200 cmZone 3: 200 cm in length
영역 2와 같이 배타적인 환형 코팅 촉매 CA의 촉매 충전물.Catalytic charge of the exclusive cyclic coating catalyst C A as in
질소가 살포된 염욕 (질산칼륨 53 중량%, 아질산나트륨 40 중량% 및 질산나트륨 7 중량%)을 사용하여 역류로 반응 관을 온도 조절하였다.The reaction tube was temperature controlled by countercurrent using a nitrogen sparged salt bath (53 wt% potassium nitrate, 40 wt% sodium nitrite and 7 wt% sodium nitrate).
두 반응 단계 사이에, 비활성 물질로 충전되고, 그를 통해 제1 반응 단계의 생성물 기체 혼합물이 전도되고, 간접적인 냉각에 의해 250℃의 온도로 냉각되는 중간체 냉각제를 배치하였다.Between the two reaction stages, an intermediate coolant is placed which is filled with an inert material, through which the product gas mixture of the first reaction stage is conducted and cooled to a temperature of 250 ° C. by indirect cooling.
제1 반응 단계 (프로펜→아크롤레인)는 The first reaction step (propene → acrolein)
중합체-등급 프로펜 5.5 내지 5.7 부피%,5.5 to 5.7 volume percent polymer-grade propene,
H2O 3 내지 3.2 부피%,H 2 O 3-3.2 volume%,
COx 1 내지 2 부피%,CO x 1-2 vol%,
아크롤레인 0.01 내지 0.02 부피%,0.01-0.02% by volume of acrolein,
O2 10.4 내지 10.6 부피%, 및0 2 10.4-10.6 volume percent, and
100 부피%가 되게 하는 양의 잔여물로서의 질소 분자Nitrogen molecule as residue in amounts to 100% by volume
의 출발 반응 기체 혼합물로 연속적으로 충전되었다.It was continuously charged with a starting reaction gas mixture of.
프로펜의 촉매 충전물 상의 시간 공간 속도를 130 l (STP)/l·h에서 선택하였다. 제1 반응 단계의 염욕 온도는 T1 (℃)이었다. 제2 반응 단계 (아크롤레인→아크릴산)의 염욕 온도는 T2 (℃)이었다. 140℃의 온도인 충분하게 압축된 공기를 250℃의 온도에서 중간체 냉각기를 떠나는 생성물 기체 혼합물에 첨가하였고, 출발 반응 기체 혼합물은 아크롤레인에 대한 산소 분자의 비율 (부피 백분율의 비율)이 1.3인 제2 반응 단계에 공급되었다. 제2 반응 단계의 출구의 하류에 작업 압력을 조절할 수 있게 하는 트로틀 장치가 배치되었다.The temporal space velocity on the catalyst charge of propene was chosen at 130 l (STP) /l.h. The salt bath temperature of the first reaction step was T 1 (° C.). The salt bath temperature of the second reaction step (acrolein → acrylic acid) was T 2 (° C.). Sufficiently compressed air at a temperature of 140 ° C. was added to the product gas mixture leaving the intermediate cooler at a temperature of 250 ° C., and the starting reaction gas mixture was a second in which the ratio of oxygen molecules to acrolein (ratio of volume percentages) was 1.3 Fed to the reaction stage. Downstream of the outlet of the second reaction stage, a throttle device is arranged which makes it possible to adjust the working pressure.
작업 압력에 따라 (제1 반응 단계의 바로 상류의 압력 (bar)이 각 경우에 특정됨), T1 및 T2는 프로펜 전환율이 97.5 mol%이고 아크롤레인 전환율이 99.3 mol%인 방식 (각 경우에 반응 계를 통한 반응 기체 혼합물의 1회 통과에 기초하여)으로 각각 조정되었다.Depending on the working pressure (pressure immediately upstream of the first reaction stage (bar) is specified in each case), T 1 and T 2 have a propene conversion of 97.5 mol% and an acrolein conversion of 99.3 mol% (in each case Based on one pass of the reaction gas mixture through the reaction system.
작업 압력에 따라, 하기 표의 결과를 얻었다. 결과는 작업 압력 1.1 bar 및 동일한 전환율에서 100시간의 이전의 방해받지 않은 작업 시간 후의 반응 운전에 기초하였다.According to the working pressure, the result of the following table was obtained. The results were based on the reaction operation after the previous undisturbed working time of 100 hours at the working pressure of 1.1 bar and the same conversion rate.
T1max 및 T2max 온도는 특정 반응 단계에서 최대 반응 온도 (℃)이다. ΔP1 및 ΔP2는 특정 반응 단계에서 겪게되는 압력 강하 (bar)이다.T 1max and T 2max temperature is the maximum reaction temperature (℃) in certain reaction steps. ΔP 1 and ΔP 2 are the pressure drops (bar) experienced during a particular reaction step.
2004년 5월 19일자로 출원된 미국 가출원 제 60/572,124호는 참고 문헌으로서 본원에 인용된다. 상기 언급된 교시에 관해서, 본 발명으로부터 수많은 변경 및 수정이 가능하다. 따라서, 하기의 특허 첨구 범위 내에서 발명이 본원에 기술된 특정한 방법과는 상이하게 수행될 수 있다는 것을 가정할 수 있다.US Provisional Application No. 60 / 572,124, filed May 19, 2004, is incorporated herein by reference. With regard to the above-mentioned teachings, numerous modifications and variations are possible from the present invention. Thus, it can be assumed that the invention can be carried out differently from the specific methods described herein within the scope of the appended claims.
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