KR20160132914A - 프탈산 무수물을 제조하기 위한 최적 간극량을 갖는 촉매 배열체 - Google Patents

프탈산 무수물을 제조하기 위한 최적 간극량을 갖는 촉매 배열체 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 공급 가스용 가스 도입구 말단부 및 생성물 가스용 가스 배출구 말단부를 갖고, 또한, 촉매체들로 구성된 제1 촉매 존 및 촉매체들로 구성된 적어도 하나의 제2 촉매 존을 갖는 반응기를 포함하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체에 관한 것으로, 여기서, 상기 제1 촉매 존은 상기 가스 도입구 말단부에 배열되고 상기 제2 촉매 존은 가스 유동 방향으로 상기 제1 촉매 존의 하류에 배열되며, 상기 가스 유동 방향으로의 상기 제1 촉매 존의 길이는 상기 가스 유동 방향으로의 상기 제2 촉매 존의 길이보다 더 짧고, 상기 제1 촉매 존은 상기 제2 촉매 존의 간극량과 비교하여 더 큰 간극량을 가짐을 특징으로 한다.

Description

프탈산 무수물을 제조하기 위한 최적 간극량을 갖는 촉매 배열체{CATALYST ARRANGEMENT WITH OPTIMIZED VOID FRACTION FOR THE PRODUCTION OF PHTHALIC ACID ANHYDRIDE}
본 발명은, 공급 가스용 가스 도입구 말단부 및 생성물 가스용 가스 배출구 말단부를 갖고, 또한, 촉매체(catalyst body)들로 구성된 제1 촉매 존(catalyst zone) 및 촉매체들로 구성된 적어도 하나의 제2 촉매 존을 갖는 반응기를 포함하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화(gas-phase oxidation)에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체(catalyst arrangement)로서, 여기서, 상기 제1 촉매 존은 상기 가스 도입구 말단부에 배열되고 상기 제2 촉매 존은 가스 유동 방향으로 상기 제1 촉매 존의 하류에 배열되며, 상기 가스 유동 방향으로의 상기 제1 촉매 존의 길이는 상기 가스 유동 방향으로의 상기 제2 촉매 존의 길이보다 더 짧고, 상기 제1 촉매 존은 상기 제2 촉매 존의 간극량(gap content)과 비교하여 더 큰 간극량을 가짐을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체에 관한 것이다.
프탈산 무수물의 산업적 생산은 오르토-자일렌 및/또는 나프탈렌의 촉매적 기상 산화에 의해 수행된다. 이러한 목적을 위해, 상기 반응에 적합한 촉매, 일반적으로 바나듐-함유 촉매가 반응기에 제공되고, 반응 가스가 상기 촉매 위로 통과한다. 복수의 관(tube)들이 병렬 배열되고 냉각제가 이들 주위로 유동하는 원통다관식 반응기(shell and tube reactor)가 반응기로서 바람직하게 사용된다. 냉각제로서, 일반적으로 용융염, 예를 들면, NaNO2 및 KNO3의 공융 혼합물이 사용된다. 상기 촉매는 촉매체들의 형태로 상기 관들 속에 도입된다. 가장 단순한 경우에 있어서, 균질한 베드(homogeneous bed)가 사용된다. 이후에, 산소-함유 가스, 통상적으로, 공기와, 산화시킬 탄화수소, 통상적으로 오르토-자일렌 또는 나프탈렌과의 혼합물을 함유하는 반응 가스가 상기 베드를 통과한다.
요즘에는, 링들, 통상적으로 스테아타이트를 지지하기 위해 코팅으로서 도포되는 V2O5-TiO2-함유 활성 조성물에 기초한 산업용 프탈산 무수물 촉매가 사용된다. 탄화수소의 산화는 강한 발열성이어서, 특히 반응기 도입구의 영역에서, 탄화수소의 총 산화 및 촉매의 비활성화를 야기할 수 있는 다량의 열 방출이 관찰된다. 생산성과 관련된 저하를 방지하기 위해, 구조화된 촉매 베드들, 즉, 활성이 상이한 촉매들의 존들이 관들 내에서 서로의 위에 배열되어 있는 촉매 배열체들을 사용하여 변화시켰다. 현재, 3개- 또는 4개-존 촉매 베드들이 통상적으로 사용되고, 이때, 제1 촉매 존은 비교적 낮은 활성을 가지며 반응기 도입구의 말단부에 배열되며, 상기 제1 촉매 존에 이어서 촉매 존들은 단계적으로 증가하는 활성을 갖는다. 따라서, 최대 활성을 갖는 촉매 존이 반응기 배출구의 말단부에 배열된다. 상기 시스템들은, 예를 들면, 문헌들 WO 99/61434 A1, WO99/61433 A1 또는 WO 2004/103944 A1로부터 공지되어 있다.
최근에, 4개 이상의 존들을 갖는 촉매 시스템들을 사용하여 점진적으로 변화되었으며, 이때 비교적 짧은 존은 비교적 높은 활성의 촉매로 구성되고 반응기 도입구 말단부에 첫 번째로 배열된다. 비교적 높은 활성의 상기 존에 이어 더 낮은 활성을 갖는 존이 이어지고, 이어서 촉매 활성이 다시 증가하는 추가의 존들이 이어진다. 이러한 촉매 시스템들은, 예를 들면, 문헌들 WO　2007/134849 A1 및 WO 2011/032658 A1로부터 공지되어 있다.
WO 2006/092304 A1에는 가스 도입구 말단부에 가장 가깝게 위치하는 적어도 하나의 촉매 존, 가스 배출구 말단부에 더 가깝게 위치하는 제2 촉매 존 및 가스 배출구 말단부에 더더욱 가깝게 또는 상기 가스 배출구 말단부에 위치하는 제3 촉매 존을 포함하는, o-자일렌 및/또는 나프탈렌의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매의 사용이 기재되어 있으며, 여기서, 상기 촉매 존들은 바람직하게는 각각 TiO2를 함유하는 활성 조성물을 가지며, 상기 제1 촉매 존의 촉매 활성은 제2 촉매 존의 촉매 활성보다 더 높음을 특징으로 한다. 상기 제1 촉매 존의 활성은 당업자가 익숙한 모든 측정 수단들에 의해 후속적 제2 촉매 존의 활성보다 더 높도록 설정될 수 있다. 바람직한 양태에서, 제1 촉매 존에서의 증가된 활성은, 예를 들면, 제1 촉매 존에서 벌크 밀도를 증가시킴에 의해, 예를 들면, 사용된 불활성 성형체의 또 다른 (환상) 기하학적 구조의 사용에 의해 달성될 수 있다.
WO 2008/077791 A1에는 방향족 탄화수소 및 분자 산소를 포함하는 가스상 스트림이 2개 이상의 촉매 존들을 통과하는 기상 산화 공정이 기재되어 있다. 추가로, 상기 특허 문헌은 초기 충전을 사용하여 기상 반응을 위한 촉매 시스템에 관한 것이다. 초기에 충전된 불활성 링들 및/또는 촉매 링들의 직경 × 높이 또는 체적의 생성물은 후속적 촉매 존들 중 적어도 하나보다 더 적거나, 또는 초기에 충전된 불활성 링들 및/또는 촉매 링들의 단위 체적당 표면적의 비는 후속적 촉매 존들 중 적어도 하나보다 더 크다.
EP 0985648 A1은 탄화수소의 기상 산화로서, 치환기를 함유할 수 있는 탄화수소 및 분자 산소를 함유하는 가스를 포함하는 가스상 혼합물이 고정된 촉매 베드를 통과하고, 촉매 존들의 중공 공간량(hollow space content)이 원료의 가스 혼합물의 유동 방향으로 하나 이상의 단계들에서 증가하는 고정된 촉매 베드를 통해 원료의 가스 혼합물을 통과시킴에 의해 수행되는 기상 산화 공정을 제공하는, 탄화수소의 기상 산화에 관한 것이다.
오르토-자일렌 또는 나프탈렌의 산화는 프탈산 무수물의 바람직한 생성물을 형성할 뿐만 아니라 불완전 산화에 의해 또는 과잉 산화(over oxidation)에 의해 형성된 일련의 바람직하지 않은 부산물을 형성한다. 불완전 산화에 의해 형성된 부산물은 주로 오르토-톨루알데하이드 및 프탈라이드이다. 과잉 산화에 의해 형성된 부산물은 주로 일산화탄소, 이산화탄소 및 말레산 무수물과 함께 소량의 벤조산 및 시트라콘산 무수물이다. 출발 물질의 높은 전환율과 함께, 최종 생성물 내에 특히, 말레산 무수물을 포함하는 부산물의 비율이 매우 작은 프탈산 무수물로의 산화의 매우 높은 선택도가 요망된다.
현재, 프탈산 무수물에 대한 몰 선택도는 83mol% 이하로 달성된다. 오르토-자일렌 또는 나프탈렌의 프탈산 무수물로의 산화의 선택도를 증가시키기 위해 추가로, 촉매 시스템의 다양한 파라미터들을 변화시킬 수 있다. 따라서, 촉매의 조성을 변화시킬 수 있거나, 촉매 베드의 성질들을 또한 변화시킬 수 있다. 이러한 목적을 위해, 예를 들면, 개별 촉매 존들의 배열과 길이를 변화시킬 수 있다.
본 발명의 목적은, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체를 제공하는 것으로, 선행 기술로부터 공지된 촉매 배열체들에 비해 프탈산 무수물의 증가된 수율을 가능하게 하며 비교적 고순도의 조(crude) 프탈산 무수물을 제공한다.
본 발명의 목적은, 공급 가스용 가스 도입구 말단부 및 생성물 가스용 가스 배출구 말단부를 갖고, 또한, 촉매체들로 구성된 제1 촉매 존 및 촉매체들로 구성된 적어도 하나의 제2 촉매 존을 갖는 반응기를 포함하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체에 의해 달성되며, 여기서, 상기 제1 촉매 존은 상기 가스 도입구 말단부에 배열되고 상기 제2 촉매 존은 가스 유동 방향으로 상기 제1 촉매 존의 하류에 배열되며, 상기 가스 유동 방향으로의 상기 제1 촉매 존의 길이는 상기 가스 유동 방향으로의 상기 제2 촉매 존의 길이보다 더 짧고, 상기 제1 촉매 존은 상기 제2 촉매 존의 간극량과 비교하여 더 큰 간극량을 가짐을 특징으로 한다.
본 발명의 방법은 하나 이상의 반응기(들)에서 수행되고, 이때 상기 반응기(들)은 바람직하게는 관상(tubular)(반응기 관 또는 관들)이다. 상기 반응기의 개구부들, 전형적으로 반응기 관의 2개의 개구부들이 공급 가스용 반응기 도입구 및 생성물 가스용 반응기 배출구를 형성하여, 가스 도입구 말단부, 가스 배출구 말단부 및 가스 유동 방향이 존재한다. 상기 반응기를, 예를 들면, 염 욕에서 340℃ 내지 450℃의 온도로 가열하고, 이때 온도 프로파일은 발열 반응의 결과로서 수립되며 상이한 촉매 존들이 가능하게는 존재한다.
바람직하게는 관상 반응기는 각각의 경우 직경(D)을 가지며, 이는 본 발명의 목적상 반응기의 내경이다. 반응기의 직경(D)을 10 내지 50mm, 더욱 바람직하게는 20 내지 40mm의 범위로 선택하는 것이 바람직하다. 상기 관상 반응기들은 관 길이(L)를 갖는데, 이는 마찬가지로, 통상적인 범위들, 예를 들면, 2 내지 5m로 선택된다. 상기 관 길이(L)는 촉매 체들로 충전된 반응기 관의 길이의 비율에 상응한다.
상기 반응기는 각각의 경우 오르토-자일렌 또는 나프탈렌의 기상 산화를 촉매화하는 촉매체들로 충전된다. 상기 촉매체들은 통상적으로 바나듐-함유 활성 조성물, 즉, 촉매적 활성 조성물로 코팅된 불활성 지지체(support body)로 이루어진다. 본 발명에 따라, 적어도 2개의 촉매 존들이 형성되어야 하고, 여기서, 촉매 존은 반응기 내의 촉매체들의 균일한 베드이다. 축 방향으로 또는 가스 유동 방향으로 반응기 내의 베드의 신장(extension)은 각각의 촉매 존(x)의 길이(Lx)에 상응한다. 상기 반응기가 수직 관으로서 구성되는 경우, 각각의 촉매 존의 길이는 각각의 촉매 존의 충전 높이에 해당한다. x번째 촉매 존은 가스 유동 방향으로 가스 도입구 말단부로부터 카운팅한다. 반응을 수행하기 위해, 표준 m3의 공기당 30 내지 100g의 오르토-자일렌 부하량을 갖는, 1시간당 약 2 내지 5 표준 m3의 공기가, 예를 들면, 약 1.2 내지 1.6bar의 총 압력에서 상부에서 하부로 반응기를 통과한다. 일반적으로, 연속적인 촉매 존들은 서로 직접적으로, 즉 접촉하여 유동할 수 있거나, 또는 달리, 예를 들어, 불활성체(inert body)들로 구성된 존에 의해 서로 분리될 수 있다.
상기 반응기의 가스 도입구 말단부에 제1 촉매 존이 가장 가깝게 위치하고, 이어서, 가스 유동 방향으로, 제1 촉매 존의 촉매체들과 상이한 촉매체들로 이루어진 제2 촉매 존이 적어도 이어진다. 본 발명에 따라, 상기 제1 촉매 존은 제2 촉매 존의 간극량보다 더 큰 간극량을 갖는다.
상기 제1 촉매 존은 1m 미만, 바람직하게는 10 내지 50cm의 길이를 가질 수 있다. 상기 제1 촉매 존은 바람직하게는 관 길이(L)의 5 내지 25%, 특히 바람직하게는 15 내지 25%를 차지한다.
상기 제2 촉매 존은 0.3 내지 3m, 바람직하게는 0.85 내지 2m, 특히 바람직하게는 1 내지 2m의 길이를 가질 수 있다. 상기 제2 촉매 존은 바람직하게는 관 길이(L)의 15 내지 60%, 특히 20 내지 60% 또는 30 내지 50%를 차지한다.
상기 제2 촉매 존에는, 가스 유동 방향으로, 추가의 촉매 존들, 예를 들면, 제2 촉매 존에 직접 접하는 제3 촉매 존 및 가능하게는, 상기 제3 촉매 존에 직접 접하는 제4 촉매 존이 이어질 수 있다. 상응하는 제5 촉매 존이 일반적으로는 필요하지 않지만, 가능은 하다.
상기 제3 촉매 존은 1m 미만, 바람직하게는 50 내지 70cm의 길이를 가질 수 있다. 상기 제3 촉매 존은 바람직하게는 관 길이(L)의 약 10 내지 30%를 차지하고; 특히 상기 제3 촉매 존이 마지막인 경우, 즉, 상기 촉매 존이 반응기 배출구에 가장 가까운 경우, 관 길이(L)의 20 내지 50%의 제3 촉매 존의 길이가 바람직하다.
상기 제4 촉매 존은 30 내지 150cm, 바람직하게는 55 내지 75cm의 길이를 가질 수 있다. 상기 제4 촉매 존은 바람직하게는 관 길이(L)의 약 10 내지 40%, 특히 바람직하게는 10 내지 30%를 차지하고; 특히 제4 촉매 존이 마지막인 경우, 즉, 상기 촉매 존이 반응기 배출구에 가장 가까운 경우, 관 길이(L)의 15 내지 25%의 제4 촉매 존의 길이가 바람직하다.
추가의 특히 바람직한 양태에서, 상기 제1 촉매 존은 관 길이(L)의 15 내지 25%를 차지하고, 상기 제2 촉매 존은 20 내지 50%를 차지하고, 상기 제3 촉매 존은 20 내지 50%를 차지하고, 상기 제4 촉매 존은 15 내지 25%를 차지한다.
간극량(GC)은 촉매 존의 성질로서 수학식 1에 따라 계산된다.
Figure pct00001
VCZ = 반응기 내의 촉매 존의 총 체적, 즉,
Figure pct00002
(Lx = 가스 유동 방향으로 각각의 촉매 존(x)의 길이, D = 반응기의 내경)
VES = 충전된 촉매 존 내의 빈 공간의 체적
VFC = 충전된 촉매 존 내의 촉매체들의 체적
제1 촉매 존에서의 더 높은 간극량을 얻기 위해, 제1 촉매 존 및 제2 촉매 존의 촉매체들은 하나 이상의 기하학적 구조의 치수들의 관점에서 및/또는 이들의 기하학적 구조의 형상의 관점에서 상이할 수 있다. 기하학적 구조의 형상으로서, 원통 형상 및 환형 형상이 바람직하다. 예를 들면, 촉매체의 높이, 길이 및 폭에 상응하는 기하학적 구조의 치수들은 촉매체의 용적을 0.05 내지 0.5cm3 범위로 수득되도록 선택하는 것이 바람직하다.
가장 단순한 경우, 상기 제2 촉매 존의 촉매체들은 제1 촉매 존의 촉매체들과 동일한 기하학적 구조의 형상을 갖지만, 더 작으며, 즉 더 작은 기하학적 구조의 치수들을 갖는다. 제1 촉매 존에서보다 제2 촉매 존에서 더 작은 촉매체들로서의 링들의 사용이 바람직하다. 그러나, 감소된 간극량은 또한 촉매체들의 혼합물에 의해 실현될 수 있다.
상기 제1 촉매 존에서의 간극량은 62 내지 70%, 바람직하게는 64 내지 68% 및 특히 65 내지 66.5%의 범위일 수 있다. 길이 대 간극량(= 100 * (Lx/GCx)[m])의 비는 제1 촉매 존에서 0.3m 내지 1.2m, 바람직하게는 0.5 내지 0.7m일 수 있다. 상기 제1 촉매 존의 촉매체들은 바람직하게는 15 내지 17cm-1의 표면적/체적 비를 갖는다.
제2 촉매 존에서의 간극량은 60 내지 68%, 바람직하게는 62 내지 66%일 수 있고, 단, 상기 제2 촉매 존의 간극량은 제1 촉매 존에서의 간극량보다 더 낮다. 특히, 간극량은 63 내지 < 65%의 범위일 수 있다. 길이 대 간극량의 비(= 100 * (Lx/GCx)[m])는 제2 촉매 존의 경우 1.2 내지 4.8m, 바람직하게는 2.2 내지 2.6m의 범위 내일 수 있다. 상기 제2 촉매 존의 촉매체들은 바람직하게는 > 17 내지 30cm-1의 표면적/체적 비를 갖는다.
상기 제1 촉매 존의 촉매체들의 표면적/체적 비는 상기 제2 촉매 존의 촉매체들의 표면적/체적 비와 바람직하게는 5% 이상, 더욱 바람직하게는 7% 이상 상이하다.
상기 제2 촉매 존이 제3 촉매 존에 인접한 경우, 제2 촉매 존의 간극량과 상이하거나 제2 촉매 존의 간극량보다 더 큰 간극량을 갖는 촉매체들을 갖는 제3 촉매 존이 바람직하다. 상기 제3 촉매 존에서의 간극량은 62 내지 70%, 바람직하게는 64 내지 68% 및 특히 65 내지 66.5%의 범위일 수 있으며, 단, 상기 제3 촉매 존의 간극량은 상기 제2 촉매 존의 간극량보다 더 크다. 특히, 상기 제1 촉매 존의 촉매체들과 동일한 간극량을 형성하는 촉매체들을 갖는 제3 촉매 존이 바람직하다. 이것은 바람직하게는 제1 촉매 존의 것들과 동일한 기하학적 구조의 형상 및 동일한 기하학적 구조의 치수들을 갖는 제3 촉매 존의 촉매체들에 의해 달성된다. 길이 대 간극량의 비(= 100 * Lx/GCx[m])는 제3 촉매 존의 경우 0.45 내지 1.80m, 바람직하게는 0.7 내지 1.1m의 범위 내일 수 있다.
상기 제3 촉매 존이 제4 촉매 존에 인접한 경우, 제1 촉매 존의 촉매체들과 동일한 간극량을 형성하는 촉매체들을 갖는 제4 촉매 존이 바람직하다. 이것은 바람직하게는 제1 촉매 존의 것들과 동일한 기하학적 구조의 형상 및 동일한 기하학적 구조의 치수들을 갖는 제4 촉매 존의 촉매체들에 의해 달성된다. 길이 대 간극량의 비(= 100 * Lx/GCx[m])는 제4 촉매 존의 경우 0.5 내지 1.8m, 바람직하게는 0.8 내지 1.2m의 범위 내일 수 있다.
다양한 촉매 존들의 촉매체들은 또한 활성 조성물 함유량의 관점에서 상이할 수 있다. 하나의 양태에서, 상기 촉매체들은, 촉매체들의 총 중량을 기준으로 하여, 3 내지 12중량%, 바람직하게는 4 내지 10중량%의 범위 내의 활성 조성물 함유량을 갖는다. 상기 제1 촉매 존의 활성 조성물 함유량은 바람직하게는 제2 촉매 존의 활성 조성물 함유량보다 더 크다. 예를 들면, 상기 제1 촉매 존의 촉매체들의 활성 조성물 함유량은 7 내지 9중량%일 수 있으며, 상기 제2 촉매 존의 촉매체들의 활성 조성물 함유량은 4 내지 7중량%일 수 있으며, 각각의 경우, 촉매체들의 총 중량을 기준으로 한다. 임의의 후속적인 제3 및 제4 촉매 존에 관해, 활성 조성물 함유량(mA)이 제2 촉매 존으로부터 제4 촉매 존으로 증가하거나, 제2 촉매 존으로부터 제3 촉매 존으로 증가하며, 제3 촉매 존으로부터 제4 촉매 존으로 일정하게 유지되는 것이 바람직하다.
활성 조성물은, 바나듐에 추가하여, 다수의 촉진제들, 예를 들면, 알칼리 및/또는 알칼리 토금속, 안티몬, 인, 철, 니오븀, 코발트, 몰리브덴, 은, 텅스텐, 주석, 납, 지르코늄, 구리, 금 및/또는 비스무트 및 상기 성분들 중 두 가지 이상의 혼합물을 포함할 수 있다. 개별 존들의 촉매체들은, 하나의 양태에서, 이들의 활성 조성물의 화학 조성(constitution)의 관점에서 상이하다. 표 1은 활성 조성물의 전형적인 화학 조성의 개요를 제공한다.
Figure pct00003
활성 조성물은 바람직하게는, 각각의 경우 상기 활성 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 5 내지 15중량%의 V2O5, 0 내지 5중량%의 Sb2O3, 0.2 내지 0.75중량%의 Cs, 0 내지 5중량%의 Nb2O5를 함유한다. 상기 성분들 외에도, 활성 조성물의 나머지(balance)는 완전히 또는 본질적으로 TiO2로 이루어진다. 상기 활성 조성물은, 예를 들면, 유리하게는 제1 또는 제2 촉매 존의 촉매체들에서 사용될 수 있다.
촉매체들은 바람직하게는, 촉매 존에 따라, 상이한 화학적 조성을 갖는 활성 조성물을 가지며/가지거나, 개별 촉매 존들의 활성 조성물이 물리화학적 성질들의 관점에서 상이하다. 하나의 양태에서, 촉매의 BET 표면적 또는 활성 조성물의 BET 표면적은 15 내지 약 30m2/g의 범위 내이다. 그러나, 활성 조성물은, 예를 들면, 각각의 촉매 존의 함수로서 촉매체들 내에서 상이한 BET 표면적을 가질 수 있다.
바람직한 양태에서, 활성 조성물의 BET 표면적은 제1 촉매 존으로부터 제4 촉매 존의 활성 조성물까지 증가한다. BET 표면적에 적합한 범위는, 예를 들면, 제1 촉매 존의 경우 15 내지 25m2/g이고, 제2 촉매 존의 경우 15 내지 30m2/g이고, 제3 촉매 존의 경우 15 내지 30m2/g이고, 제4 촉매 존의 경우 20 내지 45m2/g이다.
특히 바람직한 양태에서, 제1 촉매 존의 촉매체들의 활성 조성물은, 각각의 경우 상기 활성 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 5 내지 16중량%의 V2O5, 0 내지 5중량%의 Sb2O3, 0.2 내지 0.75중량%의 Cs, 0 내지 1중량%의 P 및 0 내지 3중량%의 Nb2O5를 함유한다. 활성 조성물의 나머지는 적어도 90중량%, 바람직하게는 적어도 95중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 98중량%, 특히 적어도 99중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 99.5중량%, 특히 100중량%의 TiO2의 수준으로 이루어진다. 특히 바람직한 양태에서, TiO2의 BET 표면적은 15 내지 약 25m2/g의 범위 내이다.
특히 바람직한 양태에서, 제2 촉매 존의 촉매체들의 활성 조성물은, 각각의 경우 상기 활성 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 5 내지 15중량%의 V2O5, 0 내지 5중량%의 Sb2O3, 0.2 내지 0.75중량%의 Cs, 0 내지 1중량%의 P 및 0 내지 2중량%의 Nb2O5를 함유한다. 활성 조성물의 나머지는 적어도 90중량%, 바람직하게는 적어도 95중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 98중량%, 특히 적어도 99중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 99.5중량%, 특히 100중량%의 TiO2의 수준으로 이루어진다. 특히 바람직한 양태에서, TiO2의 BET 표면적은 15 내지 약 45m2/g의 범위 내이다.
특히 바람직한 양태에서, 제3 촉매 존의 촉매체들의 활성 조성물은, 각각의 경우 상기 활성 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 5 내지 15중량%의 V2O5, 0 내지 4중량%의 Sb2O3, 0.05 내지 0.5중량%의 Cs, 0 내지 1중량%의 P 및 0 내지 2중량%의 Nb2O5를 함유한다. 활성 조성물의 나머지는 적어도 90중량%, 바람직하게는 적어도 95중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 98중량%, 특히 적어도 99중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 99.5중량%, 특히 100중량%의 TiO2의 수준으로 이루어진다. TiO2의 BET 표면적은 바람직하게는 15 내지 25m2/g의 범위 내이다.
특히 바람직한 양태에서, 제4 촉매 존의 촉매의 활성 조성물은, 각각의 경우 상기 활성 조성물의 총 중량을 기준으로 하여, 5 내지 25중량%의 V2O5, 0 내지 5중량%의 Sb2O3, 0 내지 0.2중량%의 Cs, 0 내지 2중량%의 P 및 0 내지 1중량%의 Nb2O5를 함유한다. 활성 조성물의 나머지는 적어도 90중량%, 바람직하게는 적어도 95중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 98중량%, 특히 적어도 99중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 99.5중량%, 특히 100중량%의 TiO2의 수준으로 이루어진다. 상기 제4 촉매 존이 반응기의 가스 배출구 말단부에 가장 가까운 (마지막) 촉매 존인 경우, 가스 도입구 말단부에 더 가까운 촉매 존들의 TiO2의 BET 표면적보다 다소 높은 TiO2의 BET 표면적이 바람직하다. 상기 제4 촉매 존의 활성 조성물의 TiO2는 바람직하게는 약 15 내지 약 45m2/g의 범위 내이다.
추가로, 개별 촉매 존들의 촉매체들은 이들의 고유 활성의 관점에서 상이할 수 있다; 고유 활성의 차는, 예를 들면, 활성 조성물의 상이한 화학 조성에 의해 얻을 수 있다. 본 발명에 따라, 제2 촉매 존의 촉매체들보다 더 높은 고유 활성을 갖는 제1 촉매 존의 촉매체들이 바람직하다.
본 발명의 목적을 위해, 촉매체(Cb)의 고유 활성은, 반응이 극히 작은 촉매 입자에 걸쳐 진행되고 반응이 주변 입자들에 의해 영향을 받지 않는 조건들하에, 특정 반응에 대한 활성 조성물의 활성이다. 상기 조건들은 0℃의 반응기에 걸쳐 온도 구배, 가스의 무한한 시공간 속도 및 극히 작은 촉매 입자들 간의 무한한 거리에 상응할 것이다. 상기 고유 활성은, 예를 들면, 이러한 이상적인 상태(예를 들면, 0의 전환율로의 실험 결과의 외삽법)에 상응하는 상태로 촉매체의 활성을 외삽하는 것이 가능하게 하는 일련의 실험들에 의해 측정될 수 있다.
고유 활성의 실제 측정시, 하나의 양태에서, 특정 기하학적 구조 및 활성 조성물의 특정 함유량을 갖는 촉매체가 생성된다. 또한, 반응이 실제로 진행되는 순서에 무관하게, 반응은 1차 반응인 것으로 추정된다. 이후에, 이러한 표준화된 촉매체를 불활성체들로 희석시켜서, 가스 도입구 말단부와 가스 배출구 말단부 사이의 온도 차가 25℃ 미만, 바람직하게는 10℃ 미만이도록, 즉, 반응은 실질적으로 등온 조건들하에 진행되도록 하고, 이때 반응기 전체에 걸친 압력 강하는 30mbar 미만, 바람직하게는 10mbar 미만이고, 전환율은 65 내지 95% 범위의 값으로 설정되도록 한다.
이러한 목적을 위해, 촉매체를 불활성체들로 희석시킨다. 촉매체들 및 불활성체들의 기하학적 구조는, 필요한 낮은 압력 강하가 달성되도록 선택된다. 불활성체들 대 촉매체들의 비는 필요한 전환율이 달성되는 동시에 열 방출이 낮아서 가스 도입구와 가스 배출구 사이에 요구되는 작은 온도 차가 유지되도록 선택된다. 촉매체들 및 불활성체들의 벌크 밀도에 의해 측정되는 체적을 기준을 하여, 1:5 내지 1:10의 촉매체들 대 불활성체들의 비가 바람직하게 선택된다. 시험 반응기의 치수들은, 당해 반응에 따라, 반응기의 길이가 1 내지 6m이고 직경이 18 내지 32mm의 범위로 선택된다. 신속한 반응들의 경우, 짧은 길이가 선택되지만 느리게 진행되는 반응들의 경우, 목적하는 전환율을 달성하기 위해 더 큰 반응 거리가 필요하다.
이후에, 촉매체의 활성 조성물에 의해 촉매화된 반응의 전환율은 특정 시공간 속도에서 그리고 다양한 특정 온도에서 측정된다. 이후에, 전환율로부터, 촉매의 활성 조성물-기반 활성 상수(A*)는 수학식 2에 따른 전환율의 함수로서 계산될 수 있다:
Figure pct00004
여기서:
A*:　　특정 온도 및 GHSV에서 활성 조성물의 활성 조성물-기반 활성 상수;
GHSV: 시공간 속도[h-1]
m활성 조성물: 반응기 내로 도입된 활성 조성물의 양[g];
Conv:　　출발 물질의 전환율로서, Conv는 수학식 3에 따라 계산된다.
Figure pct00005
Min:　촉매 충전물로 공급되는 출발 물질의 양[mol]
Mout:　촉매 충전물을 떠나는 출발 물질의 양[mol]
전환율(Conv)의 함수로서 측정된 활성 조성물-기반 활성 상수(A*)로부터, 촉매의 고유 활성(Aib)은 이어서 0의 전환율로의 선형 외삽에 의해 측정된다. 외삽을 위해 설정되는 전환율은, 이들이 전환율(예를 들면, 60% 내지 90% 범위의 전환율)의 함수로서 활성 조성물-기반 활성 상수의 의존성의 선형 영역 내에 존재하도록 선택된다.
온도 프로파일은 본 발명의 촉매 배열체의 작업 동안 수립된다. 제1 촉매 존에서의 최대 온도가 방향족 탄화수소의 기상 산화 동안 제2 촉매 존에서의 최대 온도보다 10 내지 100℃ 더 낮고, 더욱 바람직하게는 20 내지 90℃ 더 낮고, 가장 바람직하게는 30 내지 70℃ 더 낮도록 하는 온도 프로파일이 바람직하다.
제3 촉매 존이 존재하는 경우, 제3 촉매 존의 고유 활성은 바람직하게는 제2 촉매 존의 고유 활성보다 더 높다. 제2 촉매 존으로부터 제3 촉매 존으로 감소하는 온도 프로파일이 바람직하게는 반응 동안 수립된다. 특히, 제3 촉매 존에서의 최대 온도가 탄화수소의 기상 산화 동안 제2 촉매 존에서의 최대 온도보다 10 내지 100℃ 더 낮고, 더욱 바람직하게는 20 내지 90℃ 더 낮고, 가장 바람직하게는 30 내지 70℃ 더 낮도록 하는 온도 프로파일이다.
제4 촉매 존이 존재하는 경우, 제4 촉매 존의 고유 활성은 바람직하게는 제3 촉매 존의 고유 활성보다 더 높다. 이때, 온도 프로파일은 바람직하게는 제2 촉매 존으로부터 제4 (및 또한 제3) 촉매 존까지 감소한다(T2 > T3 > T4, 각각의 경우, 각각의 존에서의 최대 온도를 기준으로 함). 특히, 제4 촉매 존에서의 최대 온도는 탄화수소의 기상 산화 동안 제2 촉매 존에서의 최대 온도보다 10 내지 100℃ 더 낮고, 더욱 바람직하게는 20 내지 90℃ 더 낮고, 가장 바람직하게는 30 내지 70℃ 더 낮고, 제3 촉매 존에서의 최대 온도보다 1 내지 50℃ 더 낮고, 더욱 바람직하게는 5 내지 25℃ 더 낮고, 가장 바람직하게는 5 내지 10℃ 더 낮도록 하는 온도 프로파일이다.
특히, 고유 활성이 제1 촉매 존으로부터 제2 촉매 존까지 감소하고 이어서 제2 촉매 존으로부터 제4 촉매 존까지 상승하는 것이 바람직하다(A1 > A2 < A3 < A4, 여기서 A = 각각의 존에서의 활성 조성물의 고유 활성). 추가로, 온도 프로파일이 제1 촉매 존으로부터 제2 촉매 존까지 상승하고, 제2 촉매 존으로부터 제4 촉매 존까지 감소하며(T1 < T2 > T3 > T4, 각각의 경우, 각각의 존에서의 최대 온도를 기준으로 함), 온도 최대가 제2 촉매 존에서 형성되는 것이 바람직하다.
상기 촉매체들은 이에 도포된 불활성 지지체 및 활성 조성물로 이루어진다. 촉매 존들의 촉매체들은 통상적인 방식으로 제조되며, 이때 활성 조성물의 박층을 불활성 지지체에 도포시킨다. 예를 들면, 활성 조성물의 현탁액, 또는 활성 조성물의 성분으로 전환될 수 있는 전구체 화합물의 용액 또는 현탁액을 불활성 지지체 상에 분무할 수 있다. 이것은, 예를 들면, 유동 베드(fluidized bed)에서 80 내지 200℃의 온도에서 수행될 수 있다. 그러나, 상기 활성 조성물은 또한, 예를 들면, 코팅 드럼의 유형으로 불활성 지지체에 도포시킬 수 있다.
코팅 작업을 위해, 활성 성분들 및 유기 결합제, 바람직하게는 비닐 아세테이트-비닐 라우레이트, 비닐 아세테이트-에틸렌 또는 스티렌-아크릴레이트의 공중합체의 수용액 또는 현탁액을 가열된 유동 지지체 상에 하나 이상의 노즐을 통해 분무시킨다. 최대 생성 속도의 위치에서 분무액을 도입하고, 그 결과 분무된 재료가 상기 베드에 균일하게 분포될 수 있는 것이 특히 유리하다. 현탁액이 소모되었거나 필요한 양의 활성 성분들이 지지체에 도포되었을 때까지 분무 작업을 계속한다. 본 발명의 목적을 위해, 활성 성분들은 활성 조성물의 성분이며, 특히 금속 화합물이 활성 조성물 내에 존재한다. 활성 성분들은 산화물로서 또는 전구체 화합물의 형태로 사용될 수 있다. 본 발명의 목적을 위해, 전구체 화합물은, 예를 들면, 공기 중에서 가열함에 의해 활성 조성물의 성분, 즉, 산화물로 전환시킬 수 있는 화합물이다. 적합한 전구체 화합물은, 예를 들면, 금속의 니트레이트, 설페이트, 카보네이트, 아세테이트 또는 클로라이드이다.
하나의 양태에서, 코팅된 촉매를 생성하기 위해 적합한 결합제의 도움으로 활성 조성물을 이동 베드(moving bed) 또는 유동 베드에 도포시킨다. 적합한 결합제는 당업자가 친숙할 유기 결합제, 바람직하게는 공중합체를 유리하게는 비닐 아세테이트-비닐 라우레이트, 비닐 아세테이트-아크릴레이트, 스티렌, 아크릴레이트, 비닐 아세테이트-말레에이트 또는 비닐 아세테이트-에틸렌의 수성 현탁액 형태로 포함한다. 결합제로서 유기 중합체성 또는 공중합체성 접착제, 특히 비닐 아세테이트 공중합체 접착제를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 사용되는 결합제는 활성 조성물에 통상적인 양으로, 예를 들면, 활성 조성물의 고체 함유량을 기준으로 하여, 약 10 내지 20중량%의 양으로 첨가된다. 예를 들면, EP 744214를 참조할 수 있다.
결합제 함유량의 측정은 코팅된 촉매체들을 450℃에서 7시간 동안 하소시켜 유기 결합제를 완전히 열 분해함으로써 수행된다. 결합제 함유량은 수학식 4에 따라 하소 후에 측정된다:
Figure pct00006
AB = 결합제 함유량
MI = 하소 전의 촉매의 중량
MO = 하소 후의 촉매의 중량
활성 조성물의 물리화학적 특성확인(BET, 화학 분석)은, 결합제의 열 분해 후에, 지지체 링들로부터 체에 의해 기계적으로 활성 조성물을 분리함에 의해 수행된다. 지지체 링들에 여전히 부착되어 있는 활성 조성물의 나머지 부분은 초음파 처리에 의해 완전히 제거된다. 세척된 지지체 링들을 이후 건조 오븐에서 120℃에서 건조시키고 칭량한다. 활성 조성물의 비율은 이후 수학식 5에 따라 측정된다:
Figure pct00007
AA = 활성 조성물의 비율
MO = 하소 후의 촉매의 중량
MS = 지지체 링들의 중량
재료들의 비표면적의 측정은 DIN 66131에 따른 BET 방법에 의해 수행되고; 상기 BET 방법의 출판물은 또한 문헌[참조: J. Am. Chem. Soc. 60, 309 (1938)]에서 찾을 수 있다. 측정될 시료를 350℃에서 감압하에 실리카 관에서 건조시켰다(1.5시간 동안 F = 50ml(분)). 이후에, 상기 반응기를 실온으로 냉각시키고, 소개시키고, 액체 질소를 함유하는 듀어 용기(Dewar vessel) 내에 침지시켰다. 질소 흡착은 RXM 100 수착 시스템(sorption system)(Advanced Scientific Design, Inc.)을 사용하여 77K에서 수행하였다.
실시예
촉매 측정은 촉매체들로 구성된 4개-존 촉매 배열체 상에서 수행되었다. 촉매체들을 합성하기 위해, 링 8×6×5, 링 7×7×4 및 링 6×5×4로서 디자인된 3가지의 상이한 유형의 스테아타이트 링들이 성형체들로서 사용되었다. 상기 링들의 기하학적 구조의 치수들의 명명법은 외경(Da)[mm] × 높이(H)[mm] × 내경(Di)[mm]에 상응한다. 코팅되지 않은 성형체들의 기하학적 구조의 치수들은 표 2에서 알 수 있다. 코팅되지 않은 성형체들을 코팅 장치 내로 도입하고 활성 조성물로 균질하게 코팅하였다. 코팅 작업 동안, 약 50 내지 150㎛의 활성 조성물 층이 형성될 때까지, 활성 성분들과 유기 결합제의 수성 현탁액을 복수의 노즐들을 통해, 가열된 유동 지지체 상에 분무한다. 표 3은 사용된 촉매체들 및 활성 조성물의 각각의 화학 조성의 개요를 제공한다.
촉매 존들의 간극량(GC)은 수학식 6을 사용하여 계산하였다:
Figure pct00008
rbulk = 촉매체들의 벌크 밀도[g/cm3]
rcat = 촉매체들의 겉보기 밀도[g/cm3](약 2.5g/cm3)
GC = 간극량[%]
벌크 밀도를 측정하기 위해, 반응기 관의 내경(내경 2.7cm)에 가까운 직경을 갖는 관을 각각의 경우 적절한 촉매로 100.0cm의 충전 높이까지 충전시켰다. 균일한 충전을 보장하기 위해, 촉매체들을 개별적으로 상기 관에 도입하였다. 투명한 플라스틱 관이 사용되었기 때문에 균일한 충전을 육안으로 모니터링할 수 있다. 성공적인 충전 후에, 상기 관을 완전히 비우고, 도입시킨 촉매체들의 질량을 저울을 사용하여 측정하였다. 촉매체들의 벌크 밀도를 하기 수학식 7에 따라 계산하였다:
Figure pct00009
rbulk: 촉매체들의 벌크 밀도[g/cm3]
mcat: 도입된 촉매체들의 질량[g]
d: 관의 내경[cm] = 2.7cm
h: 관의 충전 높이[cm] = 100.0cm
벌크 밀도는 추가의 문서에 사용되는 산술 평균을 계산하기 위해 촉매체의 각각의 유형에 대해 3회 측정되었다.
촉매체들의 겉보기 밀도는 촉매체의 총 질량(즉, 스테아타이트 링 및 도포된 활성 조성물의 질량 포함) 대 외부 표면을 고려한 성형체의 총 체적의 비에 상응한다. 성형체의 총 체적은 존재하는 임의의 기공들의 체적을 포함하는 성형체의 체적에 상응한다. 겉보기 밀도는 수은 기공률 측정기로 측정하였다; 수은이 고체 시료의 벽들을 적시지 않는다는 사실로 인해, 시료 내의 임의의 기공들 내로 침입하기 위해서는 압력이 필요하다. 이로써 총 체적을 측정가능한데, 이것은 시료 + 수은의 시스템이 감압하에서이고 따라서 수은이 기공들의 내부로 침투할 수 없어서 외부 표면을 전적으로 커버하기 때문이다.
표 3에서 다양한 촉매체들의 겉보기 밀도는 < 0.05g/cm3의 값까지 변한다.
촉매 존들을 형성하기 위해, 각각의 촉매체들을 25mm의 내경 및 4m의 길이를 갖는 염 욕-냉각된 관 내로 도입하였다. 온도 측정을 위한 장착형의 철수가능한 소자(installed withdrawable element)를 갖는 3mm 열전대 시스(sheath)를 관의 중앙에 배열하였다.
촉매 측정을 수행하기 위해, 표준 m3의 공기당 30 내지 100g의 오르토-자일렌(오르토-자일렌의 순도 > 98%)의 부하량을 갖는, 1시간당 약 3.7 내지 4.0 표준 m3(표준 입방 미터)의 공기가 관을 통해 상부에서 하부로 약 1500mbar의 총 압력에서 통과되었다. 상기 측정은 각각의 경우 표준 m3의 공기당 약 40 내지 100g의 오르토-자일렌의 부하량 및 350 내지 390℃ 범위의 염 욕 온도에서 수행되었다.
프탈산 무수물 수율은 수학식 8을 사용하여 계산되었다:
Figure pct00010
A = 생성물 스트림 내의 CO2[체적%]
B = 생성물 스트림 내의 CO[체적%]
H = 생성물 스트림 내의 말레산 무수물[중량%]
E = 공급 스트림 내의 오르토-자일렌 부하량[g/표준 m3/h/관]
F = 사용된 오르토-자일렌의 오르토-자일렌 순도[중량%]
G = 사용된 총 오르토-자일렌을 기준으로 한 오르토-자일렌 파과(breakthrough)[중량%]
YPA = 사용된 오르토-자일렌의 총 중량을 기준으로 한 프탈산 무수물(PAn)의 수율[중량%]
수학식 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 프탈산 무수물 수율은 세가지의 가장 중요한 부산물 CO, CO2 및 말레산 무수물의 형성에 직접적으로 좌우된다.
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
Figure pct00016
Figure pct00017
Figure pct00018
Figure pct00019
Figure pct00020
Figure pct00021
Figure pct00022

Claims (18)

  1. 공급 가스용 가스 도입구 말단부 및 생성물 가스용 가스 배출구 말단부를 갖고, 또한, 촉매체(catalyst body)들로 구성된 제1 촉매 존(catalyst zone) 및 촉매체들로 구성된 적어도 하나의 제2 촉매 존을 갖는 반응기를 포함하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화(gas-phase oxidation)에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체(catalyst arrangement)로서, 여기서, 상기 제1 촉매 존은 상기 가스 도입구 말단부에 배열되고 상기 제2 촉매 존은 가스 유동 방향으로 상기 제1 촉매 존의 하류에 배열되며, 상기 가스 유동 방향으로의 상기 제1 촉매 존의 길이는 상기 가스 유동 방향으로의 상기 제2 촉매 존의 길이보다 더 짧고, 상기 제1 촉매 존은 상기 제2 촉매 존의 간극량(gap content)과 비교하여 더 큰 간극량을 가짐을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 더 큰 간극량이, 하나 이상의 기하학적 구조의 치수(들) 및/또는 기하학적 구조의 형상의 관점에서 상기 제1 촉매 존의 촉매체들이 상기 제2 촉매 존의 촉매체들과 상이하기 때문인 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 촉매 존의 촉매체들과 상기 제2 촉매 존의 촉매체들이 링(ring) 형상이고, 상기 제2 촉매 존의 촉매체들이 상기 제1 촉매 존의 촉매체들의 기하학적 구조의 치수들보다 더 작은 기하학적 구조의 치수들을 가짐을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 촉매 존의 간극량이 상기 제2 촉매 존의 간극량보다 적어도 0.6% 더 큰 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 촉매 존의 간극량이 상기 제2 촉매 존의 간극량보다 적어도 1.5% 더 큰 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 촉매 존의 촉매체들이, 각각의 경우, 상기 촉매체들의 질량을 기준으로 하여, 상기 제2 촉매 존의 촉매체들의 활성 조성물 부하량(loading)보다 더 높은 활성 조성물 부하량을 갖는 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 촉매 존의 촉매체들의 상기 활성 조성물이, 상기 제2 촉매 존의 촉매체들의 상기 활성 조성물의 BET 표면적보다 더 낮은 BET 표면적을 갖는 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 촉매 존의 촉매체들이, 상기 활성 조성물의 질량을 기준으로 하여, 상기 제2 촉매 존의 촉매체들의 활성 조성물보다 더 낮은 백분율의 V2O5 함유량을 갖는 활성 조성물을 갖는 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 촉매 존의 촉매체들이, 상기 활성 조성물의 질량을 기준으로 하여, 상기 제2 촉매 존의 촉매체들의 활성 조성물보다 더 낮은 백분율의 촉진제 함유량을 갖는 활성 조성물을 갖는 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 촉매 존과 비교하여 더 큰 간극량을 갖는 제3 촉매 존이 상기 가스 유동 방향으로 상기 제2 촉매 존의 하류에 배열된 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2 촉매 존의 촉매체들이, 상기 촉매체들의 질량을 기준으로 하여, 상기 제3 촉매 존의 촉매체들의 활성 조성물 부하량보다 더 낮은 활성 조성물 부하량을 갖는 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 제2 촉매 존의 촉매체들이, 상기 제3 촉매 존의 촉매체들의 활성 조성물보다, 더 높은 BET 표면적을 갖는 활성 조성물을 갖는 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 촉매 존의 촉매체들이, 활성 조성물의 질량을 기준으로 하여, 상기 제3 촉매 존의 촉매체들의 활성 조성물보다 더 높은 백분율의 V2O5 함유량을 갖는 활성 조성물을 갖는 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 촉매 존의 촉매체들이, 상기 활성 조성물의 질량을 기준으로 하여, 상기 제3 촉매 존의 촉매체들의 활성 조성물보다 더 높은 촉진제 함유량을 갖는 활성 조성물을 갖는 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 유동 방향으로의 상기 제1 촉매 존의 길이가 상기 가스 유동 방향으로의 상기 반응기의 길이의 5 내지 25%인 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  16. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가스 유동 방향으로의 상기 제2 촉매 존의 길이가 상기 가스 유동 방향으로의 상기 반응기의 길이의 30 내지 60%인 것을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의해 프탈산 무수물을 제조하기 위한 촉매 배열체.
  17. 방향족 탄화수소를 함유하는 공급 가스가 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 촉매 배열체를 통과함을 특징으로 하는, 방향족 탄화수소의 기상 산화에 의한 프탈산 무수물의 제조 방법.
  18. 프탈산 무수물을 제조하기 위한, 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 기재된 촉매 배열체의 용도.
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