KR880000922B1 - Process for the preparation of maleic anhydride use vanadium phosphorus catalysts - Google Patents

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프랜시스 리만스키 미첼
제롬 브레머 노엘
칼 밀베르거 에른스트
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더 스탠다드 오일 캄파니
라리 윌리암 에반스
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Abstract

Maleic anhydride is prepared by oxidation of n-butane, nbutene or 1,3-butadiene in gas phase with oxygen molecule or oxygen-containing gas at 250≰-600≰C in the presence of a catalyst composed of complex oxide of vanadium and phosphorous. The catalyst was prepared by drying and calcining of the catalyst precursor, which was obtained by reducing vanadium (+5)-containing compound to +3.5-4.6, average valence state, in liquid medium composed of olefinic-halogenide organic liquid, and adding phosphorous-containing compound in the above medium before the reduction step or after that.

Description

바나듐 인 촉매를 사용한 말레산 무수물의 제조방법Method for preparing maleic anhydride using vanadium phosphorus catalyst

본 발명은 바나듐 인 촉매를 사용하여 디카복실산 무수물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 상기 촉매를 사용하여 n-부탄, n-부텐, 1, 3-부타디엔 또는 이들의 혼합물과 같은 C4-탄화수소로부터 말레산 무수물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for preparing dicarboxylic anhydrides using vanadium phosphorus catalysts. In particular, it relates to a process for preparing maleic anhydride from C 4 -hydrocarbons such as n-butane, n-butene, 1, 3-butadiene or mixtures thereof using the catalyst.

바나듐과 인 산화물을 함유하는 촉매는 분자산소 또는 산소 함유 가스를 사용하여 n-부탄, n-부텐 또는 산소함유 가스를 사용하여 n-부탄, n-부텐, 1,3-부타디엔 또는 이들의 혼합물과 같은 C4-탄화수소를 산화시켜 말레산 무수물을 제조하는데에 사용하였다. 이들 촉매를 제조하는 통상적인 방법은 바나듐을 +5이하의 원자가 상태로 제공하는 조건하에 환원매질중에서 바나듐 화합물, 인 화합물 및 경우에 따라 촉진제 원소 화합물을 혼합하여 산화물로 전환될 수 있는 촉매 전구체를 형성하는 것이다. 이어서 촉매 산화물 전구체를 회수한 다음, 하소시키면, 활성 촉매 물질이 수득된다.Catalysts containing vanadium and phosphorus oxides may be prepared using n-butane, n-butene or oxygen-containing gases with molecular oxygen or oxygen-containing gases and n-butane, n-butene, 1,3-butadiene or mixtures thereof. The same C 4 -hydrocarbons were oxidized and used to prepare maleic anhydride. Conventional methods for preparing these catalysts mix vanadium compounds, phosphorus compounds and optionally promoter element compounds in a reducing medium under conditions that provide vanadium in valence below +5 to form catalyst precursors that can be converted to oxides. It is. The catalyst oxide precursor is then recovered and then calcined to obtain the active catalyst material.

바나듐을 환원시키기 위한 환원제로서의 염화수소가스의 용도는 미합중국 특허 제4,002,650호에 기술되어 있는데, 여기에서 바나듐과 인 성분은 수용액으로 존재한다. 또한, 바나듐의 환원제로서의 염화수소 가스이 용도는 미합중국 특허 제3,864,280호, 제4,017,521호 및 제4,043,943호에도 기술되어 있는데 여기에서는 바나듐과 인 성분을 포화 유기액체 매질중에서 반응시킨다. 특히 제4,043,943호에 기술된 유기 매질에는 산소를 함유하는 포화 할로겐화 유기물질 및, 할로겐화 방향족 물질 및 탄화수소 물질을 포함하는 불활성 희석제가 포함된다.The use of hydrogen chloride gas as a reducing agent to reduce vanadium is described in US Pat. No. 4,002,650, wherein the vanadium and phosphorus components are present in aqueous solution. Hydrogen chloride gas as a reducing agent of vanadium is also described in US Pat. Nos. 3,864,280, 4,017,521 and 4,043,943, in which the vanadium and phosphorus components are reacted in a saturated organic liquid medium. In particular, organic media described in US Pat. No. 4,043,943 include saturated halogenated organics containing oxygen and inert diluents comprising halogenated aromatics and hydrocarbon materials.

유사한 제조기술은 유럽 특허원 제3431호에 기술되어 있는데, 이 특허원에는 바나듐-인 전구체를 분쇄시켜, 입자크기를 500 내지 700μ(0.5 내지 0.7mm)으로 만드는 추가단계가 기술되어 있다.A similar manufacturing technique is described in EP 3431, which describes an additional step of grinding the vanadium-phosphorus precursor to make the particle size 500 to 700 μ (0.5 to 0.7 mm).

이러한 문헌에 기술되어 있는 이러한 환원제는 사용되는 물질의 부식성 때문에 이들 촉매를 제조하는데에 사용함에 있어서 특별한 주의가 필요하다.Such reducing agents described in this document require special care in their use in preparing these catalysts due to the corrosiveness of the materials used.

미합중국 특허 제4,016,105호에는 환원제로서 유기산(예, 옥살산, 시트르산, 포름산, 아스코르브산 및 말산) 또는 알데히드(예 : 포름알데히드 및 아세트 알데히드)를 조환원(CO-reducing) 2급 알콜과 함께 사용하여 바나듐과 인 산화물-함유 촉매를 제조하는 방법이 기술되어 잇다. 이들 환원제를 바나듐과 인 성분을 함유하는 수용액에 가한다.US Pat. No. 4,016,105 discloses vanadium using organic acids (e.g., oxalic acid, citric acid, formic acid, ascorbic acid and malic acid) or aldehydes (e.g. formaldehyde and acetaldehyde) together with a co-reducing secondary alcohol as a reducing agent. A process for preparing a phosphorus oxide-containing catalyst is described. These reducing agents are added to an aqueous solution containing vanadium and phosphorus components.

바나듐과 인 산화물을 함유하는 촉매를 제조하는 방법은 미합중국 특허 제4,132,670호 및 제4,187,235호에 기술되어 있는데, 이는 알콜, 알데히드, 케톤, 에테르 또는 이들의 혼합물과 같은 유기 액체 매질중에 바나듐-함유 화합물을 분산시켜 분산액을 형성한 다음, 이 분산액을 가열하여 바나듐을 환원시키고, 이어서 유기용매중의 인산을 가한다. 유기매질은 염화 탄화수소를 포함하는 불활성 희석제를 함유할 수 있다. 이들 특허에는 상기 산화물의 제조에 사용하기에 적합한 유기 화합물은 올레핀 이중결합을 포함하고 있어서는 안된다고 교시되어 있다.Processes for preparing catalysts containing vanadium and phosphorus oxides are described in US Pat. Nos. 4,132,670 and 4,187,235, which contain vanadium-containing compounds in organic liquid media such as alcohols, aldehydes, ketones, ethers or mixtures thereof. The dispersion is formed to form a dispersion, which is then heated to reduce vanadium, followed by addition of phosphoric acid in an organic solvent. The organic medium may contain an inert diluent comprising a chlorinated hydrocarbon. These patents teach that organic compounds suitable for use in the preparation of the oxides should not contain olefinic double bonds.

미합중국 특허 제4,149,992호 및 제4,116,868호에는 액체 반응매질중의 5가 인-함유 화합물로부터 바나듐과 인-함유 촉매를 제조하는 방법이 기술되어 있다. 액체 반응 매질에는 벤질 클로라이드와 같은 방향족 화합물이 포함될 수 있다.US Pat. Nos. 4,149,992 and 4,116,868 describe methods for preparing vanadium and phosphorus-containing catalysts from pentavalent phosphorus-containing compounds in a liquid reaction medium. Liquid reaction media may include aromatic compounds such as benzyl chloride.

선행기술에 있어서, 반응용액으로부터 촉매 전구체를 분리 및 회수하는 데에는 어려움이 있다. 염화수소가스를 바나듐 화합물의 환원제로서 사용할 경우, 필요한 과량의 부식성 가스의 수용과 처리는 상업적 규모의 촉매 생산에 문제가 된다. 통상적으로, 전구체를 함유하는 용액은 증발시켜 보통 촉매 전구체-함유 페이스트로 만들어야 하며, 이는 건조시킨 다음 분쇄시켜야 한다. 이는 특히 촉매 전구체-함유 용액이 가연성 유기 액체를 함유하고 있을 경우에 상업적 규모의 공정으로 사용하기는 너무 어렵다.In the prior art, it is difficult to separate and recover the catalyst precursor from the reaction solution. When hydrogen chloride gas is used as the reducing agent for vanadium compounds, the reception and treatment of the excess corrosive gas required is a problem for the production of catalysts on a commercial scale. Typically, the solution containing the precursor should be evaporated to a normal catalyst precursor-containing paste, which must be dried and then ground. This is too difficult to use in commercial scale processes, especially when the catalyst precursor-containing solution contains flammable organic liquids.

따라서, 본 발명의 목적은 바나듐과 인-함유 산화촉매를 제조하는 방법을 제공하는데에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a process for preparing vanadium and phosphorus-containing oxidation catalysts.

본 발명의 또하나의 목적은 C4-탄화수솔를 산화시켜 말레산 무수물을 제조하는데에 유용한 촉매로서, 특히 높은 수율과 말레산 무수물에 대해 높은 선택성을 나타내는 바나듐과 인-함유 촉매를 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention is a catalyst useful for preparing maleic anhydride by oxidizing C 4 -hydrocarbons, in particular a process for preparing vanadium and phosphorus-containing catalysts which exhibit high yield and high selectivity to maleic anhydride. To provide.

본 발명의 또 하나의 목적은 C4-탄화수소를 산화시켜 말레산 무수물을 제조하는데에 유용한 바나듐과 인-함유 촉매를 제조하는 방법으로서, 온화한 완원제를 사용하여 촉매중에 존재하는 바나듐의 평균원자가 상태가 약 +3.5 내지 +4.6이 되도록 하는 방법을 제공하는데에 있다.Another object of the present invention is a process for preparing vanadium and phosphorus-containing catalysts useful for oxidizing C 4 -hydrocarbons to produce maleic anhydride, wherein the average valence state of vanadium present in the catalyst using a mild buffering agent. Is to provide a method to make about +3.5 to +4.6.

본 발명의 또 하나의 목적은 C4-탄화수소를 산화시켜 말레산 무수물을 제조하는데에 유용한 바나듐과 인-함유 촉매를 제조하는 방법으로서, 간단하고 경제적이며 부식 및/또는 인화성의 위험이 없고 상업적 규모로 이용할 수 있는 방법을 제공하는데에 있다.Another object of the present invention is a method for preparing vanadium and phosphorus-containing catalysts useful for oxidizing C 4 -hydrocarbons to produce maleic anhydride, which is simple, economical, free from corrosion and / or flammability, and commercial scale. It is to provide a method that can be used.

본 발명의 또 하나의 목적은 C4-탄화수소를 산화시켜 말레산 무수물을 제조하는데에 유용한 바나듐과 인함유 촉매를 제조하는 방법으로서, 반응매질로부터 촉매전구체의 회수율을 개선시킨 방법을 제공하는데에 있다.It is still another object of the present invention to provide a method for preparing a vanadium and phosphorus-containing catalyst useful for preparing maleic anhydride by oxidizing C 4 -hydrocarbons, and providing a method for improving the recovery of the catalyst precursor from the reaction medium. .

상기 또는 기타의 목적 및 본 발명에 따른 방법이 공지의 방법에 비해 유리한 점은 다음의 명세서에 명확히 기재되어 있고, 이는 이후에 기술되고 청구되는 본발명에 따라 실현된다.The above and other objects and the advantages of the method according to the invention over the known methods are clearly described in the following specification, which is realized according to the invention described and claimed hereinafter.

a) 5가 바나듐-함유 화합물을 올레핀성 할로겐화 유기 액체-함유 액체 매질속에 도입시킨다. ;a) The pentavalent vanadium-containing compound is introduced into an olefinic halogenated organic liquid-containing liquid medium. ;

b) 상기 바나듐의 일부 또는 전체를 +4의 원자가 상태로 환원시킨다 ;b) reducing some or all of the vanadium to a valence of +4;

c) 상기 매질에 인-함유 화합물을 가하여 촉매 전구체 침전물을 형성한다 ;c) phosphorus-containing compounds are added to the medium to form catalyst precursor precipitates;

d) 촉매 전구체 침전물을 회수한다 ;d) recover the catalyst precursor precipitate;

e) 촉매 전구체 침전물을 건조시킨다 ;e) drying the catalyst precursor precipitate;

f) 촉매 전구체 침전물을 하소시킨다.f) The catalyst precursor precipitate is calcined.

본 발명의 또 하나의 양태는 하기의 단계 a) 내지 e)로 이루어진다 ;Another aspect of the invention consists of the following steps a) to e);

a) 5가 바나듐 화합물과 인 화합물을 올레핀성 할로겐화 유기 액체-함유 액체 매질속에 도입시킨다 ;a) a pentavalent vanadium compound and a phosphorus compound are introduced into an olefinic halogenated organic liquid-containing liquid medium;

b) 인 화합물의 존재하에서 일부 또는 전체의 바나듐을 약 +4의 원자가 상태로 환원시켜 바나듐-인 혼합산화물 전구체를 형성한다 ;b) reducing some or all of the vanadium to a valence state of about +4 in the presence of the phosphorus compound to form a vanadium-phosphorus mixed oxide precursor;

c) 바나듐-인 혼합 산화물 촉매 전구체를 회수한다 ;c) recovering the vanadium-phosphorus mixed oxide catalyst precursor;

d) 상기 촉매 전구체를 건조시킨다 ;d) drying the catalyst precursor;

e)촉매 전구체를 하소시킨다.e) calcining the catalyst precursor.

상기의 방법으로 제조한 촉매는 분자산소 또는 산소-함유 가스를 사용하여 증기상에서 C4-탄화수소(예 : n-부탄, n-부텐, 1,3-부타디엔 또는 이들의 혼합물)를 산화시켜 말레산 무수물을 높은 수율 및 선택성으로 제조하는데에 특히 효과적이다. 이러한 산화방법으로 제조한 거의 모든 생성물은 말레산 무수물이며, 단지 소량의 저급산이 검출된다.The catalyst prepared by the above method oxidizes maleic acid by oxidizing C 4 -hydrocarbons (e.g., n-butane, n-butene, 1,3-butadiene or mixtures thereof) in the vapor phase using molecular oxygen or an oxygen-containing gas. It is particularly effective for preparing anhydrides in high yield and selectivity. Almost all products produced by this oxidation method are maleic anhydride, with only a small amount of lower acid detected.

바자듐과 인의 혼합 산화물을 함유하는 산화 촉매를 제조하는 방법에 있어서, 바나듐 화합물(특히, 5가 바나듐 화합물)를 올레핀성 할로겐화 유기 액체 매질속에 도입시킨다. 5가 바나듐을 함유하는 적절한 바나듐 화합물에는 바나듐 오산화물 또는 바나듐 염(예 : 암모늄 메타바나 데이트 및 바나듐 옥시트리할라이드)이 포함된다. 바나듐 오산화물이 바람직하다.In a method for producing an oxidation catalyst containing a mixed oxide of vanadium and phosphorus, a vanadium compound (particularly a pentavalent vanadium compound) is introduced into an olefinic halogenated organic liquid medium. Suitable vanadium compounds containing pentavalent vanadium include vanadium pentaoxide or vanadium salts such as ammonium metavanadate and vanadium oxytrihalide. Vanadium pentoxide is preferred.

본 발명자들은 선행기술에 교시된 바와는 대조적으로 올레핀성 할로겐화 유기액체가 5가 바나듐을 +3.5 내지 +4.6의 평균 원자가로 환원시킬 수 있는, 즉 상기 액체속에 도입된 5가 바나듐의 일부 또는 전체를 +4의 원자가 상태로 환원시킬 수 있는, 즉 상기 액테속에 도입된 5가 바나듐의 일부 또는 전체를 +4의 원자가 상태로 환원시킬 수 있는 적절하고 온화한 바나듐 환원제라는 것을 발견하였다. 이러한 바나듐의 부분적 환운은 c4-탄화수소로부터 말레산 무수물을 제조하는데에 유용한 촉매의 제조에 이를 사용할 수 있게 한다. 보다 강한 환원제는 바나듐을 훨씬 더 낮은 원자가 상태, 혹은 비금속으로 환원시켜, 양자의 경우 바나듐을 실질적으로 비활성 촉매화한다.In contrast to what is taught in the prior art, the inventors have found that an olefinic halogenated organic liquid can reduce pentavalent vanadium to an average valence of +3.5 to +4.6, i.e., to remove some or all of the pentavalent vanadium introduced into the liquid. It has been found that it is a suitable and mild vanadium reducing agent capable of reducing to a valence state of +4, i.e., reducing some or all of the pentavalent vanadium introduced into the acte to the valence state of +4. This partial rhythm of vanadium makes it possible to use it in the preparation of catalysts useful for preparing maleic anhydride from c4-hydrocarbons. Stronger reducing agents reduce the vanadium to a much lower valence state, or base metal, in both cases substantially inactive catalysis.

본 명세서에서 사용되는 용어 "올레핀성 할로겐화 유기 액체"는 필수적으로 탄소, 수소 및 할로겐(바람직하게는, 염호 및/또는 브롬)을 함유하며 하나 또는 그 이상의 비방향족 탄소-탄소 이중결합을 함유하는 화합물을 의미하는데, 여기에는 회수가능한 바나듐과 임의 혼합 산화물의 형성에 역효과를 나타내지 않은 기타의 작용그룸을 갖는 화합물이 포함될 수 있다. 상기에서, 바나듐은 약 +3.5 내지 +4.6의 평균 원자가를 갖는다. 이들 화합물은 약 20℃ 내지약 150℃의 온도에서 액체 이어야 한다. 이들 화합물은 비점이 높은 것이 바람직한데, 바람직하게는 약 150℃이상, 가장 바람직하게는 약 200℃이상이다. 올레핀성 할로겐화 화합물은 알릴 탄소원자에 결합된 하나 또는 그 이상의 할라이드 원자를 함유하는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 양태에 있어서, 사용되는 올레핀성 할로겐화 유기 액체는 산소 작용성을 함유하지 않는다.As used herein, the term "olefinic halogenated organic liquid" is essentially a compound containing carbon, hydrogen and halogen (preferably salt and / or bromine) and containing one or more non-aromatic carbon-carbon double bonds. Which may include compounds having other functional groups that do not adversely affect the formation of recoverable vanadium and any mixed oxides. In the above, vanadium has an average valence of about +3.5 to +4.6. These compounds should be liquid at temperatures of about 20 ° C to about 150 ° C. These compounds preferably have a high boiling point, preferably about 150 ° C. or higher, and most preferably about 200 ° C. or higher. The olefinic halogenated compound preferably contains one or more halide atoms bonded to allyl carbon atoms. In a preferred embodiment of the present invention, the olefinic halogenated organic liquid used does not contain oxygen functionality.

사용되는 올레핀핀성 할로겐화 유기액체는 인산의 용매로서 작용하며, 인산에 대히 비교적 비반응적이다. 그러나, 이들 액체는 바나듐과 인의 혼합 산화물에 대해서는 용매로서 작용하지 않는다.The olefinic pinned halogenated organic liquids used act as solvents for phosphoric acid and are relatively unreactive with phosphoric acid. However, these liquids do not act as solvents for mixed oxides of vanadium and phosphorus.

본 발명에 사용하기에 적합한 올레핀성 할로겐화 유기 액체에는 퍼클로로프로펜, 헥사클로로부타디엔, 헥사클로로사이클로펜타디엔 및 테트라브로모에틸렌과 같은 화합물이 포함된다. 퍼클로로프로펜과 헥사클로로부타디엔이 바람직하다.Olefinic halogenated organic liquids suitable for use in the present invention include compounds such as perchloropropene, hexachlorobutadiene, hexachlorocyclopentadiene and tetrabromoethylene. Perchloropropene and hexachlorobutadiene are preferred.

본 발명의 방법에 사용되는 액체 매질은 거의 모든 올레핀성 할로겐화 유기액체로 이루어질 수 있거나, 기타의 바나듐용 유기환원 액체(예 : 이소부탄올) 또는 바나듐용 비환원 액체(예 : 3급 부틸 알콜)를 추가로 함유할 수 있다. 본 발명의 방법에 사용되는 액체 매질은 거의 무수상태가 바람직하다.The liquid medium used in the process of the present invention may consist of almost any olefinic halogenated organic liquid, or other organic reducing liquids for vanadium (e.g. isobutanol) or non-reducing liquids for vanadium (e.g. tertiary butyl alcohol) It may further contain. The liquid medium used in the process of the invention is preferably almost anhydrous.

5가 바나듐 화합물을 액체 매질속에 도입시킨 후, 인-함유 화합물을 액체 매질에 가하기 전 또는 후에 바나듐을 환원시킨다. 환원반응은 생성된 반응매질을 경우에 따라 교반하면서 가열하여 수행하는 것이 바람직하다. C4-탄화수소를 산화시켜 말레산 무수물을 수득하는데에 바람직한 바나듐과 인 산화물 촉매는 바나듐을 약 +3.5 내지 약 +4.6의 평균원자가 상태로 함유한다. 이 평균원자가 상태는 반응 혼합물속에 도입된 5가 바나듐의 적어도 일부를 +4상태로 환원시켜 수득한다. 바나듐의 평균원자가 상태를 약 +4.1로 환원시키는 것이 바람직하다.After the pentavalent vanadium compound is introduced into the liquid medium, the vanadium is reduced before or after the phosphorus-containing compound is added to the liquid medium. The reduction reaction is preferably carried out by heating the resulting reaction medium with stirring. Preferred vanadium and phosphorus oxide catalysts for oxidizing C 4 -hydrocarbons to obtain maleic anhydride contain vanadium in an average valence of about +3.5 to about +4.6. This average valence state is obtained by reducing at least a portion of the pentavalent vanadium introduced into the reaction mixture to the +4 state. It is preferred that the average valence of vanadium reduce the state to about +4.1.

5가 인을 함유하는 적합한 인 화합물에는 인산, 오산화인 또는 고할로겐화인(예 : 오염화인)이 포함된다. 인산과 오산화인이 바람직하다. 5가 인-함유 화합물은 액체반응 매질성분(예 : 할로겐화 올레핀성 유기 액체 또는 이소부탄올) 또는 액체 반응매질에 인함유 화합물을 생성시킬 수 잇는 액체중에 용해시킨 인-함유 화합물의 용액형태로 반응매질에 가하는 것이 바람직하다. 인-함유 화합물을 액체 반응매질에 가한 후, 액체 반응매질을 경우에 따라 교반하면서 가열하는 것이 바람직하다. 상기에서 기술한 인-함유 화합물을 5가 바나듐의 환원반응이 실제로 일어나기 전이나 그 후에(올레핀성 할로겐화 유기 액체를 함유하는) 액체 매질에 가한다.Suitable phosphorus compounds containing pentavalent phosphorus include phosphoric acid, phosphorus pentoxide or phosphorus highly halogenated (eg phosphorus pentachloride). Preference is given to phosphoric acid and phosphorus pentoxide. The pentavalent phosphorus-containing compound is a reaction medium in the form of a solution of a phosphorus-containing compound dissolved in a liquid reaction medium component (e.g., a halogenated olefinic organic liquid or isobutanol) or a liquid capable of producing a phosphorus-containing compound in the liquid reaction medium. It is preferable to add to. After the phosphorus-containing compound is added to the liquid reaction medium, it is preferable to heat the liquid reaction medium, optionally with stirring. The phosphorus-containing compound described above is added to the liquid medium (containing the olefinic halogenated organic liquid) before or after the reduction of pentavalent vanadium actually takes place.

액체 매질중의 총 H2O함량은 약 5%이하가 바람직하다. 본 발명의 방법에 따라 바나듐 인 혼합 산화물 촉매 전구체는 미세한 과립상 입자를 형성하는데, 이는 여과, 원심분리, 경사분리 등의 통상적인 방법으로 액체 반응매질로 부터 회수한다.The total H 2 O content in the liquid medium is preferably about 5% or less. According to the method of the present invention, the vanadium phosphorus mixed oxide catalyst precursor forms fine granular particles, which are recovered from the liquid reaction medium by conventional methods such as filtration, centrifugation and decantation.

촉매 전구체 또는 촉매 전구체 침전물을 건조시킨 후, 250℃ 내지 600℃의 온도하에 바람직하게는 산소-함유 가스의 존재하에서 하소시킨다.The catalyst precursor or catalyst precursor precipitate is dried and then calcined at temperatures between 250 ° C. and 600 ° C., preferably in the presence of an oxygen-containing gas.

촉매 전구체 또는 촉매 전구체 침전물에 촉진제 원소를 함유시키기 위해, 바나듐을 환원시키기 위해, 바나듐을 환원시키기 전에나 후의 적절한 시기에 촉진제 원소-함유 화합물을 반응 혼합물에 가하는 것은 본 발명의 영역에 속한다. 적절한 촉진제에는 U, Co, Mo, Fe, Zn, Hf 및 Zr이 포함되나, 이들로 제한 되지는 않는다. U와 Co가 바람직하다.It is within the scope of the present invention to add the promoter element-containing compound to the reaction mixture at a suitable time before or after the reduction of vanadium to reduce the vanadium to contain the promoter element in the catalyst precursor or catalyst precursor precipitate. Suitable promoters include, but are not limited to, U, Co, Mo, Fe, Zn, Hf and Zr. U and Co are preferred.

상기 방법으로 제조한 촉매는 바나듐에 대한 인의 비율이 약 0.5 : 1 내지 약 2 : 1로 존재할 수 있다. 바람직 하기로는 약 0.9 : 1 내지 약 1.3 : 1이다. 바나듐에 대한 임의의 촉진제 원소의 비율은 0 : 1 내지 약 1 : 1일 수 있다. 촉진제를 함유시킬 경우, 바나듐에 대한 비율이 0.05 : 1 내지 0.5 : 1이 되도록 함유시키는 것이 바람직하다. 촉매는 250℃ 내지 600℃온도하에 공기 또는 산소-함유 가스중에서 5시간 이상 동안 하소시켜 활성화시킨다. 촉매의 활성화는 300℃ 내지 500℃의 온도하에 약 1 내지 5시간동안 증기와 공기의 혼합물 또는 단지 공기만을 촉매 위로 통과시켜 수행한다.The catalyst prepared by the above method may have a ratio of phosphorus to vanadium of about 0.5: 1 to about 2: 1. Preferably about 0.9: 1 to about 1.3: 1. The ratio of any promoter element to vanadium may be from 0: 1 to about 1: 1. When it contains an accelerator, it is preferable to contain so that the ratio with respect to vanadium may be 0.05: 1-0.5: 1. The catalyst is activated by calcination for at least 5 hours in air or oxygen-containing gas at temperatures between 250 ° C. and 600 ° C. Activation of the catalyst is carried out by passing a mixture of steam and air or only air over the catalyst for about 1 to 5 hours at a temperature of 300 ° C to 500 ° C.

반응시켜 말레산 무수물을 형성하는 탄화수소에는 n-부탄, n-부텐, 1, 3-부타디엔 또는 이들의 혼합물이 포함된다. n-부탄 또는 정제류에서 생성된 탄화수소의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 말레산 무수물을 제조하는 반응에 필요한 분자산소는 공기로서 가하는 것이 가장 편리하지만, 분자산소를 함유하는 합성류도 또한 적합하다. 탄화수소 및 분자산소 이외에, 기타의 가스를 반응 공급물에 가할 수 있다. 예를들어, 증기 또는 질소를 반응물에 가할 수 있다.Hydrocarbons that react to form maleic anhydride include n-butane, n-butene, 1, 3-butadiene or mixtures thereof. Preference is given to using mixtures of hydrocarbons produced in n-butane or refineries. Molecular oxygen required for the reaction to prepare maleic anhydride is most conveniently added as air, but synthetics containing molecular oxygen are also suitable. In addition to hydrocarbons and molecular oxygen, other gases may be added to the reaction feed. For example, steam or nitrogen can be added to the reactants.

반응물의 비율은 광범위하게 변화시킬 수 있으며, 그다지 중요하지 않다. 탄화수소에 대한 분자산소의 비율은 탄화수소 1몰당 약 2 내지 약 30mole의 산소일 수 있다. 바람직한 산소/탄화수소 비율은 탄화수소 1몰당 약 4 내지 약 20mole의 산소이다.The proportion of reactants can vary widely and is not very important. The ratio of molecular oxygen to hydrocarbon may be about 2 to about 30 mole of oxygen per mole of hydrocarbon. Preferred oxygen / hydrocarbon ratios are from about 4 to about 20 moles of oxygen per mole of hydrocarbon.

반응온도는 광범위하게 변화시킬 수 있으며, 사용되는 특정한 탄화수소와 촉매에 따라 달라진다. 일반적으로 약 250℃ 내지 약 600℃, 바람직하게는 350℃ 내지 500℃의 온도가 사용된다.The reaction temperature can vary widely and depends on the specific hydrocarbon and catalyst used. Generally a temperature of about 250 ° C. to about 600 ° C., preferably 350 ° C. to 500 ° C., is used.

촉매는 단도으로 사용할 수 있거나, 지지체를 첨가 하여 사용할 수 있다. 적합한 지지체로는 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나 알러덤, 실리콘 카바이드, 티타니아, 인산붕소, 지르코니아 등이 있다. 촉매는 정제, 펠렛등을 사용하여 고정상 반응기에서 사용하거나, 입자크기가 약 300μ미만인 촉매를 사용하여 유동상 반응기에서 사용할 수 있다. 접촉시간은 1초의 수분의 1과 같이 짧거나 50초와 같이 길 수 있다. 반응은 대기압, 대기압 이상 또는 대기압 이하에서 수행할 수 있다.The catalyst may be used in a single step or may be used by adding a support. Suitable supports include silica, alumina, silica-alumina allardum, silicon carbide, titania, boron phosphate, zirconia and the like. The catalyst can be used in a fixed bed reactor using purification, pellets, etc., or in a fluidized bed reactor using a catalyst having a particle size of less than about 300 microns. The contact time can be as short as 1 second of moisture or as long as 50 seconds. The reaction can be carried out at atmospheric pressure, above atmospheric pressure or below atmospheric pressure.

[실시예 1 내지 2][Examples 1 and 2]

실험식 V1.0P1.2U0.2Ox의 촉매를 하기와 같이 제조한다. 45g의 오산화 바나듐 및 42.2g의 우라닐 아세테이트 디하이드로레이트를 500ml의 헥사클로로부타디엔에 가한 다음, 16시간 동안 환류시킨다. 우라늄-함유화합물로부터 아세트산을 증류 제거시킨 다음, 약16시간 동안 계속 환류시킨다. 약 16시간 동안 환류시키면서 58.8g의 0-인산을 혼합물에 가하는데, 이 동안 9ml의 물을 딘-스타크 트랩으로부터 수거한다. 생성된 혼합물을 여과하여 진한 녹색의 촉매 전구체 고체를 수득한 다음, 이를 메틸렌 클로라이드중에서 세척하고, 이어서 100℃에서 건조시킨다. 과립상 전구체를 50mesh(0.297mm)미만으로 분쇄시킨 다음, 3중량%의 흑연과 혼합하고, 이어서 3/16inch(0.48cm)의 펠렛으로 압축시킨다. 이 펠렛을 400℃에서 하소시킨 다음, 분쇄시키고, 이어서 10내지 13mesh(0.595 내지 2.00mm)로 스크리닝한다.A catalyst of Empirical Formula V 1.0 P 1.2 U 0.2 O x is prepared as follows. 45 g of vanadium pentoxide and 42.2 g of uranil acetate dihydrolate are added to 500 ml of hexachlorobutadiene and then refluxed for 16 hours. Acetic acid is distilled off from the uranium-containing compound and then refluxed for about 16 hours. 58.8 g of 0-phosphoric acid is added to the mixture while refluxing for about 16 hours during which 9 ml of water is collected from the Dean-Stark trap. The resulting mixture is filtered to give a dark green catalyst precursor solid which is then washed in methylene chloride and then dried at 100 ° C. The granular precursor is ground to less than 50 mesh (0.297 mm), then mixed with 3% by weight of graphite and then compacted into 3/16 inch (0.48 cm) pellets. The pellets are calcined at 400 ° C. and then ground and then screened to 10 to 13 mesh (0.595 to 2.00 mm).

[실시예 3 내지 4][Examples 3 to 4]

상기의 실시예 1 내지 2에서 기술한 방법에 따르되, 염화 코발트 헥사하이드레이트를 촉진제 금속-함유 화합물로서 사용하여 실험식 V1.0P1.2U0.02Ox의 촉매를 제조한다.According to the method described in Examples 1 to 2 above, a catalyst of Formula V 1.0 P 1.2 U 0.02 O x is prepared using cobalt chloride hexahydrate as the promoter metal-containing compound.

전체 길이가 0.31cm인 축방향의 써모웰(thermowell)을 가지며 외경이 약 1.3cm인 길이 38cm의 스테인레스 스틸 튜브로 이루어진 20cc들이 고정상 반응기를 사용하여 부탄으로부터 말레산 무수물을 제조하는데에 실시예 1 내지 4의 촉매를 사용한다. 반응기를 스플릿 스테인레스 스틸 블럭 퍼니스(Split Stainless steel block furnace)로 가열한다. 생성되는 말레산 무수물을 수집하기 위한 플라스크를 빙수중에 띄운 다음, 말기의 가스를 카알(Carle)분석 가스 크로마토그라피 III에 보내어 분석한다. 반응조건과 시험결과는 하기 표 1에 기재된 바와 같다.Examples 1 to 20 were used to prepare maleic anhydride from butane using a 20 cc fixed bed reactor consisting of a stainless steel tube of 38 cm length having an outer diameter of about 1.3 cm and an axial thermowell of 0.31 cm in total length. 4 catalyst is used. The reactor is heated with a Split Stainless steel block furnace. A flask for collecting the resulting maleic anhydride is placed in ice water and then sent to Carle Analytical Gas Chromatography III for analysis. The reaction conditions and test results are shown in Table 1 below.

결과는 하기와 같은 용어로 기술된다.The results are described in the following terms.

단일통과수율 =

Figure kpo00001
×100Single pass yield =
Figure kpo00001
× 100

총 전 환 율 =

Figure kpo00002
×100Total conversion rate =
Figure kpo00002
× 100

선 택 도 =

Figure kpo00003
Selectivity =
Figure kpo00003

본 발명에 따른 바나듐과 인의 혼합 산화물-함유 촉매의 제조방법을 이요하면, 부식성 물질(예 : 염화수소가스)의 사용으로 인한 위험이 없어진다. 또한, 다량의 인화성 액체를 증발시키는 위험이 없이 바나듐과 인-함유 촉매 전구체를 여과 또는 유사한 방법으로 반응매질로 부터 간단히 분리시킬 수 있다. 본 발명의 방법으로 제조한 액체 반응매질은 촉매 전구체를 분리시킨 후에 반응에 다시 사용할 수 있도록 재순환시킬 수 있다. 표 1에 기재된 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 올레핀성 할로겐화 유기액체를 액체 매질로서 사용하거나 바나듐을 부분적으로 환원시키기 위한 액체 매질중에서 본 발명에 방법에 따라 제조된 촉매는 C4-탄화수소(예 : 부탄)가 말레산 무수물에 대해 높은 수율 및 선택성을 나타내도록 한다.The method for producing a mixed oxide-containing catalyst of vanadium and phosphorus according to the present invention eliminates the risk of using corrosive substances (eg, hydrogen chloride gas). In addition, vanadium and phosphorus-containing catalyst precursors can simply be separated from the reaction medium by filtration or similar methods without the risk of evaporating large amounts of flammable liquids. The liquid reaction medium prepared by the process of the present invention can be recycled for separation in the catalyst precursor and for use in the reaction. As can be seen from the results in Table 1, the catalyst prepared according to the process of the present invention in an olefinic halogenated organic liquid as a liquid medium or in a liquid medium for the partial reduction of vanadium is a C 4 -hydrocarbon (e.g. Butane) exhibits high yield and selectivity for maleic anhydride.

따라서, 본 분야의 숙련가라면 본 발명이 상기에서 언급한 목적을 성취시킬 수 있다는 것을 알 것이다. 본 발명은 상기에 기술한 실시예로 제한되지 않는다.이들은 단지 실시 가능성을 입증하는데에 불과하고, 바나듐과 인-함유 화합물, 올레핀성 할로겐화 유기 액체-함유 액체 매질, 촉진제 원소-함유 화합물, 경우에 따라 탄화수소의공급원 및 방으조건은 본 명세서에 기술된 본 발명의 취지 및 본 발명의 영역(본 발명의 영역에는 첨부된 청구범위에 포함되는 변경 및 수정이 포함된다)를 벗어나지 않는 범위내에서 본 명세서의 전반적인 기술내용으로 부터 결정한다.Thus, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may accomplish the above-mentioned object. The invention is not limited to the embodiments described above. These are merely illustrative of the feasibility and include vanadium and phosphorus-containing compounds, olefinic halogenated organic liquid-containing liquid media, accelerator element-containing compounds, Accordingly, the sources and conditions of hydrocarbons are defined herein without departing from the spirit of the invention as described herein and the scope of the invention, including the changes and modifications included in the appended claims. Determined from the overall description of the

[표 1]TABLE 1

m-부탄으로부터 말레산 무수물의 제조Preparation of Maleic Anhydride from m-butane

Figure kpo00004
Figure kpo00004

X=기타의 원소에 필요한 원자가를 충족시키는데 필요한 산소의 수X = the number of oxygen needed to satisfy the valence needed for other elements

Claims (9)

5가 바나듐-함유 화합물을 올레핀성 할로겐화 유기액체-함유 액체 매질속에 도입시킨 다음, 상기 바나듐을 약 +3.5내지 약 +4.6의 평균 원자가 상태로 환원시키고, 상기 환원반응을 수행하기 전 또는 후에 인-함유 화합물을 상기의 매질에 가하여 촉매 전구체를 형성한 다음, 촉매 전구체를 회수하여 건조시키고 하소시킴으로써 제조한, 바나듐과 인의 혼합 산화물을 함유하는 촉매의 존재하에, 250℃ 내지 600℃의 반응온도하에 증기상으로 n-부탄, n-부텐, 1, 3-부타디엔 또는 이들의 혼합물을 분자산소 또는 산소-함유 가스로 산화시켜 말레산 무수물을 제조하는 방법.The pentavalent vanadium-containing compound is introduced into an olefinic halogenated organic liquid-containing liquid medium, and then the vanadium is reduced to an average valence state of about +3.5 to about +4.6 and phosphorus- before or after the reduction reaction is carried out. The containing compound was added to the medium to form a catalyst precursor, and then vaporized under a reaction temperature of 250 ° C. to 600 ° C. in the presence of a catalyst containing a mixed oxide of vanadium and phosphorus, prepared by recovering, drying and calcining the catalyst precursor. A process for preparing maleic anhydride by oxidizing n-butane, n-butene, 1, 3-butadiene or mixtures thereof with molecular oxygen or an oxygen-containing gas. 제1항에 있어서, 바나듐의 화원반응을 인-함유 화합물의 존재하에서 수행하는 방법.The process according to claim 1, wherein the reaction of vanadium is carried out in the presence of a phosphorus-containing compound. 제1항에 있어서, 유기 액체 매질이 필수적으로 무수상태인 방법.The process of claim 1 wherein the organic liquid medium is essentially anhydrous. 제1항에 있어서, 바나듐의 환원반응을 바나듐-함유 액체 매질을 가열함으로써 수행하는 방법.The process of claim 1 wherein the reduction of vanadium is carried out by heating the vanadium-containing liquid medium. 제1항에 있어서, 유기 핵체가 염소화 올레핀성 유기 액체를 함유하는 방법.The method of claim 1 wherein the organic nucleus contains a chlorinated olefinic organic liquid. 제1항에 있어서, 유기액체가 브롬화 올레핀성 유기 액체를 함유하는 방법.The method of claim 1, wherein the organic liquid contains a brominated olefinic organic liquid. 제1항에 있어서, 산화촉매가 헥사클로로부타디엔, 퍼클로로프로펜, 헥사클로로사이클로펜타디엔, 테트라브로모에틸렌 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 방법.The process of claim 1 wherein the oxidation catalyst is selected from hexachlorobutadiene, perchloropropene, hexachlorocyclopentadiene, tetrabromoethylene and mixtures thereof. 제1항에 있어서, 산화촉매가 하기의 실험식으로 나타내어지는 방법.The method according to claim 1, wherein the oxidation catalyst is represented by the following empirical formula. V1PaMbOx V 1 P a M b O x 상기식에서, M은 U, Co, Mo Fe, Zn, Hf, Zr 및 이들의 혼합물로 부터 선택되고, a는 0.5내지 2.0이며, b는 0내지 1.0이고, x는 기타의 원소에 필요한 원자가를 충적시키는데 필요한 산소의 수이다.Wherein M is selected from U, Co, Mo Fe, Zn, Hf, Zr and mixtures thereof, a is from 0.5 to 2.0, b is from 0 to 1.0, and x is the valence required for other elements The number of oxygen needed to 제1항에 있어서, 상기 유기액체의 비점이 약 150℃이상인 방법.The method of claim 1, wherein the boiling point of the organic liquid is about 150 ° C. or more.
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