TW200523018A - Oxidation process and catalyst - Google Patents

Description

200523018 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 "本發明係關於氧化方法，例如，乙稀轉化成環氧乙 氧化反應，其中係使用包含固體活性氧化觸媒（例如^ 承載之銀觸媒）及經鹼處理之惰性烯釋劑固體之混合物、、二 固定床固體觸媒來進行該氧化反應。 的 【先前技術】 在乙烯氧化成環氧乙烷之方面，已被教示使用具 媒活性之床（英國專利721，412)並提供其中反應器流出物可 藉由與惰性固體接觸而快速冷卻之系統； USP4,061,659、4,376,209、5,292,904、及 4,642,36〇。，見 存在於此種系統(其中該氧化觸媒業經惰性物質烯釋)中 之一項問題為，惰性稀釋劑固體有實際上促進所要產物降 解之傾向。換言之，惰性稀釋劑通常並不完全具惰性，而 是具有可增進產品損失之活性表面部位。 【發明内容】 根據本發明，頃發現可藉由使惰性稀釋劑先經驗處理， 然後才與活性觸媒摻合，而實質上避免觸媒經由惰性物質 烯釋所引起的環氧乙烷產物之不想要的損失。 、 【實施方式】 "在將用於使乙烯氧化成環氧乙烷之承載觸媒(例如，一 氧化鋁觸媒)裝入商用反應器之方法中，重要的可能是添 加Μ !生物貝至觸媒床内以進行層理或稀釋。或者，可添加 惰性物質於該床之出口處。在這兩種情況下，惰性物質較 96980.doc 200523018 物：：：:媒顆粒或小丸相同之大小及構型。可作為惰性 :之取適合物質為用於該觸媒製備之相同载劑。我們頃 X以任—種驗金屬處理該載劑皆可以使其具惰性且_ 於觸媒床稀釋或層理，且實質上避免產物損失。 氧ΓΓΓ氧化反應而言’用於銀觸媒所選用之载劑為 然而’如通常所提供，氧化㈣劑之活性表面會 / (環氧乙烧）之降解。我們頃發現將少量驗金屬之 =一種鹽沉積在㈣表面上，射中和此活性，並使該載 體表面具惰性，因此可避免產物之降解。 在先前技藝中，係在觸媒製備時使用"高驗金屬，，(higher alkalimetais)鹽以改良催化性能。雖然Cs及另一種鹼金屬 之力口成混合物亦宣稱可改良觸媒性能，但是絶為最常用添 加劑。據報導，"低驗金屬"（l0Weralkalimetals)(i^Na) 之改良並不明顯。然而，在這些觸媒製法中’經驗金屬處 理之載劑亦含有銀及其它促效劑。 大夕數市售觸媒載劑含有一種多種鹼金屬鹽，特別為 納，存在=表面上之該天然驗金屬部份在中和載劑表面上 ^一些被壞性部份中起作用。我們頃發現該表面天然驗金 屬鹽之移途可增加載劑之表面活性、及破壞習性。然而， μ在載㈣所發現之這些表面天然驗金屬之含量並不足 以中和所有研壞性部位。因此，重要的是沉積額外數量之 §亥鹼金屬才能得到根據本發明之總不活性表面。 很難估計中和載劑矣％ r .. f 上所有破壞性部位所需之鹼金屬 鹽之最低量。活性部位之數量為許多因素（例如，載劑之 96980.doc 200523018 表面積、用於其調配物中之不同添加劑、載劑之煅燒方 法、及其表面之化學性質）之一項變數。然而，添加大量 驗金屬鹽（超過中和所有活性部位所需之量）並無害。通 常，該表面上之鹼金屬鹽含量應該每公斤載劑超過5毫克 原子至高重該惰性載體之約2重量％。用於本發明之驗金 屬鹽包括納鹽、钟鹽、赖I、及絶。 通4藉由酸可浸遞試驗測定載劑表面上不同驗金屬之濃 度。在酸可浸瀝試驗中，係在硝酸溶液中消化載劑試樣。 可藉由原子吸收光譜儀（Varian AA-110)在空氣/乙炔火焰中 測定所形成溶液中之鹼金屬濃度。或者，將溶液吸入電感 性耦合之電漿光譜儀（光譜分析]E〇p lcp)内以進行定量分 析。 在進行本發明時，使已經過鹼處理之惰性微粒狀固體與 習知氧化觸媒摻合，其摻合程度足以得到所要稀釋作用。 就環氧乙烧製備而言，係使已處理之惰性物質與如，例 如 ’ USP5,504,052、5,646,087、5,7736,483、5,7〇3,〇〇1、 4,356,312、4,761，394、及諸如此類中所述及之習知承載銀 觸媒摻合，這些專利之揭示文以引用的方式併入本文中。 在鹼處理法中，適合將惰性載體浸在鹼金屬化合物（例 如，氫氧化物，碳酸鹽、醋酸鹽、及諸如此類）之水溶液 中’其浸潰時間（例如’-分鐘至十小時或更久）足以將驗 性物質沉潰在載體表面上。自鹼性溶液移除載體並乾燥， 然後使其適於與該固體氧化觸媒摻合。 -般而言，雖然該經驗處理之惰性物質之摻合量範圍為 96980.doc 200523018 惰性物質及觸媒合併重量之自約5至80重量％，但是如上 述，該經鹼處理之惰性物質可以在反應器管之預熱區中包 含100%該固體。 實施例 實例1(比較實例） 環氧乙烷觸媒之製法為以草酸Ag/乙二胺複合物之水溶 液浸潰α-氧化鋁載劑，使該載體成為具8毫米外徑、8毫米 咼、及具有5毫米膛徑之圓柱體。該溶液亦含有Cs鹽促效 劑。於足以將銀複合物分解成其金屬型式之溫度下锻燒該 觸媒。所得到觸媒含有12% Ag及500 ppmCs。該觸媒使用 於全部下述實例中。 測試該觸媒之方法為將9克觸媒裝入不銹鋼反應器管 内，然後藉由熔鹽浴加熱。於3〇〇 psig下使含15%乙烯、 7%氧、及78%惰性物質（主要為氮及二氧化碳）之氣體混合 物通過該觸媒。調整反應溫度以得到每小時每平方公尺觸 媒160公斤環氧乙烷之產率。經一週反應時間後，觸媒之 性能呈安定性，且環氧乙烷之經計算選擇率為83.3%。 實例2(比較實例） 本實例之目的為測定載劑表面之活性對於環氧乙烷製備 之破壞影響。 、 將同樣9克觸媒裝入不銹鋼反應器管内。在本實例中， 亦添加2克用於該觸媒製備之相同氧化鋁載劑，使其與觸 媒袼合。將載劑放在反應器管之上面第三個管内。經一週 反應時間I，觸媒之性能呈安定性，且環氧乙烧之所計算 96980.doc 200523018 選擇率為81.9%。 實例3 以500毫升〇·3 N氫氧化銨水溶液洗滌1〇〇克用於該觸媒 製備且具有90 ppm表面Na濃度之相同載劑。排出該溶液， 並再重覆洗滌方法四次。接著以去離子水洗滌載劑兩次， 並於150 C下乾燥。所排出溶液之分析顯示自載劑之表面 移除之總鈉量為55 ppm。 將9克觸媒裝入不銹鋼反應器管内。在本實例中，亦添 加2克已洗滌载劑。將載劑放在該床之上面第三個管内。 經一週反應時間後，觸媒之性能呈安定性，且環氧乙烷 之所計算選擇率為80.3%。此証明藉由經氫氧化銨溶液洗 滌以移除天然表面鈉之步驟已增加載體之破壞習性。 實例4 以300¾升〇.〇5 N氫氧化鉋水溶液浸潰1〇〇克用於該觸媒 製備之載劑。乾燥載劑，並使用酸可浸瀝試驗分析其〇含 量。 將9克觸媒裝入不銹鋼反應器管内。在本實例中，亦添 加2克經Cs處理之載劑。如實例3所述，將載劑放在該床之 上面第三個管内。經一週反應時間後，觸媒之性能呈安定 性，且環氧乙烷之所計算選擇率為83·3%。此証明該〇處 理法已中和載劑表面上之破壞性活性部位，並實質上減少 環氧乙焼。 實例5 以300毫升〇·〇5 ν碳酸鉋水溶液處理一載劑試樣。經處 96980.doc 200523018 理後，分析顯示該載劑含有57〇 ppm鉋。如上述，添加2克 該已處理載劑試樣至觸媒床。經一週反應時間&，觸媒之 性能呈安定性’且環氧乙烷之所計算選擇率為83.2%。此 言正明該Cs處理法已中和載劑表面上之破壞性活性部位。 實例6-8 如貝例3所述，以氣氧化鐘、氮氧化納、及氯氧化钟水 溶液處理載劑試樣群。然後分析已處理載劑之個別驗金屬 之可浸瀝含量。如圖哺示’添加2克各該已處理載劑試樣 至含9克銀觸媒之個別反應器管内。 經一週反應時間後，這3種觸媒之性能呈安定性，且測 定環氧乙烷之選擇率，其結果如表丨所示： u 表1 實例 載劑 觸媒之選擇率％ ----- 83.4 6 -------_ 經 NaOH(150 ppm Na)處理之 α-氧化铭載劑 7 經KOH(260 ppm K)處理之α-氧 化鋁載劑 ----- 83.2 8 經LiOH(50 ppm Li)處理之α-氧 化鋁載劑 83.2 此証明分別於這3種情況下，該鹼金屬處理法已中和載 劑表面上之研壞性活性部份。 96980.d〇c _1〇_

Claims (1)

1. 200523018 十、申請專利範圍： 1 · 一種使用固體微粒狀氧化觸媒使乙烯進行分子氧化反應 以形成環氧乙烷之方法，其特點包括藉由使乙烯與固體 U粒狀氧化觸媒及經鹼金屬鹽處理之固體微粒狀惰性物 質之摻合物接觸而氧化乙烯。 :東項1之方法’其中該微粒狀惰性物質為氧化鋁。 •求項1之方法，其中該氧化觸媒包含以氧化铭承載 96980.doc 200523018 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：（無） (二) 本代表圖之元件符號簡單說明: 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 96980.doc