TW201236754A - Zirconia containing support materials for catalysts - Google Patents
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Description
201236754 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於觸媒、製造觸媒之方法及製造烯基烷醇酸 酯之方法。明確而言,本發明係關於製造乙酸乙烯酯之方 法。 【先前技術】 特定烯基烷醇酸酯如乙酸乙烯酯(VA)為以其單體形式高 度需求之商用化學品。例如,VA用以製造聚乙酸乙烯酯 (P VAc),其通常用於黏著劑並視為大部分VA用途。其他VA 之用途包括聚乙烯醇(PVOH)、乙烯乙酸伸乙酯(EVH)、乙 酸伸乙乙烯酯(VAE)、聚乙烯丁醛(PVB)、伸乙乙烯醇 (EVOH)、聚乙稀甲搭(PVF)及氯化乙稀-乙酸乙烯醋共聚 物。PVOH通常用於織物、薄膜、黏著劑及感光性塗膜。薄 膜與線纜絕緣通常以特定比例使用EVA。氣化乙烯-乙酸乙 烯酯共聚物之主要應用包括塗料、漆料,而黏著劑通常以 特定比例使用具有VA之VAE。含有超過50% VA之VAE主要 用作水泥添加劑、漆料及黏著劑。PVB主要用於層壓屏幕 之下層、塗料及油墨。EVOH用於障壁膜及工程用聚合物。 PVF用於電纜瓷漆及磁帶。 因為VA為許多商用材料及產品之基本材料,所以對VA之 需求很大,VA之生產通常在相當大規模上完成,例如,每 年50,000公噸以上。此大規模生產意指有效經濟規模成為 可能,而在加工、加工條件或觸媒特性方面之相當細微改 變可對VA生產之成本具有顯著經濟衝擊。 4 201236754 許夕技術δ己載烯基烷醇酸酯之製造。例如,在製造VA 中’廣泛使的技術包括乙烯與乙酸及氧氣之催化氣相反 C2H4 + CH3COOH 若干副作用會發生,
反應系統之空間-時間產率(STY)敘述,其中STY為每小時反 應時間每升觸媒產生之VA克(g/1*h)。 進料之組合物可在廣泛限制内改變。通常,進料包括 30-70%乙浠、ι〇_3〇9 性材料如co2、氮氣、 10-30%乙酸及4_ 16%氧氣。進料亦可包括作 氮氣、甲烷、乙烷、丙烷、氬氣及/或氦氣。 對進料組合物之主要限制為離開反應器之流出物流内之氧 氣準位必須充分低’使得物流在燃燒區之外側。流出物之 氧氣準位受到原料流内之氧氣準位、反應之〇2轉化速率及 任何流出物内之惰性材料之量影響。 實施氣相反應’其中原料之進料通過或穿過固^床反應 卜使用反應溫度範圍為_125t至·。c可得成功結果,而 通常反應壓力為1-15氣壓。 雖然此等系統提供適當產率,但仍需要減少產生副產 物、VA輸出之較高速率及在製造期間使用較低能量。一種 方法為改良觸媒特性’特別是有關c〇2選擇率及/或觸媒之 活性。另—種方法為改良反應條件,如原料互相之比率、 反應之〇2轉化率、進料之空間速度(sv)以及操作溫度盘壓 力。 ' C〇2之形成為一態樣,其可透過使用經改良觸媒降低。 201236754 c〇2之選擇率為進入c〇2轉化之乙烯的百分比。減少c〇2之 選擇率容許現存工廠内每單元體積與單元時間較大量 VA ’即使保持所有其他反應條件亦然。 特定反應系統之VA輸出量受到若干其他因素影響,包括 觸媒之活性、原料互相之比率、反應之〇2轉化率、進料之 空間速度(SV)以及操作溫度與麼力。所有因素合起來以決 定反應系統之空間-時間產率(STY),其中STY根據每小時反 應時間每升觸媒產生之VA克或g/l*h說明。 通常’活性為測定STY之重要因素,但其他因素仍對π 有顯著衝擊。通常,觸媒之活性愈高,觸媒可產生之sty 愈高。 〇2轉化率為在觸媒存在下氧氣反應多少之測量。〇2轉化 速率視溫度而定,使得轉化速率通常隨著反應溫度爬升。 然而,所產生之C〇2量亦連同〇2轉化率增加。因此,選擇 〇2轉化速率以得對所產生之eh量平衡之所欲VA輸出量。 具有較高活性之觸媒意指當保持相同〇2轉化率時,可降低 總反應溫度。或者,具有較高活性之觸媒在規定溫度及空 間速度下可提供較高〇2轉化速率。 通常,觸媒使用一種或多種負載在相對惰性載體材料上 之催化活性。在VA觸媒之情況下,催化成分通常為金屬之 混合物,其可均勻地分布過載體材料("所有全遍及式 (all-throughout)觸媒"),僅在載體材料之表面上(,,外殼觸媒 "),僅在載體材料之外殼下方("蛋白觸媒")或在載體材料之 核心("蛋黃觸媒”)。 201236754 各種不同載體材料已建議用於从觸媒,包括氧化石夕、推 雜,之氧切、氧化铭、氧化鈦、氧化錯及氧化物混合物: 但是對於載體材料間之差異之研究則报少完成。總而言 之’實際上僅氧化石夕及氧化紹在商業上作為載體材料。 對VA催化一種有用組合為鈀與金。pd/Au觸媒提供適當 co2選擇率及活性,但仍需要可製造va之經濟規模之經改 良觸媒。 製造Pd/Au觸媒之一方法通常包括用鈀與金之水溶性鹽 的水溶液浸潰載體;將經浸潰水溶性鹽與適當鹼性化合物 如氫氧化鈉反應以沉澱(時常稱為固定)金屬元素作為水不 溶性化合物如氫氧化物;洗滌經固定載體材料以改良未固 定化合物並清潔具有任何毒性之觸媒如氣化物;用典型還 原劑如氫、乙烯或肼還原水不溶性化合物,及加入鹼金屬 化合物如乙酸鉀或鈉之步驟。 曾建議對此基本方法之各種改良。例如,在美國專利 5,990,344號中,曾建議在還原至其游離金屬形式後,進行 纪之燒結。在美國專利6,〇22,823號中,曾建議可有利地用 把與金鹽之浸潰後’在非還原氣氛内锻燒載體。在 94/21374中’曾建議在還原及活化後但在其首先使用前, 觸媒可藉連續加熱於氧化、惰性及還原氣氛内預熱。 在美國專利5,466,652號中,曾建議鈀與金之鹽,其為無 羥基、i化物及鋇並可溶於乙酸内,可用以浸潰載體材料。 美國專利4,902,823號曾類似建議’即,使用無鹵化物及硫 之鹽及可溶於具有2個或1〇個碳原子之未經取代羧酸内之 7 201236754 把之錯合物。 在美國專利6,486,370號中,曾建議層合觸媒可用於脫氫 法中,其中内層載體材料不同於外層載體材料。同樣,美 國專利5,935,889號建議層合觸媒可用作酸性觸媒。但二建 議在製造烯基烷醇酸酯時皆未使用層合觸媒。 總而§之,本發明人等認同並說明在VA觸媒之領域中連 續改良之需求以提供較低成本之經改良VA製造。 【發明内容】 本發明說明至少四種有關觸媒結構之態樣、製造該等觸 媒之方法及使用該等觸媒供製造稀基烧醇酸酯之方法。以 分開或組合一起方式,本發明之各種態樣針對改良烯基烷 醇酸酯及VA之製造,特別包括副產物之還原及經改良生產 效率。本發明之第一態樣有關獨特鈀/金觸媒或包括铑或其 他金屬之預觸媒(視需要緞燒)。第二態樣有關鈀/金觸媒或 以層合載體材料為主之預觸媒,其中支持層之一層實質上 無催化成分。第三態樣有關鈀/金觸媒或在含有氧化锆之載 體材料上之預觸媒。第四態樣有關鈀/金觸媒或自實質上無 氣化物催化成分產生之預觸媒。 觸媒 為了本發明目的起見,觸媒為任何含有至少一種催化成分 且其可催化反應之載體材料,而預觸媒為任何由本文所述 之觸媒製備步驟造成之材料。 本發明之觸媒與預觸媒可包括該等具有至少以下屬性之 8 201236754 者1}觸媒為含有把與金之觸媒,其包含至少另-催化 成分如錢,ιφ —搞山办 種或多種催化成分被煅燒;2)觸媒負載 在層合載體!, )觸媒負載在含氧化錯之載體材料上;4) 觸媒係由無氯化物先質或任何前述之組合製成。因此,有 mu有助心良叫選擇性、活性或二者’特別有 關VA製造。 員本發明敘述於特定例示性具體例之上下文中,但可 =任何態樣數目改變,端視特定應用之需求而^。藉由不 二限制之實例’觸媒可具有均句分布過載體材料之催化成 刀或其可為外殼觸媒,#中催化成分發現於載體材料核心 周圍之相當薄殼内。蛋白觸媒亦適合,其中催化成分實質 上離開載體材料之巾蛋黃觸媒亦適合。 催化成分 通常’本發明之觸媒及預觸媒包括金屬,特別是包括至 少二種金屬之組合。明確而言,金屬之組合包括至少一種 :自族VIIIB而至)-種來自族m。須知,,催化成分,用以表 示最終提供觸媒催化功能之金屬,而W括各種狀態之金 屬’例如’鹽、溶液、溶膠.凝膠、懸浮液、游離金屬 '合 金或其組合。較佳觸媒包括鈀與金作為催化成分。 觸媒之一具體例包括與第三催化成分組合之具有把與金 之催化成分之組合。第三催化成分較佳選自族vmB,感 最佳。其他較佳觸媒包括該等觸媒’ #中第三催化成分係 選自 W、Ni、Nb 〇s、Fe、Cu、Co、
Ta、Ti、Zr、Y、Re
Zn、in、Sn、Ce、Ge、Ga及其組合。 201236754 觸媒之另一具體例包括催化成分之組合,其包括纪、金 及铑之組合。視需要而定,第三催化成分(如上所示)亦可取 代Rh包括於此具體例中。在另一具體例中,可使用上述之 一種或多種催化成分。 在一例中,鈀與金可與Rh組合以形成觸媒,比較於缺少 Rh之Pd/Au觸媒,其顯示經改良C〇2選擇率(即,減少形成 C〇2)。此外’ Rh之加入不會顯示不利地影響觸媒之活性。 把、金、錄觸媒之C〇2選擇率亦可在觸媒製備期間透過煅燒 及/或透過使用無水溶性鹵化物先質(以下說明)改良,但其 不需要觀察Rh效應。 第二催化成分對纪之原子比可為約〇 〇〇5至約丨〇,更佳為 約0.01至約1.0。在一具體例中,觸媒含有每升觸媒在約〇 〇1 與約5.0克第三催化成分。 觸媒之另一較佳具體例包括每升觸媒在約1至約1〇克 把,及約0.5至約1 〇克金之間。金之量,以纪之重量計,較 佳約10至約125重量%。 在研磨觸媒之一具體例中,AU對Pd原子比在約0.5與約 1 ·〇〇之間對研磨觸媒較佳。可調整原子比以平衡活性與c〇2 選擇率。較高Au/Pd重量或原子比之使用趨向有利更活性、 更選擇性觸媒。或者如所述,具有原子比為約〇 6之觸媒對 C〇2為較低選擇性,而且較具有原子比為約〇 8之觸媒具有 更低活性。在研磨載體材料上之高Au/pd原子比之功效透過 使用相對高過量氫氧化物離子亦會增強,如以下有關固定 步驟所述。研磨觸媒可為一種觸媒,其中催化成分接觸載 201236754 體材料,接著減少粒子大小(例如,藉研磨或球磨),或一種 觸媒,其中催化成分在載體材料減少尺寸後才接觸載體材 料。 關於外殼觸媒,催化成分在載體材料上之外殼之厚度範 圍為約5微米至約500微米。更佳範圍包括自約5微米至約 3 00微米。 載體材料 如所不’在本發明之—態樣中,本發明之催化成分通常 由載體材料負冑。適當載體材料通常包括同—性實質上均 句之材料或材料之混合物。總之,載體材料在進行反應中 為:性。載體材料可由較佳選擇之任何適當材料所組成, 使得載體材料每單元質量或體積具有相當高表面積,例 如,多孔結構、分子篩結構、蜂巢結構或其他適當結構。 例如’載體材料可包含氧切、氧化@、氧切氧化銘、 ―、鈦i化錯、氧化銳、石夕酸鹽、銘石夕酸鹽、欽酸鹽、 尖晶石、碳切、氮化石夕、碳、滑石、息石、膨潤土、黏 土、金屬、玻璃、石英、浮石、沸石、非彿石分子筛及其 組°等。任何不同結晶形式之材料亦適合,例如,α _或r 氧化鋁。以含有氧化矽與氧化鍅之載體材料最佳。此外, 多層載體材料亦適用於本發明。 本發明觸媒之載體材料可由具有 ,^ w ?、负任何規則或不規則形狀 求y、it片形、圓柱形、盤形、援形 ^ 、星形或其他形狀 之顆粒所细成。載體材料 .„ , , 11、有尺寸如直杈、長度或寬度 …’ 、,n卡,較佳為約3至約9毫米。明確而言,具有 201236754 規則形狀(如球形)之載體材料具有較佳最大尺寸為約4毫米 至約8毫米。此外,研磨或粉狀載體材料亦適合,使得載體 材料具有直徑為約1 〇微米與約1 〇〇〇微米之間,較佳尺寸為 約10微米與約700微米之間,最佳尺寸為約18〇微米與約45〇 微米之間之規則或不規則形狀。亦可使用較大或較小尺 寸,以及顆粒大小之多分散收集。例如,關於流體床觸媒, 較佳尺寸範圍包括10至150微米。關於用於層合觸媒之先 質’以尺寸範圍為1〇至250微米較佳。 支持催化成分可行之表面積,如BET(BrUnauer,Emmett and TeUer)法所測定,通常可在約1平方米/克與約500平方 米/克,較佳約100平方米/克至約2〇〇平方米/克。例如,關 於多孔載體,載體材料之孔隙體積通常可為約〇〖至約2毫 升/克,較佳為約0.4至約丨.2毫升/克。希望平均孔大小範圍 為,例如,約50至約2〇〇〇埃,但非必要。 適當含氧化矽之載體材料之例包括KA16〇,獲自
Chemie公司、Aerolyst 35〇 ,獲自以別咖公司以及其他具 有顆粒大小為⑴毫米至約1G毫米之生熱或無微孔性氧: 石夕。 適當含氧化锆載體材料之例包括該等來自… zi_ia Sales(America)公司、Daichi 叫如〇、也 及Magnesium Elektron Inc(MEI)者。適當氧化鍅載體材料具 有廣泛範圍之表面積’自低於約5平方米/克至超過_平方 米/克》較佳氧化錯裁體材料具有表面積自約1〇平方米/克至 約135平方米/克。載體材料可透過加熱最初㈣材料之锻 12 201236754 燒步驟處理並身;^ ^ 八表面。加熱可減少载體材料 煅燒)。此提供—插洋^ 4付之表面積(例如, 產生不會自供應商容易獲得之具有特定 表面積之裁體材料之方法。 各ί =體例中’預期使用至少若干载體材料之組合, ⑷如葡、徵。例如’至少二種具有不同特徵之載體材料 (例如,氧化錯)會顯 )會顯不不同活性及co2選擇率,因此容許製 備具有所欲特徵組的艏據 選擇率平衡。_《即’觸媒之活性可對觸媒之⑶2 在-具體例中,複數不同載體用於層合組態卜層合可 於任何不同方式内達成,例如,複數薄片其通常為扁平、 呈波狀或其組合。一特定方式為使用相對於最初核心層之 連續包封層。通常’本文中之载體材料通常包含至少一層 内層及至少局部環繞内層之外層。外層較佳含有較内㈣ 質上更多催化成分。在—具體例中,内層與外層係由不同 材料製成;但材料可相同。耗内層可為非孔性,但其他 具體例包括多孔性内層。 層合載體材料較佳導致外殼觸媒之形式。但層合載體材 料提供界足良好之邊界在具有催化成分之載體材料之區與 不具催化成分之區之間。此外,外層可一致地用所欲厚度 構成。外層之邊界與均勻厚度一起導致外殼觸媒,其為催 化成分之外殼,其為均勻與已知厚度。 若干對產生層合載體材料已知之技術包括該等敘述於美 國專利6,486,370號;5,935,889號;及5,200,382號,其各併 入供參考。在一具體例中,内層之材料亦未由液體實質上 13 201236754 滲透’例如’金屬包括但不限於鋁、鈦及锆。其他内層之 材料之料包括’但不限於’氧化銘 '氧化石夕、氧切^化 鋁氧化鈦、氧化錯、氧化銳、石夕酸鹽、紹石夕酸鹽、欽酸 鹽、央晶石、碳化石夕、氮化石夕、碳、滑石、皂石、膨潤土、 黏土、金屬、玻璃、石英、浮石、彿石、非沸石分子篩及 其組合。較佳内層為氧化矽及尺八16(^ 此等構成内層之材料可為各種形式,如規則形狀顆粒、 不規則形狀顆粒、片形、盤形、環形、星形、車輪形蜂 离形或其他形狀體。以球狀顆粒内層較佳。此内層,不論 是否為球形,具有有效直徑為約G G2毫米至約㈣毫米較 佳為約〇·〇4毫米至約8.0毫米。 "任何多層結構之最外層為多孔、具有表面積範圍為約5 平方米/克至約3GG平方米/克。外層之材料為金屬、陶究或 其組合,在一具體例中,其係選自氧化銘、氧化石夕、氧化 矽-氧化鋁、氧化鈦、氧化錯、氧化鈮、矽酸鹽、鋁矽酸鹽、 鈦酸鹽、尖晶石、碳化石夕、氮化石夕、碳、滑石、皂石Γ腺 ::、黏土、金屬、玻璃、石英、浮石、沸石、非沸石分 Γ 組合’較佳包括氧化紹、氧切、氧化石夕-氧化紹、 =、料石分子篩(職S)、氧化欽、氧化錯及其混合物。 •疋例包括氧化錯、氧切及氧化紹或其組合。 雖然外層通常實質上環繞整個内層,但此情況並必要, /使用由外層在内層上之選擇性塗佈。 外式塗佈在底層上。在一具體例中,使用 材㈣體。内層用漿體之塗佈可藉方法如誠、浸 14 201236754 泡、喷霧、洗滌塗佈、其他漿體塗佈技術、其組合等。— 較佳技術涉及使用内層顆粒之固定或流化床及將漿體噴入 床内以均勻地塗佈顆粒。漿體可小量重複塗覆與介入乾 燥’以提供厚度高度均勻之外層。 用以塗佈内層之漿體亦可包括任何添加劑如界面活性 劑、有助於外層黏著底層之有機或無機黏合劑或其組合。 此有機黏合劑之例包括但不限於PVA、羥基丙基纖維素、 甲基纖維素及羧甲基纖維素。加入漿體之有機黏合劑之量 可改變,例如,自約1重量%至約15重量%外層與黏合劑之 組合。無機黏合劑之例係選自氧化鋁黏合劑(如Bohmite)、 氧化矽黏合劑(如LUd〇X,Te〇S)、氧化鍅黏合劑(如乙酸氧化 鍅或膠態以化鍅)或其組合。氧化矽黏合劑之例包括矽溶膠 及矽凝膠,而氧化鋁黏合劑之例包括氧化鋁溶膠、膨潤土、 Bohmite及硝酸鋁。無機黏合劑之量可為約2重量%至約15 重量%外層與黏合劑之組合。外層之厚度可為約5微米至約 500微米’較佳為約2〇微米與約250微米之間。 一旦内層用外層塗佈時,所得層合載體可藉如在溫度為 約100°C至約32(TC下加熱(例如,約1至約24小時)乾燥,然 後可視需要在溫度為約soot至約900t下鍛燒(例如,約〇 5 至約10小時)以強化外層黏合至底層之至少一部分表面上 並提供層合觸媒載體。乾燥與烺燒步驟可組合成一個步 驟。所得層合載體可與催化成分接觸,就如下述在製造觸 媒時任何其他載體材料般。或者,外層载體材料在塗佈在 底層前與催化成分接觸。 15 201236754 在層合载體之另-具體例中,加人環繞最初外層之第二 外層以形成至少三層。第二外層之材料可相同或不同於第 一外層。適當材料包括該等對第—外層所述之材料。塗覆 第二外層之方法可相同或不同於用以塗覆中間層之方法, 適當方法包括料對第—外層所述之方法。所述之有機或 無機黏合劑可適當地用於第二外層之形成。 最初外層可包含或不可包含備化成分。同樣,第二外層 亦可包含或不可包含催化成分H層皆包含催化成分 時較佳不同催化成分用於各層,但此情況並非必要。在 一較佳具體例中,最初外層不包含任何催化成分。將催化 成分接觸外層可藉下述浸潰或噴霧塗佈完成。 在最初外層含有催化成分之具體例中,達成此之一方法 為將催化成分在#料t覆至内層I接觸最初外層之材料。 第二外層可塗覆至純粹或含有催化成分之最初外層。 其他適當技術可用以達成三層式載體材料,其中一層以 上之外層含有催化成分。的確,層合載體材料不限於三層, 但可包括四層以上,一些或所有層可含有催化成分。 此外’催化成分之數目及類型可在層合載體材料之層間 改變,載體材料之其他特徵(例如,孔隙度、顆粒大小、表 面積、孔體積等)可在層間改變。 製造觸媒之方法 通常’此法包括接觸載體材料催化成分並還原催化成 分。本發明之較佳方法包括將催化成分浸潰於載體材料 内、炮燒含催化成分之載體材料、減少催化成分及改良在 16 201236754 載體材料上之經還原催化成分。額外步驟如固定催化成分 在載體材料上以及絲㈣定催化成分亦可包括於製造觸 、或預觸媒之方法内。有些上述步驟視需要而定而其他步 驟可消除(例如,絲及/或固定步驟)。此外,有些步驟可 複(Ή如夕重次潰或固定步驟)’步驟之順序可不同於上 述步驟(例如,還原步驟在煅燒步驟前面)。至一特定程度, 接觸步驟可決定對觸媒之形成是否需要較後步驟。 接觸步驟 特疋接觸方式為一種依據形成蛋黃觸媒或預觸媒、形 成蛋白觸媒或預觸媒、形成全遍及式觸媒或預觸媒或形成 外殼觸媒或預觸媒或其組合之方式。在一具體例中,以形 成外殼觸媒之技術較佳。 接觸步驟可使用任何上述載體材料實施,以氧化矽、氧 化錯及3氧化鍅之層合載體材料最佳。接觸步驟較佳在周 圍溫度及壓力條件下實施;然而,料使用減少或升高的 溫度或壓力。 在較佳接觸步驟中,載體材料係用一種以上催化成分 之水溶液(稱為先質溶液)浸潰。在接觸步驟期間載體材料之 物理狀態可為乾燥固體、漿體、溶膠_凝膠、膠態懸浮液等。 在一具體例中,包含於先質溶液内之催化成分為催化成 分製成之水溶性鹽,包括但不限於,氯化物、其他鹵化物、 硝酸鹽、亞硝酸鹽、氫氧化物、氧化物、草酸鹽、醋酸鹽 (OAc)及胺,以無鹵化物之鹽較佳,無氯化物之鹽更佳。適 用於先質溶液之鈀鹽之例包括pdC12、Na2PdCl4、
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Pd(NH3)2(N02)2 、Pd(NH3)4(OH)2 、Pd(NH3)4(N03)2 、
Pd(N03)2、Pd(NH3)4(OAc)2、Pd(NH3)2(OAc)2、Pd(OAc)2於 KOH 内及/或 NMe4OH及 / 或 NaOH、Pd(NH3)4(HC03)2及草酸 纪。在含氯化物之纪先質中,以Na2PdCl4最佳。在無氣化 物之鈀先質鹽中,以下四種最佳:Pd(NH3)4(N03)2、 Pd(N03)2、Pd(NH3)2(N〇2)2及 Pd(NH3)4(OH)2。適用於先質 溶液之金鹽之例包括AuC13、HAuC14、NaAuCU、KAu02、 NaAu02、NMe4Au02、Au(OAc)3於 KOH 内及/或 NMe4OH以 及HAu(N03)4於硝酸内,以KAu02為無氯化物之金先質之最 佳。適用於先質溶液之铑鹽之例包括RhCl3、Rh(OAc)3及 Rh(N03)2。亦可選擇上述第三催化成分之類似鹽。 此外,超過一種鹽可用於規定先質溶液内。例如,鈀鹽 可與金鹽組合或二種不同鈀鹽可於單一先質溶液内組合一 起。先質溶液通常可藉溶解選定鹽或鹽於水中,具有或不 具有溶解度改良劑如酸、鹼或其他溶劑而製成。其他非水 性溶劑亦適合。 先質溶液可同時(例如,共浸潰)或按序浸潰於載體材料 内並可透過使用一種或多種先質溶液浸潰。具有三種以上 之催化成分,可使用同時與按序浸潰之組合。例如,鈀及 铑可透過使用單一先質溶液浸潰(稱為共浸潰),接著用金之 先質溶液浸潰。此外,催化成分可在多重步驟中浸潰在載 體材料上,使得每次接觸一部分催化成分。例如,一適當 方式包括用Pd浸潰、接著用Au浸潰、接著用Au浸潰。 用先質溶液浸潰載體材料之順序並不重要;雖然對於煅 201236754 燒步驟,如下所述,對特定順序有若干優點。較佳的是, 把催化成分首先浸潰在載體材料上,在纪後或最後金才被 浸潰。使用時,姥或其他第三催化成分可用把、用金或本 身反視。此外,載體材料亦可用相同催化成分浸潰多次。 例如,可首先接觸一部分包含於觸媒内之全部金,接著接 觸第一部分金。一個以上其他步驟可插在金接觸載體材料 之步驟之間,例如,煅燒、還原及/或固定。 夺先質料之以酸為±組態會影#是否使用纟浸潰或按序 浸潰。因&,在共浸潰步驟中,應使用具有類似以酸為主 組態之先質溶液-起;此可消除任何會污染先質溶液之以 酸為主反應。 關於浸潰步驟,選擇先質溶液之體積,使得其對應在約 85%與約iiG%間載體材料之孔體積。體積以在約%%與約 1〇〇%間載體材料之孔體積較佳,更佳為在約狐與約Μ% 孔體積。 通常’先質溶液加入載體材料内而讓載體材料吸收先質 溶液。此可以滴落方式進行,直到載體材料之最初澄度實 質上達成為止。或者’載體材料可藉等份或分批方式放入 先質溶液内。旋轉_浸潰或其他辅助裝置可透過載體材料與 先質4液間之接觸達成。此外’可使用喷霧裝置,使得先 質溶液透過吸收其之喷嘴喷在載體材料上。視需要而定, ,析、加熱或減壓可用以除去任何未由載體材料吸收之過 量液體或在浸潰後乾燥載體材料。 關於浸潰步驟’選擇先質溶液之體積,使得其對應在約 201236754 85%與約11()%間載體材料之孔體積。體積以在約⑽與約 1〇〇%間載體材料之孔體積較佳,更佳為在約98%與約9、9% 孔體積。 通常,先質溶液加入載體材料内而讓载體材料吸收先質 溶液。此可以滴落方式進行,直到載體材料之最初溼度實 質上達成為止。或者,載體材料可藉等份或分批方式放入 先質溶液内。旋轉-浸潰或其他輔助裝置可透過載體材料與 先質 >谷液間之接觸達成。此外,可使用喷霧裝置,使得先 質溶液透過吸收其之喷嘴喷在載體材料上。視需要而定, 傾析、加熱或減壓可用以除去任何未由載體材料吸收之過 量液體或在浸潰後乾燥載體材料。 其他接觸技術可用以避免固定步驟,而仍可達成外殼觸 媒。例如,催化成分可透過化學氣相沉積法接觸至載體材 料,如美國專利2001/0048970號所述,其併入本文供參考。 此外,喷塗或層合均勻預浸潰的載體材料作為外層在内層 上可有效地形成外殼觸媒,其亦可敘述為層合載體材料。 在另一技術中’特別對金之催化成分之有機金屬先質可用 以形成外殼觸媒’如美國專利5,700,753號所述,其併入本 文供參考。 物理外殼形成技術亦適於製造外殼觸媒。此處,先質溶 液可喷在加熱載體材料或層合載體材料上,其中先質溶液 之溶劑在與加熱的載體材料接觸時蒸發,因此沉積外殼内 之催化成分在載體材料上。較佳可使用溫度為約40與140 °C之間。外殼之厚度可藉選擇載體材料之溫度及透過喷嘴 20 201236754 之溶液流速控制。例如,隨 迎考,皿度在約1 〇〇 C以上,形虑相 當薄之外殼。當使用I氣仆 …、軋化物先質以強化在載體材料上之 外殼形成時,此具體例特別有用。 熟悉此技藝者當可明白接奋 片白接觸步驟之組合可為形成經接 載體材料之適當方法。 固定步驟 希望變換至少-部分催化成分在經接觸載體材料上,自 水不溶性形式至水溶性形式。該步驟可稱為固定步驟。此 可藉塗覆岐劑(例如’分散於液體如溶液内)至經浸潰載體 材料’其造成至少一部分催化成分沉澱而達成。此固定步 驟有助於形成外殼觸媒,但非必要形成外殼觸媒。 可使用任何適當固定劑,以氫氧化物(例如,驗金屬氯氧 匕物)石夕鹽、硼酸鹽、碳酸鹽及碳酸氫鹽於水溶液内較 佳。較佳固定劑為NaOH。固定作用可藉在先質溶液浸潰在 載體材料前、期間或後加入固定劑至載體材料完成。通常, 固定劑在接觸步驟後使用,使得經接觸載體材料容許浸泡 於固定劑溶液内歷約1至約24小時。特定時間端事先質溶液 與固定劑之組合而定。如同浸潰步驟,辅助裝置如旋轉浸 潰裝置,如美國專利5,332,710號所述,其併入本文供參考, 可有利地用於固定步驟中。 固定步驟可於一個以上步驟内完成’稱為共固定或分離 固定。在共固定中,一種以上固定劑溶液之體積,在所有 相關先質溶液接觸至載體材料後,塗覆至經接觸載體材 料,不論接觸是否透過使用一種以上先質溶液完成。例如, 201236754 在用先質溶液之按序浸潰後之固定,金先質溶液及錄先質 溶液為共固定,如在用鈀/铑先質溶液之共浸潰,接著用金 先質溶液之漫潰之固定。共固定之例可發現於美國專利 5,3丨4,888號所述’其併入本文供參考。 另一方面,分離固定可包括在用先質溶液各浸潰期間或 其後塗覆固定劑溶液。例如,以下方式為分離固定:a)浸 潰鈀、接著固定、接著用金浸潰、接著固定;或b)用飽及 铑共浸潰、接著固定、接著用金浸潰、接著固定。在固定 與隨後浸潰之間,可除去任何過量液體及乾燥載體材料, 但在此情況並非必要。分離固定之一例可發現於美國專利 6,034,030號所述,其併入本文供參考。 在另一具體例中,固定步驟與接觸步驟同時進行,其一 例敘述於美國專利4,048,096號,其併入本文供參考。例如, 同時固定可為:用鈀浸潰、接著固定、接著用金及固定劑 浸潰。在此具體例之一變例中,固定作用可對催化成份進 行二次。催化成分在接觸載體材料時可局部固定(稱為”預 固定”)’接著附加最後固定。例如:用鈀浸潰、接著用金 及預固定劑浸潰、接著用最後固定劑固定。此技術可用以 幫助確保外殼型觸媒之形成,相對所有全遍及式觸媒。 在另一特別適用無氣化物先質之具體例中,載體材料係 用固定劑預處理以調整載體材料之特性。在此具體例中, 載體材料首先用酸性或驗性溶液,通常無金屬浸潰。在乾 燥後,載體材料用具有與經乾燥載體材料相反酸度/鹼度2 先質溶液浸潰。隨著而來酸-鹼反應形成催化成分之外殼在 22 201236754
視為使用固定步驟,接著接觸步驟。
1·1至約1_8倍。在一 固定劑於溶液内之濃度通常為以耳過量之浸潰在載體 里。固疋劑之量應為與存在於水溶性 反應所需之量約1.0至約2 〇,較佳為約 使用尚Au/Pd原子或重量比之具體例 中,增加的莫耳過量之氫氧化物離子可增強所得觸媒之CO: 選擇率及活性。 料之可行游離表面之量。此可藉導入, 所供應之固定劑溶液之體積應為足以覆蓋經浸潰載體材 例如,大於經接觸 載體材料之孔體積之體積而完成。 改潰與固定步驟之組合可形成外殼形觸媒。但是,無鹵 化物先質溶液之使用亦容許外殼觸媒之形成而視需要除去 固定步驟。在氣化物之不存在下,可排除下述洗滌步驟。 此外’此法亦可免除固定催化成分之步驟,否則其需要存 留洗滌步驟。因為不需要洗滌步驟,所以催化成分不需要 固定以存留洗滌步驟。在製造觸媒中之後續步驟不需要催 化成分固定因而步驟之其餘部分可實施而不用附加預備步 驟。總之,無氣化物先質之使用容許觸媒或預觸媒製造方 法免除洗滌步驟’因而減少製造觸媒所需之步驟數目並除 去處理含氣化物之廢物之需要。 洗蘇步驟 明確而言,當使用含鹵化物之先質溶液及其他所欲應用 23 201236754 時,在固定步驟後,經固定載體材料可洗務以除去任何在 載體上之鹵化物殘餘物,或經過處理以除去污染物在載體 材料上之潛在負面影響。洗務步驟包括清洗經固定載體材 2於水中,I交佳於去離子水中。&滌可以分批或連續方式 兀成在室1下之洗滌應持續,直到流出物洗滌水具有鹵 化物離子含量為低於約1_ PPm,更佳的是,直到最後流 出物對硝酸銀試驗提供負性結果為止。洗滌步驟可在下述 還原步驟之後或同時實施,但較佳在之前實施。如上所述, 使用無南化物先質溶液可消除洗務步驟。 煅燒步驟 在至少一種催化成分接觸載體材料後,可使用炮燒步 驟。煅燒步驟通常在還原步驟前以及在固定步驟(若使用該 步驟)後,但可過程中之其他地方發生。在另一具體例中, 煅燒步驟係在還原步驟後實施。煅燒步驟包括在非還原氣 氛(即,氧化或惰性)内加熱載體材料。在煅燒期間,載體材 料上之催化成分至少局部自其鹽分解成其氧化物之混合物 及游離金屬形式。 例如,瓜燒步驟係在溫度範圍為約】至約7〇〇〇c,較 佳為約200°c至約50(TC之間實施。用於煅燒之非還原氣體 可包括一種以上惰性或氧化氣體如氦氣、氮氣、氬氣、氖 氣、氧化氮、氧氣、空氣、二氧化碳及其組合等。在一具 體例中,煅燒步驟係在實質上純粹氮氣、氧氣、空氣或其 組合之氣氛内實施。煅燒時間可改變但較佳為約1與5小時 之間。催化成分之分解程度端視所用溫度及煅燒經浸潰觸 24 201236754 媒之時間長度而定’然後可監視揮發性分解產物。 可使用一種以上煅燒步驟,使得在至少一種催化成分接 觸載體材料厚任何時候可煅燒。較佳的是,最後煅燒步驟 在金催化成分接觸氧化锆載體材料前發生^或者含金之 氧化锆載體材料之煅燒在溫度為約3〇〇〇c以下時進行。藉防 止在溫度為約300t以上煅燒含金之氧化锆載體材料,可降 低不利地影響所得觸媒之C〇2選擇率之危險。 典型包括煅燒步驟之方式包括:句用鈀浸潰、接著煅燒、 接著用金浸潰;或b)共浸潰鈀及铑、接著煅燒、接著用Au 浸潰;c)用鈀浸潰、接著煅燒、接著用铑浸潰、接著煅燒、 接著用金浸潰;或d)用鈀及铑浸潰、接著用金浸潰、接著 般燒。 還原步驟 另一步驟本文通常用以至少局部轉換任何殘餘催化成分 自鹽或氧化物形式至催化活性狀態,例如,還原步驟。通常, 此係藉鹽或氧化物之暴露至還原劑完成,還原劑之例包括氧 化胺、一氧化碳、氫、烴類、晞烴類、醛類、醇類、肼、第 —胺、羧酸類、羧酸鹽類、羧酸酯類及其組合。氫、乙烯、 丙烯、鹼性肼與鹼性甲醛及其組合為較佳還原劑,以與惰性 氣體摻合之乙烯及氫特佳。雖然使用氣態環境之還原較佳, 亦可使用負荷液態環境之還原步驟(例如,使用還原溶液)。 選擇供還原之溫度可為周圍溫度至最多約55(rc。還原時間 通常可改變自約丨至約5小時。
25 201236754 因為用以還原催化成分之過程會影響最後觸媒之特徵可 改變用於還原之條件’端視高活性、高選擇率或所欲此等 特性之其餘部分而定。 在一具體例中’鈀接觸載體材料,在接觸與還原金前固定 並還原’如美國專利6,486 G93,6 G15 769號及相關專利 所述,其併入本文供參考。 典型包括還原步驟之方式包括:辑浸潰、接著視需 要,燒、接著用金浸潰、接著還原;b)用滅金共浸潰、 接^炮燒、接著視需要炮燒、接著還原;或e)用把浸潰、 接著視需要緞燒、接著還原、接著用金浸潰。 改良步驟 通吊纟還原步驟後及使用觸媒前,改良步驟適合。雖 然觸媒可使用改良步驟,但步驟具有若干有益結果,包括 長觸媒之操作期限。改良步驟有時稱為活性步驟並可根 傳統實施方式凡成。即,經還原載體材料與改良劑如鹼 屬敌酸瓜及/或驗金屬氫氧化物在使用前接觸。傳統驗金 屬缓酸鹽如C2·4脂肪族緩酸之鈉、卸、裡及飾鹽用於此目 的。製造VA之較佳活性劑為驗性乙酸鹽,以乙酸鉀(KOAc) 最佳。 載體材料可視需要用改良劑之溶液浸潰。在乾燥後,觸 媒可包含,例如,备斗ή 母升觸媒約1 〇至約70,較佳為約20至約 60克改良劑。 製造烯基烷醇酸酯之方法 26 201236754 本發明可在觸媒存在下用以自鏈稀、鍵烧酸及含氧之氣體 產生稀基㈣酸自旨。較佳鏈稀原料包含二至四個碳原子(例 如’乙浠、丙稀及正丁稀)。用於本發明方法供製造稀基院 醇酸醋中之較佳鏈院酸原料包含二至四個碳原子(例如,乙 酸、丙酸及丁酸)。此法之較佳產物為VA、丙酸乙烯醋、丁 酸乙烯醋及乙酸烯丙醋。最佳原料為乙烯及乙酸,二為 最佳產物。因此,本發明可用於在觸媒存在下自烯煙系不飽 和化合物、m酸及氧製造稀烴系、不飽和卜雖然說明書 之其餘部分專門討論VA,但帛知觸媒、製造觸媒之方法及 製造方法同樣可應用於其他烯基烷醇酸酯,不希望說明限制 本發明對VA之應用。 當使用本發明觸媒製造VA時’包含乙浠、氧氣或空氣及 乙酸之氣流通過觸媒。氣流之組合物可在廣泛範圍内改變, 考慮流出物之燃燒區。例如,乙烯對氧氣之莫耳比可為: 20至約98:2,乙酸對乙烯之莫耳比可為1〇〇: t至約ι: 1〇〇, 較佳為約10: 1至1 : 10,最佳為約1 :丨至丨:8。氣流亦可包 含氣態鹼金屬乙酸鹽及/或惰性氣體,如氮氣、二氧化碳及/ 或飽和烴類。可使用之反應溫度為高溫,較佳為約125_220 C。所用之壓力可為多少減壓、正壓或升壓,較佳為壓力為 最多約20氣壓計。 除了固定床反應器以外,製造烯基烷醇酸酯及本發明觸 27 201236754 媒之方法亦可適當用於其他類型反應,例如,流化床反應 器。 【實施方式】 實例 以下實例之提供僅例示性而不希望限制性。溶劑與反應 物之量為大約。Au/Pd原子比可藉以下等式轉化成Au/pd重 量比,反之亦然:Au/Pd原子比=〇.54*(Au/Pd重量比)及Au/pd 重量比=1.85(八11/?0原子比)。還原可為縮寫的,11,,接著溫度 (°c ),在該溫度實施還原。同樣,煅燒可為縮寫的,c,,接 著溫度(°C ),在該溫度實施煅燒’而乾燥步驟可縮寫為,乾 燥,。 實例1-11之觸媒可如實例所述般製備並根據以下程序試 驗,其中自實例1-7之觸媒可互相比較而自實例8·η之觸媒 可互相比較。提供可行結果。 試驗實例之觸媒對乙烯、氧氣及乙酸之反應製造乙酸乙 烯醋時之各種副產物之活性及選擇率。為了完成此,約6〇 毫升如所述製備之觸媒放入不繡鋼藍内,溫度可藉熱電偶 在籃之頂部與底部測量《藍放入再循環型之Berty連續揽拌 槽反應器内並保持在用電熱套提供約45%氧轉化率之溫度 下。約50正升(在N.T.P.下測定)乙烯、約10正升氧氣、約49 正升氮氣、約5〇克乙酸及約4毫克乙酸鉀之氣態混合物造成 在壓力在約12氣壓下移行過藍,觸媒在二小時運行前,在 此等反應條件下老化至少16小時,其後終止反應。產物之 分析係藉線上氣態色層分離分析,與線外液態產物組合, 28 201236754 藉在約10°C下縮合產物流以得端產物二氧化碳(c〇2)、重質 餾份(HE)及乙酸乙酯(Eto Ac)之最佳分析完成,其結果可用 以計算此等材料供各例之%選擇率(C〇2選擇率)。反應之相 對活性’表示為活性因素(活性),可使用一系列相關活性因 素與觸媒溫度(在反應期間)之等式、氧氣轉化率、及一系列 在VA合成期間發生之反應之動態參數予以電腦計算。更通 常的是,活性因素通常與達成恆定氧氣轉化率所需之溫度 有相反關係。 铑觸媒實例 實例1:含有鈀及铑之載體材料製備如下:250毫升載體 材料’由SudChemieKA-160氧化矽球所組成,具有標稱直 徑為7毫米、密度為約0.569克/毫升、吸收度為約0.568克 H2〇/克載體、表面積為約160至175平方米/克及孔體積為約 0,68毫升/克,首先由最初溼度用82.5毫升四氣把(Π)鈉 (NaJdCl4)及氯化三氫化铑(RhCl3 · 3H20)之水溶液浸潰, 足以提供每升觸媒約7克元素鈀及約〇·29克元素铑。載體在 溶液内搖動5分鐘以確保溶液之完全吸收。然後,纪及錢在 約5 rpm下藉旋轉浸潰接觸經處理載體2.5小時,固定至載體 作為氫氧化鈀(II)及铑(III),用283毫升自50% w/w NaOH/HzO之氫氧化鈉水溶液,以120%所需之量轉化鈀及 铑至其氫氧化物。溶液係自經處理載體排出,然後載體用 去離子水清洗並在1 〇〇 °c下於流化床乾燥器内乾燥1.2小 時。然後,含有氫氧化鈀及铑之載體材料使用最初溼度法 用含有1.24克自NaAuCl4之Au之水溶液(81毫升)及2_71克 29 201236754 50〇/〇NaOH水溶液(對Αιαι 8當量)浸潰。讓經Na〇H處理丸 粒靜置隔夜以確保Au鹽對不溶性氫氧化物之沉澱。丸粒係 用去離子水徹底洗滌(〜5小時)以除去氣化物離子,隨後在 looc下於流化床乾燥器内乾燥12小時。然後,含有鈀、 铑及金之載體在40〇°C下在空氣中煅燒2小時,然後使之自 然冷卻至室溫。鈀、鍺及金係由載體與c2h4(1%於氮氣内) 於氣相中在150 C下接觸5小時還原。最後,觸媒係由最初 溼度法用10克乙酸鉀於81毫升^2〇内之水溶液浸潰並在1〇〇 。(:下於流化床乾燥器内乾燥1.2小時。 實例2 :使用氫氧化鈀及铑之載體材料如實例丨所述般製 備。含有鈀及鍺之載體在4〇〇°c下在空氣中般燒2小時,然 後使之自然冷卻至室溫。然後,含有氩氧化把及铑之經锻 燒載體材料使用最初溼度法用含有124克自NaAuCl4之Au 之水溶液(81毫升)及2.71克50% NaOH水溶液(對Au為1.8當 量)浸潰。讓經NaOH處理丸粒靜置隔夜以確保Au鹽對不溶 性氫氧化物之沉澱。丸粒係用去離子水徹底洗滌(〜5小時) 以除去氣化物離子’隨後在100°c下於流化床乾燥器内乾燥 1.2小時。把、鍺及金係由載體與c2h4(i%於氮氣内)於氣相 中在1 5 0 C下接觸5小時還原。最後’觸媒係由最初渔度用 10克乙酸鉀於81毫升Ηβ内之水溶液浸潰並在loot下於流 化床乾燥器内乾燥1.2小時。 實例3 :含有氫氧化鈀及铑之載體材料如實例1所述般製 備。含有鈀及铑之載體在400。(:下在空氣中煅燒2小時,然 後使之自然冷卻至室溫。然後,含有氮氧化把及錯之經般 30 201236754 燒載體材料係由載體與C2H4(1 %於氮氣内)於氣相中在i5〇 C下接觸5小時還原。隨後’含有纪及錢金屬之載體係使用 最初渔度法用含有1.24克自NaAuCU之Au之水溶液(8 1毫 升)及2·71克50% NaOH水溶液(對Au為1.8當量)浸潰。讓經 NaOH處理丸粒靜置隔夜以確保Au鹽對不溶性氫氧化物之 沉澱。丸粒係用去離子水徹底洗滌(〜5小時)以除去氣化物 離子’隨後在100°C下於流化床乾燥器内乾燥1.2小時。鈀、 铑及金係由載體與(:2只4(1%於氮氣内)於氣相中在i50°c下 接觸5小時還原。最後,觸媒係由最初溼度法用丨〇克乙酸鉀 於81毫升ΗζΟ内之水溶液浸潰並在1 〇〇°c下於流化床乾燥器 内乾燥1.2小時。 實例4 :含有氫氧化鈀及铑之載體材料如實例丨所述般製 備。含有鈀及铑之載體在400°C下在空氣中煅燒2小時,然 後使之自然冷卻至室溫。然後,含有氫氧化把及錄之經锻 燒載體材料係由載體與C2H4(1%於氮氣内)於氣相中在150 °C下接觸5小時還原。隨後,含有鈀及铑金屬之載體係使用 最初溼度法用含有1.1克自KAu02之Au之水溶液(81毫升)浸 潰。隨後丸粒在100°C下於流化床乾燥器内乾燥1.2小時。 鈀、铑及金係由載體與C2H4(1%於氮氣内)於氣相中在150 °C下接觸5小時還原。最後,觸媒係由最初渔度法用1 〇克乙 酸鉀於81毫升H20内之水溶液浸潰並在l〇〇°c下於流化床乾 燥器内乾燥1.2小時。 實例5 :含有氫氧化鈀及铑之載體材料如實例1所述般製 備。含有鈀及铑之載體在400°C下在空氣中煅燒2小時,然 201236754 後使之自然冷卻至室溫。隨後,含有鈀及铑金屬之載體係 使用最初渔度法用含有1.1克自KAu〇2之Au之水溶液(81毫 升)浸潰。隨後丸粒在1 〇〇。(:下於流化床乾燥器内乾燥1.2小 時。鈀、鍺及金係由載體與C2H4(1 %於氮氣内)於氣相中在 150°C下接觸5小時還原。最後,觸媒係由最初溼度法用J〇 克乙酸鉀於81毫升H20内之水溶液浸潰並在l〇〇°C下於流化 床乾燥器内乾燥1.2小時。 實例ό :含有氫氧化鈀及铑之載體材料如實例1所述般製 備。含有鈀及铑之載體在4001下在空氣中烺燒2小時,然 後使之自然冷卻至室溫。然後,含有氫氧化鈀及铑之經炮 燒載體材料係由載體與C2H4(1%於氮氣内)於氣相中在15〇 C下接觸5小時還原。隨後’含有鈀及铑金屬之載體係使用 最初座度法用含有1.1克自KAu02之Au及10克乙酸鉀之水 溶液(81毫升)浸潰。隨後,丸粒在1〇〇〇c下於流化床乾燥器 内乾燥1.2小時。 實例7(參考觸媒):含有鈀金屬之載體材料製備如下:25〇 毫升載體材料,由811(1〇16111丨6〖八-160氧化矽球所組成,具 有標稱直徑為7毫米、密度為約〇 569克/毫升、吸收度為約 0.568克H2〇/克載體、表面積為約16〇至175平方米/克及孔體 積為約0.68毫升/克’首先由最初溼度法用82」毫升四氣鈀 (Π)鈉(NaedCU)之水溶液浸潰,足以提供每升觸媒約7克元 素鈀。載體在錢内搖動5分鐘以確保溶液之完全吸收。然 後把在約5 rpm下藉旋轉浸潰接觸經處理載體2·5小時,固 定至載體作為氫氧化鈀(„),用283毫升自5〇% w/w 32 201236754
NaOH/H2〇之氫氧化鈉水溶液,以11〇%所需之量轉化鈀至 其氫氧化物。溶液係自經處理載體排出,然後載體用去離 子水β洗並在100 C下於流化床乾燥器内乾燥丄2小時。然 後,含有氫氧化鈀之載體材料使用最初溼度法用含有124 克自NaAiiCU之Au之水溶液(81毫升)及2 71克5〇% Na〇H水 溶液(對Au為1.8當量)浸潰。讓經Na〇H處理丸粒靜置隔夜以 確保Au鹽對不溶性氫氧化物之沉澱。丸粒係用去離子水徹 底洗滌(〜5小時)以除去氣化物離子,隨後在i 〇 〇 i下於流化 床乾燥器内乾燥1.2小時。然後’含有鈀及金之載體係由載 體與(:2札(1%於氮氣内)於氣相中在15〇<t下接觸5小時還 原。最後,觸媒係由最初溼度法用1〇克乙酸鉀於8〗毫升Η" 内之水溶液浸潰並在100。〇下於流化床乾燥器内乾燥i2小 時。表2顯示實例1與7之觸媒之比較性(:〇2選擇率及活性。 表1 co2選擇率 活性 實例1 9.89 2.32 實例7(參考觸媒) 11.13 2.36 層合載體實例 實例8 : 40克Zr〇2(RC_100, DKK公司供應)在65(rc下煅燒 3小時。所得材料具有BET表面積38平方米/克。此材料用12〇 毫升DI水球磨6小時。溶膠與22.5克由Dkk(za_2〇)供應之黏 合劑乙酸錯混合並噴在5 5克*有〇 D〜7.5毫来之硼潤土 KA-160之球體上。經塗佈珠體在6〇(^下煅燒3小時。在顯 微鏡下之檢驗顯示具有厚度為250微米之均勻外殼形成。 33 201236754 實例9: 20克ZrO2(XZ16075, BET表面積55平方米/克)係用 Pd(N03)2溶液(Aldrich公司)浸潰以得Pd負載量為39毫克/克 Zr02。將經浸潰材料乾燥並在450°C下煅燒4小時。此材料 用60毫升DI水球磨4小時、與11克黏合劑(ZA-20)混合並喷 在30克硼潤土 KA-160之球體上。此等珠體在450°C下煅燒3 小時。此程序導致具有厚度為160微米之強固均勻外殼形 成。 實例10 :自實例8之珠體係與乙酸鉀之溶液浸潰以得負載 量為40毫克KOAc/毫升KA-160、乾燥並在300°C下煅燒4小 時。其後,含有 9.4 mM Pd(自 Pd(NH3)4(〇H)2,由 Heraeus 公司供應)及4.7 mM Au(自1M溶液,Au(〇H)3"Alfa"溶解於 1.6 Μ KOH)之溶液喷在此等珠體上。材料係用混合物還 原:5°/。Hz、95% A在200°C下歷4小時。將珠體壓碎並在實 驗部門所述之條件下於固定床微型反應器内試驗。達成在 45%氧氣轉化率下〜6°/。之C02選擇率。 實例11(參考觸媒):實例7製備之相同觸媒用作此處參考 觸媒。表2顯示實例9-11之觸媒之比較性c〇2選擇率及活性。 表2 co2選擇率 活性 實例9 9.33 2.08 實例10 9.03 1.69 實例11(參考例) 11.13 2.36 氧化錯載體材料與無氯化物先質實例 以下一般程序用 於此組實例。氧化錯載體 材料觸媒製 34 201236754 如下:壓碎並篩選各種成形觸媒載體。氧化鍅載體材料係 由 NorPro(XZ16052及 XZ16075)、DKK及 MEI 公司供應。氧 化石夕載體材料則由Degussa及Sud Chemie公司供應。1 80-425 微米之篩選部分係用Pd及Au先質溶液浸潰(在ii〇°c下同時 或按序用中間乾燥步驟及視需要用中間煅燒步驟)至最初 溼度,視需要在空氣中煅燒、用5%仏/沁形成氣體還原、 用KOAc溶液後浸潰、在1〇〇。(:在N2下乾燥及於8x6多通道固 定床反應器内篩選。Au(OH)3於KOH内之溶液用作Au先 質。Pd(NH3)4(0H)2、Pd(NH3)2(N02)2'Pd(NH3)4(N03)2及Pd(N03)2 用作Pd先質。 氧化矽載體材料觸媒參考物製造如下:含有鈀及铑之載 體材料製備如下:250毫升載體材料,由Sud Chemie KA-1 60氧化石夕球所組成,具有標稱直徑為7毫米、密度為約 0.569克/毫升、吸收度為約0.568克Ηβ/克栽體、表面積為 約160至175平方米/克及孔體積為約〇·68毫升/克,首先由最 初溼度法用82.5毫升四氣鈀(II)鈉(NaddCU)之水溶液浸 潰,足以提供每升觸媒約7克元素飽。載體在溶液内搖動5 分鐘以確保溶液之完全吸收。然後,把在約5 rpm下藉旋轉 浸潰接觸經處理載體2.5小時’固定至載體作為氫氧化鈀 (II) ’用283毫升自50% w/w NaOH/H20之氳氧化納水溶液, 以110°/❶所需之量轉化把至其氫氧化物。溶液係自經處理載 體排出’然後載體用去離子水清洗並在1 〇〇t下於流化床乾 燥器内乾燥1,2小時。然後,含有氫氧化鈀之載體材料使用 最初溼度法用含有1.24克自NaAuCU之Au之水溶液(81毫 35 201236754 升)及2.71克50% NaOH水溶液(對Au為1.8當量)浸潰。讓經 NaOH處理丸粒靜置隔夜以確保Au鹽對不溶性氫氧化物之 沉澱。丸粒係用去離子水徹底洗滌(〜5小時)以除去氣化物 離子,隨後在100。(:下於流化床乾燥器内乾燥1.2小時。然 後’含有鈀及金之載體係由載體與C2H4(1%於氮氣内)於氣 相中在150°C下接觸5小時還原。最後,觸媒係由最初溼度 法用10克乙酸鉀於81毫升H2〇内之水溶液浸潰並在1〇〇。〇下 於流化床乾燥器内乾燥丨.2小時。在試驗前,將觸媒壓碎並 篩選。使用尺寸範圍為180-425微米之經篩選部分。 設計玻璃瓶内列陣為8列x6行之觸媒庫而一排36個玻璃 瓶安裝在旋渦器上及使用CavroTM液體分配自動器攪拌並 为配金屬先質溶液。〇4毫升載體用於各庫元件、用於玻璃 瓶合成以及裝載至各反應器容器。 KOAc負載量以每升觸媒KOAc克或以KOAc微莫耳在。 〇·4毫升載體上紀錄。關於Au負載量之規格,Au對pd之相對 原子比紀錄為Au/Pd。Pd負載量紀錄為每〇.4毫升載體體積 Pd克(即’ Pd於反應器容器内之絕對量)。 篩選方式使用溫度爬升以增量自145。(:至165。(:,在固 定空間速度為175%(1.5毫克Pd在0.4毫升載體上)。1〇〇%空 間速度界定為以下流動:5 75 sccm氮氣、〇 94 sccm氧氣、 5.94 seem乙稀及母分鐘5.38微升乙酸通過各48個觸媒容器 (其皆具有内徑為約4毫米)。繪製c〇2選擇率對氧氣轉化 率、進仃直線裝配及在45%氧氣轉化率下經計算(大部分情 況下内插)co2選擇率紀錄於以下性能概略表。在桃氧氣 36 201236754 轉化率之溫度係自T坡度計算(亦紀錄匚〇2選擇率與氧氣轉 化率對反應溫度之直線裝配)。此經計算溫度愈低,觸媒之 活性則愈高。在45°/。氧氣轉化率之空間時間產率(STY ;每小 時每毫升觸媒體積產生之VA克)為觸媒生產力之測定。 貫例12. 400微升Zr〇2載體XZ16075(如供應之55平方米/ 克)及XZ 16052(在650 C /2小時下般燒以降低表面積至42平 方米/克)係用二種不同P d溶液浸潰至最初渥度、在11 〇。〇下 乾燥5小時、用KAu〇2(0.97M Au備用溶液)浸潰至最初溼 度、在110°C下乾燥5小時、在350。(:下於5% H2/N2形成氣體 内還原4小時、用KOAc後浸潰並在11 〇。〇下乾燥5小時。然 後,Pd/Au/Zr02樣品(外殼)用KA160稀釋劑(用40克/升KOAc 預負載)稀釋1/9.3,即’ 43微升Pd/Au/Zr〇2外殼及357微升稀 釋劑(400微升全部固定床體積)裝入反應器容器内。pd負載量 於400微升Zr〇2外殼内為14毫克(或在反應器容器内對所有 庫元件14*43/400=14/9.3 = 1.5毫克Pd)。Pd先質在行1與4中為 Pd(NH3)2(N02)2、在行2與5 中為Pd(NH3)4(OH)2、在行3與 6 中 為 Pd(NH3)4(N〇3)2。在列 2 與列 5 中 Au/Pd=0.3、在列 3 中 Au/Pd=0.6、在列4、列6與列7中Au/Pd=0.9。KOAc負載量在 列2, 3, 5中為114微莫耳而在列4, 6, 7中為147微莫耳。氧化石夕 參考觸媒裝入列1中。皋係使用T坡度篩選方式在固定SV下篩 選。篩選結果概述於表3。 表3 C〇2選擇率 溫度 STY C1先質在Si〇2上 7.37 156.6 729 37 201236754 5.79 152.4 787 Pd(NH3)4(N〇3)2在 Zr〇2 上 5.90 152.3 783 Pd(NH3)2(N〇2)i^ Zr〇2 上 5.57 150.7 795 所示*數據係取自二個Au/Pd原子比(即,0.3與0.6)與二個 不同Zr〇2載體之平均值。 貫例13 : 400微升Zr〇2載體XZ 16075(如供應之55平方米/ 克)及XZ16052(在650°C /2小時下煅燒以降低表面積至42平 方米/克)係用Pd(NH3)4(OH)2(l.ll7M Pd備用溶液)浸潰至最 初溼度、在350°C下於空氣中煅燒4小時、用KAuO2(0.97M Au備用溶液)浸潰至最初溼度、在11〇它下乾燥5小時、在35〇 °C下於5% Hz/N2形成氣體内還原4小時、用KOAc後浸潰並 在11 〇 °C下乾燥5小時》然後,Pd/Au/Zr02樣品(外殼)用 KA160稀釋劑(用40克/升KOAc預負載)稀釋1/12,即,33.3 微升Pd/Au/Zr〇2外殼及366.7微升稀釋劑(400微升全部固定 床體積)裝入反應器容器内。庫設計及庫元件組合物如下:
Zr02 XZ16075於行 1-3(庫之左半)及 Zr02 XZ16052(65(TC) 於行4-6(庫之右半)。Pd負載量於400微升Zr02外殼内為18 毫克(或在反應器容器内18*33/400=18/12毫克Pd)於單元 G2,行3(單元B3-G3),單元G5,行6(單元B6-G6);於400 微升Zr〇2外殼内為1〇毫克Pd(或在反應器容器内 10*33/400= 10/12毫克Pd)於行1(單元A1-G1)及行4(單元 A4-G4);於400微升Zr02外殼内為14毫克Pd(或在反應器容 器内14*33/4〇0=14/12毫克Pd)於行2(單元B2-F2)及行5(單元 B5-F5)。在列2與列5中Au/Pd=0.3、在列3與列6中 38 201236754
Au/Pd=0.5、在列 4與列 7 中 Au/pd=〇 7(除 了單元 ai,A4, G2 G5,其中Au/Pd*〇 3)。K〇Ac負載量為ιΐ4微莫耳(除了單 元D3, G3,D6, G6’其中KOAc負載量為^7微莫耳)。氧化 矽參考觸媒裝入列丨中。庫係使用τ坡度篩選方式在固定sv 下篩選。篩選結果概述於表4。 表4
實例14 . Zr02載體(由NorPr〇公司供應,χζΐ6〇75,篩選 部分180-425微米、密度M5克/毫升、孔體積475微升/克、 BET表面積55平方米/克)係用Pd(N〇3)2先質溶液浸潰至最 初溼度、在1 UTC下乾燥、在25(rc (行丨_2)、在35〇t (行3_句、 在450°C (行5-6)下於空氣中煅燒、用KAu〇2溶液(藉Au(〇h)3 於KOH内之溶解製備)浸潰、在丨丨〇t:下乾燥、在35(Γ(:下用 5% HVN2形成氣體還原4小時以及用尺〇八(:溶液後浸潰。庫 具有KOAc梯次於列2至列7中自25至5〇克/升。pd負載量共 達1.5毫克Pd在0.4毫升載體上。選擇二種不同八11負載量(於 行 1,3,5 中 Au/Pd=0.5 而於行2,4,6 中 Au/Pd= 0.7)。氧化矽 參考觸媒負載於列2中。庫係使用τ坡度篩選方式在固定sv 下於MCFB48 VA反應器内篩選。篩選結果概述於表5。 39 201236754 表5 C〇2選擇率 在45%轉化率 下之溫度 STY C1先質在3丨〇2上 7.21 154.7 734 Pd(N〇3)2在 Zr〇2 上 6.10 145.3 775 所示*數據係取自二個Au/Pd原子比(即,〇·5與0.7)在40克/ 升KOAc、在450°C下之煅燒及在350。(:下之還原之平均值。 實例15 : Zr02載體(由NorPro公司供應,XZ16075,篩選 部分180-425微米、密度1_15克/毫升、孔體積575微升/克、 BET表面積55平方米/克)係用Pd(N03)2先質溶液浸潰至最 初溼度、在110 °C下乾燥、在450 °C下於空氣中煅燒、用 KAu02溶液(藉Au(OH)3於KOH内之溶解製備)浸潰、在uo °C下乾燥、在200°C (行1-2)、在30(TC (行3-4)或在400。〇 (行 5-6)下用5% Hz/N2形成氣體還原以及用KOAc溶液後浸潰。 庫具有KOAc梯次於列2至列7中自15至40克/升。Pd負載量 共達1.5毫克Pd在0.4毫升載體上。選擇二種不同Au負載量 (於行 1,3,5 中 Au/Pd=0.5 而於行 2, 4, 6 中 Au/Pd=0.7)。氧化 矽參考觸媒負載於列1中。庫係使用T坡度篩選方式在固定 SV下於MCFB48 VA反應器内篩選。篩選結果概述於表6。 表6 C〇2選擇率 在45%轉化率 下之溫度 STY Cl先質在Si〇2上 7.11 154.2 738 Pd(N〇3)2 在 Zr04 5.11 145.4 Γ 797 所示*數據係取自二個Au/Pd原子比(即,〇. 5與〇. 7)在40克/ 升KOAc、在450°C下之煅燒及在400°C下之還原之平均值。 201236754 另可知複數個成份或步驟之功能或結構可組合成單一成 分或步驟,或一個步驟或成分之功能或結構可在複數個步 驟或成分中分開。本發明涵蓋所有此等組合。除非另予指 明,本文所述之各種結構之尺寸及幾何形狀不希望限制本 發明,而其他尺寸及幾何形狀可能。複數個結構成分或步 驟可由單一整合結構或步驟提供。或者,單一整合社 步驟可分成分離複數個成分或㈣。此外,雖然本^明之 部件可以僅一個例示具體例之上下文說明,但該部件可組 合成-個以上其他具體例之其他部件供任何規定應用。自 上述亦可知獨特結構之製造及其操作亦構成根據本發明之 本文呈現之解釋及例示希望告知熟悉此技藝者本發明之 原理及其實際應用。熟悉此技藝者可m種形式採用本發 明,如可最適合特定用途之需求。因此,上述本發明; 定具體例不希望消耗或限制本發明。因此,本發明之範圍 返說明決定而參照所附申請專利範圍連同該申 '專利範圍稱呼之相等物之全部範圍決定。所有文件及參 考物’包括專利巾請案及公告案,為所有目的 並入本文。 7丨用万式
Claims (1)
- 201236754 七、申請專利範圍: 1. 一種適用於幫助烯基烷醇酸酯生產的觸媒或預觸媒的生 產方法,包括: 使把及金先質與含有氧化錯的載體材料相接觸,其中 該含有氧化鍅的載體材料所具有的BET表面積在㈣平 方米/克和約135平方米/克之間;以及 藉由使還原環境與該含有氧化錯的載體材料相接觸, 以還原至少該把先質。 2.如請求们之方法,其中該含有氧化錯的載體材料所具有 的耐表面積在約10平方米/克和約60平方米/克之間。 3·如明求項1或2之方法’其中該含有氧化鍅的載體材料所 具有的BET表面積在約37平方米/克和約6〇平方米/克之 4. 如請求項1至3中任一項之古、土 〒任項之方法,其中該含有氧化錯的載 體材料所具有的BET表面積為約42平方米/克。 5. 如請求項1至3中任一項 万法其中該含有氧化锆的載 體材料所具有的BET表面積為約55平方米/克。 6. 如請求項1至5中任一項之方法, 忐其中該含有氧化錯的載 體材料所具有的孔隙體積在 貝牡、习1毫升/克至約0.6毫升/克 之間。 7. 如請求項1至6中任一項之方、、土 4 ,其中該接觸步驟包括用 和金先質浸潰該含有氧化錯的載體材料。 8. 如請求項1至7中任一項之 其中該改潰步驟包括使 纪和金先質相繼浸潰在該含有氧化錯的載體材料上。 42 201236754 9. 如請求項1至8中任一項之方法,還包括至少一個採用固 定劑的固定步驟。 10. 如請求項1至9中任一項之方法,其中該還原步驟發生在 金先質浸潰之前。 11·如請求項1至1〇中任-項之方法,其中該浸潰步驟包括共 浸潰鈀和金先質。 12. 如請求項丨至丨丨中任一項之方法,其中該浸潰步驟包括用 水溶性的實質不含氣化物的先質溶液來浸潰該含有氧化 鍅的載體材料。 13. 如請求項1至12中任一項之方法,其中該實質不含氣化物 的鈀先質包括 Pd(NH3)2(N〇2)2、Pd(NH3)4(〇H)2、 Pd(NH3)4(N03)2、Pd(N〇3)2 ' pd(NH3)4(〇Ac)2、 Pd(NH3)2(〇Ac)2、在 KOH 或 NMe4OH 或NaOH中的 Pd(OAc)2、Pd(NH3)4(HC〇3)2、草酸鈀或其組合。 14. 如請求項n3中任一項之方法,其中該實質不含氣化物 的金先質包括 KAu02、NaAu〇2、NMe4Au〇2、在 K〇H 或 NMe4〇H中的Au(0Ac)3、在硝酸令的HAu(N〇3)4或其組合。 15. 如凊求項1至14中任一項之方法,其中該接觸步驟還包括 接觸含铑的第三組份先質。 16. 如請求項1至15中任-項之方法還包括使醋酸斜與該含 有氧化錯的載體材料相接觸。 17. 如請求項1至16中任—項之方法其中該醋酸鉀的量為每 升觸媒約10與70克之間。 18. 如明求項1至17中任-項之方法,其中該接觸步驟包括接 43 201236754 觸每升觸媒為約1至約1 〇克之間的鈀與每升觸媒為約〇 5 至約ίο克的金,而金量基於鈀的重量為約1〇至約ΐ25重量 %。 19.如請求項丨至18中任一項之方法,其中金相對於鈀的原子 比在約0.50至約1.00之間。 20· —種用於催化烯基烷醇酸酯生產的組成物,包括: 具有BET表面積在約1〇平方米/克和約ι35平方米/克之 間的含有氧化鍅的載體材料,其上至少接觸有把和金, 以形成觸媒或預觸媒。 21.如請求項20之組成物,其中該含有氧化錘的載體材料所 具有的BET表面積在約1〇平方米/克和約6〇平方米/克之 間。 22·如請求項20或21之組成物,其中該含有氧化锆的載體材 料所具有的BET表面積在約37平方米/克和約6〇平方米/ 克之間。 23. 如請求項20至22中任一項之組成物,其中該含有氧化錯 的載體材料所具有的BET表面積為約42平方米/克。 24. 如請求項20至22中任一項之組成物,其中該含有氧化錯 的載體材料所具有的BET表面積為約55平方米/克。 25. 如請求項20至24中任一項之組成物,其中該含有氧化結 的載體材料所具有的孔隙體積在約0.1毫升/克至約〇.6毫 升/克之間。 26. 如請求項20至25中任一項之組成物,其中該鈀和金已被 還原。 201236754 27. 如請求項20至26中任—項之組成物,其中該觸媒或預觸 媒包含含铑的第三組份。 28. 如請求項20至27中任一項之組成物,其中該觸媒或預觸 媒包含在每升觸媒為約丨至約1〇克之間的鈀與每升觸媒 為約0.5至約10克的金,而金量基於鈀的重量為約ι〇至約 125重量%。 29. 如請求項20至28中任一項之組成物,其中該觸媒或預觸 媒包含醋酸钟。 30. 如請求項20至29中任一項之組成物,其中該醋酸鉀的存 在量在每升觸媒為約1 〇與70克之間。 31·如請求項20至30中任一項之組成物,其中該含有氧化锆 的載體材料包括粒狀載體材料或粉狀載體材料。 32. —種製造稀基燒醇酸醋之方法,包括: 使包含鏈烯、鏈烷酸及氧化劑的進料與觸媒或預觸媒 相接觸,該觸媒或預觸媒包含位在含有氧化錯的載體材 料上的鈀和金,該含有氧化鍅的載體材料所具有的bet 表面積在約10平方米/克和約135平方米/克之間。 33. 如請求項32之方法,其中該含有氧化錯的載體材料所具 有的BET表面積在約1〇平方米/克和約6〇平方米/克之間。 34. 如請求項32或33之方法,其中該含有氧化錯的載體:料 所具有的BET表面積在約37平方米/克和約6〇平方米/克 之間。 35. 如請求項32至34中任-項之方法,其中該含有氧化錐的 載體材料所具有的BET表面積為約42平方米/克。 45 201236754 36. 37. 38. 39. 40. 如請求項32至34中任—項之方法,其中該含有氧化錯的 載體材料所具有的BET表面積為約55平方米/克。 如請求項32至36中任1之方法,其中該含有氧化錯的 載體材料所具有的孔隙體積在約0.1毫升/克i約〇.6毫升/ 克之間。 如請求項32至37中任-項之方法,其中該鍵稀為乙烯, 該鏈烷酸為醋酸,且該氧化劑為含氧氣體。 如請求項32至38中任-項之方法,其中該觸媒或預 包含含铑的第三組份。 、 如請求項32至39中住一 ji夕古、、土 - . ^ Λ y" 壬項之方法,其中該觸媒或預觸媒 l含在每升觸媒為約U約⑽之間的㈣每升觸 約0.5至約10克的金,而金量基於纪的重量為約至約⑵ 46
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