TWI438033B - 用於順丁烯二酸酐之生產的改良氧化觸媒 - Google Patents

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Description

用於順丁烯二酸酐之生產的改良氧化觸媒
本發明係關於製備含有釩磷及氧之觸媒之方法，係關於可藉由本發明方法獲得之含釩磷氧之觸媒且係關於藉由在該觸媒存在下氧化於直鏈或環狀環中具有至少四個碳之烴而製備順丁烯二酸酐之方法。
本申請案主張2007年10月22日申請之美國專利申請案第60/981,598號之優先權，其係以引用的方式併入本文中。
可將順丁烯二酸酐用作生產諸如合成樹脂之許多產物之原料，且其一般可藉由催化氧化正丁烷而製備。為此氧化所選擇之觸媒通常為含有釩、磷、氧(VPO)及視情況促進劑組份之觸媒。
此等觸媒一般係藉由在適於將五價釩還原為四價態之條件下使含釩化合物與含磷化合物及視情況含促進劑組份之化合物接觸，藉此形成含有釩醯基磷酸氫鹽及視情況促進劑組份之觸媒前驅物而製備。接著可回收觸媒前驅物且通常藉由於模中壓縮而使其形成成形體(諸如錠或顆粒)。通常亦併入潤滑劑來幫助壓錠或造粒法。接著可使顆粒或錠經受煅燒來將觸媒前驅物轉化為活性觸媒。
製備活性觸媒之變型及不同實施例係進一步描述於(例如)：美國專利第4,567,158號，其揭示在醇改質劑存在下製備觸媒前驅物以形成高孔隙度觸媒前驅物，接著將該觸媒前驅物轉化為活性觸媒；美國專利第4,996,179號，其揭示使觸媒前驅物形成幾何形狀且將成形觸媒於惰性氣氛中在約343℃至704℃範圍內之溫度下煅燒且在含氧氣氛中在增加之溫度下進一步煅燒以產生活性觸媒；美國專利第5,137,860號，其揭示使用三個加熱階段將觸媒前驅物轉化為活性觸媒；美國專利第5,506,187號，其揭示在二醇醚溶劑存在下製備觸媒前驅物；美國專利第5,530,144號，其揭示正磷酸用作用於產生觸媒前驅物之含磷化合物之用途；及美國專利第5,773,382號，其揭示可移除孔改質劑在觸媒前驅物製備中用以產生展現高比例大孔之觸媒前驅物的用途。
因此，存在許多生產且活化此等觸媒之不同方法，然而，咸信所有該等觸媒中之主要活性物質為釩醯基焦磷酸鹽(VO)2 P2 O7 。咸信此活性物質就催化效能而言對製備條件極為敏感。過去，催化效能之改良來自包括以下之加工技術：(1)(例如)如美國專利第5,158,923號中所述，摻雜物添加，諸如Fe、Mo、Nb、Zr作為促進劑；及(2)(例如)如美國專利第5,168,090號所述，觸媒結構改進，包括觸媒形狀及觸媒顆粒內部多孔結構之改進。儘管此等及其他已知技術在順丁烯二酸酐之製備中提供具有明顯活性及選擇性之觸媒，但需要進一步改良。
本發明提供一種製備展現改良之觸媒效能之VPO觸媒的方法，該方法包含下列步驟：選擇活性VPO觸媒及使該活性VPO觸媒與一或多種含有有機溶劑或有機溶劑混合物之流體接觸。
在另一實施例中，製備VPO觸媒之方法包含下列步驟：選擇活性VPO觸媒及使該活性VPO觸媒與一或多種含有有機溶劑或有機溶劑混合物之流體接觸，當在20℃至25℃之溫度下量測時，各溶劑具有至少約5至約55之介電常數。
本發明亦提供一種可藉由根據本發明製備VPO觸媒之方法獲得之VPO觸媒。
本發明另外提供一種製備順丁烯二酸酐之方法，其包含使在直鏈或環狀環中具有至少四個碳之烴與含分子氧之氣體在本發明VPO觸媒存在下反應。
現已令人驚訝地發現若在藉由煅燒活化VPO觸媒前驅物後使活性VPO觸媒與流體接觸，則製備在順丁烯二酸酐製備中具有改良之觸媒效能的包含釩、磷及氧之觸媒(本文中稱為"VPO觸媒")。鑒於關於VPO觸媒之先前教示，此結果為出乎意料的。亦即，熟習此項技術者預期接觸活性VPO觸媒將導致化合物在固體表面被吸收，其不利地影響該觸媒之效能。
本文中所使用之"煅燒"一般涵蓋一或多個VPO觸媒前驅物之氣體及/或熱處理步驟。因此，術語"活性"VPO觸媒係指已藉由以一或多個氣體及/或熱處理步驟處理由VPO觸媒前驅物轉化的觸媒。
術語"改良之觸媒效能"意謂VPO觸媒特性中之至少一者存在改良，該等特性包括產率、選擇性、轉化率；隨時間變化之產率、選擇性或轉化率效能；及可操作性。出於本發明之目的，術語"產率"意謂所獲得之順丁烯二酸酐莫耳數與引入反應器中之烴原料莫耳數的比率乘以100，該術語表述為mol%。術語"選擇性"意謂所獲得之順丁烯二酸酐莫耳數與反應或轉化之烴原料莫耳數的比率乘以100，該術語表述為mol%。術語"轉化率"意謂反應之烴原料莫耳數與引入反應器中之烴莫耳數的比率乘以100，該術語表述為mol%。
因此，本發明提供一種製備展現改良之觸媒效能之VPO觸媒的方法，該方法包含下列步驟：選擇活性VPO觸媒及使該活性VPO觸媒與一或多種含有有機溶劑之流體接觸。該流體亦可包含有機溶劑混合物。
經選擇用於本發明之活性VPO觸媒可為用於有機選擇性氧化(尤其為順丁烯二酸酐生產)之任何類型的已知活性VPO觸媒。廣義上來說，活性VPO觸媒係藉由使含釩化合物與含磷化合物在醇介質中反應以產生VPO觸媒前驅物且藉由煅燒將前驅物組合物之實質部分轉化為釩醯基焦磷酸鹽(VO)2 P2 O7 而使VPO觸媒前驅物活化來製備。因此，在一實施例中，活性VPO觸媒可為具有以觸媒重量計至少70重量%(VO)2 P2 O7 之材料。在另一實施例中，活性VPO觸媒可為具有以觸媒重量計至少90重量%(VO)2 P2 O7 之材料。適用於本發明之活性VPO觸媒之商業實例係以商標MARS V由Huntsman Corporation(The Woodlands,Texas)出售。
含釩化合物一般為彼等含有五價釩之化合物且包括五氧化二釩或釩鹽，諸如偏釩酸銨、氧基三鹵化釩及烷基羧酸釩。在此等化合物中，五氧化二釩較佳。
含磷化合物較佳為彼等含有五價磷之化合物。合適含磷化合物包括磷酸、五氧化二磷或諸如五氯化磷之全鹵化磷。在此等含磷化合物中，磷酸及五氧化二磷較佳。
可在含釩化合物與含磷化合物之反應進行之前或之後視情況向觸媒前驅物漿料中添加固體、固體懸浮液或溶液形式之促進劑元素。可用作促進劑元素來源之促進劑化合物包括金屬鹵化物、金屬醇鹽及金屬羧酸鹽。在此等化合物中，金屬羧酸鹽較佳。合適金屬羧酸鹽包括甲酸鹽、乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽、異丁酸鹽、戊酸鹽、己酸鹽、庚酸鹽、辛酸鹽、壬酸鹽、癸酸鹽及2-乙基己酸鹽。在此等羧酸鹽中，2-乙基己酸鹽較佳。在一實施例中，促進劑元素包括Zr、Zn、Ti、Mn、Bi、Sn、Co、Ni、Mo、Nb、Cr、Fe或其組合。
含釩化合物與含磷化合物之間之反應可在任何合適溫度下進行。在一實施例中，該反應可在約90℃至約120℃範圍內之溫度下及在1.05至1.15之P/V比率下進行。
在進行反應之過程期間，VPO觸媒前驅物形成且以亦可含有可選促進劑元素之細粉狀沈澱物形式自前驅物漿料沈澱。可藉由熟習此項技術者所熟知之習知技術(包括過濾、離心及傾析)，在冷卻至低於約50℃後回收VPO觸媒前驅物。
接著可使VPO觸媒前驅物在(例如)約110℃至約150℃之相對適度溫度下乾燥且接著在約200℃至約275℃範圍內之溫度下經受"乾燥後"處理(烘烤)。
接著可藉由一或多次氣體及熱處理將VPO觸媒前驅物直接轉化為活性VPO觸媒，或可將其首先於壓機或模中壓縮產生塊體且接著使其經受氣體及熱處理。可將塊體壓縮成任何所需形狀或形式，諸如圓柱體、錐體、立方體或球形，壓縮至約1.20g/cm3 至約1.70g/cm3 之間，較佳約1.40g/cm3 至約1.60g/cm3 之間之所量測密度。若需要，則可添加以塊體總重量計約2重量%至約6重量%之量之結合劑及/或潤滑劑，且該等結合劑及/或潤滑劑可包括澱粉、硬脂酸鈣、硬脂酸及石墨。
將VPO觸媒前驅物轉化為活性VPO觸媒可以三個受控階段進行：(1)初始加熱階段；(2)快速加熱階段；及(3)維持/完成階段。
在初始加熱階段中，將VPO觸媒前驅物於選自空氣、蒸汽、惰性氣體及其混合物之氣氛中以任何適宜加熱速率加熱。一般而言，初始加熱階段之合適溫度在約200℃至約300℃，或者約250℃至約275℃之溫度之範圍內。
在於初始加熱階段中達成所需溫度後，初始選擇之氣氛(如果其不含分子氧及蒸汽及/或具有與快速加熱階段所需之組成不同之組成)可經含分子氧/蒸汽之氣氛替換，同時將VPO觸媒前驅物維持在初始加熱階段中所達成的溫度下。該氣氛視情況可含有惰性氣體且因此可便利地由下式表示：
(O2 )x (H2 O)y (IG)z
其中IG為惰性氣體且x、y及z分別表示O2 、H2 O及IG組份在含分子氧/蒸汽之氣氛中的莫耳%(或體積%)；其中x具有大於零(0)mol%，但小於100mol%之值；y具有大於零(0)mol%，但小於100mol%之值；且z具有表示含分子氧/蒸汽之氣氛平衡之值。在一實施例中，氣氛可含有至少一部分分子氧及水(蒸汽形式)。如該式所表示，在該氣氛中惰性氣體之存在為可選的。適用於含分子氧/蒸汽之氣氛中之惰性氣體的非限制性實例包括(分子)氮、氦、氬及其類似物，其中氮一般較佳。
一旦提供含分子氧/蒸汽之氣氛，則使VPO觸媒前驅物經受快速加熱階段。在快速加熱階段中，可使初始加熱階段溫度以約2℃/分鐘(℃/min)至約12℃/min，較佳約4℃/min至約8℃/min之漸進速率增加至有效消除或移除水合水之值。一般而言，約340℃至約450℃、或者至少約350℃、或者約375℃至約425℃之溫度為合適的。
快速加熱階段後，使VPO觸媒前驅物經受維持/完成階段。在維持/完成階段中，可將溫度調整至大於350℃但小於550℃、較佳約375℃至約450℃、最佳約400℃至約425℃之值。接著將經調整之溫度首先於含分子氧/蒸汽之氣氛中維持歷時有效提供約+4.0至約+4.5之釩氧化態之時間，且其後於非氧化含蒸汽氣氛中維持歷時有效完成VPO觸媒前驅物至活性VPO觸媒之轉化之時間。以類似於含分子氧/蒸汽之氣氛之方式，非氧化含蒸汽氣氛亦可視情況含有惰性氣體，其中氮一般為較佳惰性氣體。
活性VPO觸媒可呈一或多種不同外觀。在一實施例中，活性VPO觸媒呈具有任何粒度之粉末形式。在另一實施例中，活性VPO觸媒呈成形體形式。該成形體可為任何形狀，包括圓柱體、帶心圓柱體、球形、顆粒、三裂片、四裂片、珠粒、環、錠或不規則形狀。成形體之實例係描述於美國專利第5,168,090號中，其內容係以引用的方式併入本文中。
如內容以引用的方式併入本文中之美國專利第5,773,382號及第5,275,996號所述，活性VPO觸媒成形體內之微孔尺寸亦可藉由製孔劑(pore agent)或建孔劑(pore builder)改變。
為用於本發明中，使活性VPO觸媒經受一系列與一或多種流體之接觸。在本文中將一系列接觸理解為包括單一接觸步驟及採用一或多種流體之連續接觸步驟之組合。
根據本發明，流體包含有機溶劑或有機溶劑混合物。在一實施例中，各有機溶劑具有在約5至約55範圍內之介電常數。在另一實施例中，有機溶劑均具有在約10至約50範圍內之介電常數。將本文中所使用之術語"介電常數"定義為溶解於有機溶劑中之帶電粒子周圍之電場與真空中相同粒子周圍之電場強度相比降低的量值。因此，介電常數為有機溶劑極性之量值。給定溶劑之介電常數越高，則溶解於溶劑中之兩種離子之間的靜電力(引力及斥力)越低。舉例而言，相反電荷之離子具有較高之在具有高介電常數之溶劑中離散之傾向。此外，介電常數值視量測其之溫度而定。此處，有機溶劑之介電常數係指如在室溫下或20℃至25℃之間之溫度下所量測之介電常數。
適於使用之有機溶劑的實例包括(但不限於)甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、異丙醇、異丁醇、乙腈、丙酮、甲基乙基酮、DMF(N,N-二甲基甲醯胺)、二甲亞碸、tetrafuran、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二丙二醇、1,4-丁二醇、甘油及其混合物。
合適地，流體以很大部分包含有機溶劑或有機溶劑混合物。因此，在一實施例中，流體之有機溶劑含量較佳為相對於流體重量之至少90重量%，更佳至少95重量%，甚至更佳至少99重量%，尤其至少99.9重量%，且尤其至少99.99重量%。在一實施例中，流體係由有機溶劑或有機溶劑混合物組成。
在另一實施例中，流體可另外包含相對較小量之其他組份，包括(但不限於)水、其他有機物質或無機物質。
接觸之程度及類型可以連續方式進行或其可以分批類型之操作進行。可存在一次接觸，但接觸數亦可為兩次或三次或三次以上，例如達至五次或十次。活性VPO觸媒之接觸相對於流體可為靜止或慢動作的。因此，在一實施例中，活性VPO觸媒保持靜止且流體相對於觸媒移動，或流體保持靜止且活性VPO觸媒相對於流體移動。相對運動速度可在使流體中之有機溶劑擴散至活性VPO觸媒體中之任何範圍內，而不為大體上損壞觸媒預成形體之速度。
用於接觸之流體量相對於活性VPO觸媒之量可足以覆蓋活性VPO觸媒。接觸可在任何合適溫度範圍下，較佳在室溫(亦即20℃-25℃)至高於流體沸點之約100℃之範圍內，且更佳在室溫至流體沸點之範圍內進行。接觸可在任何壓力範圍內，較佳大氣壓至5巴，更佳大氣壓至3巴且最佳約2巴下進行。
接觸時間可視處理條件而變化。接觸時間可為數分鐘至數週，達到所需改良之觸媒效能所必需且只要經濟可行之任何時間。因此，在一實施例中，接觸時間可在約5分鐘至約2天之時段之範圍內。在另一實施例中，接觸時間可在約0.5小時至約12小時之時段之範圍內。
接觸VPO觸媒後，可需要進行乾燥步驟。使經接觸之VPO觸媒乾燥可在特定氣氛下在特定溫度範圍下進行。在一實施例中，乾燥可在約室溫(亦即20℃至25℃)至足以自VPO觸媒移除流體之溫度(例如300℃)範圍內之溫度下進行。在另一實施例中，將流體自VPO觸媒移除之溫度可為約200℃。乾燥期間之溫度可保持恆定或隨時間變化。乾燥可在約大氣壓至具有10毫巴或具有50毫巴之真空之壓力範圍下進行。氣氛可包含空氣或惰性氣體或空氣與惰性氣體之混合物。惰性氣體可包括氮、氦、氬、碳氧化物及其混合物。在一實施例中，氣氛包含空氣或氮或其混合物。乾燥步驟之時間長短可視乾燥條件而定自約0.1小時至一週或約0.5小時至3天，或約1小時至12小時變化。
本發明亦提供一種製備順丁烯二酸酐之方法，該方法包含使於直鏈或環狀環中具有至少四(4)個碳之烴與含分子氧之氣體在本發明VPO觸媒存在下反應。該方法可以分批法進行；然而，更合適地其以連續法進行。在一實施例中，該方法為氣相法，其中使包含反應物之氣態進料與固體VPO觸媒接觸。固體VPO觸媒可以經包裝或固定床形式存在或以觸媒顆粒之流體化床形式存在。根據一實施例，可將VPO觸媒用於具有如上所述成形體之固定床反應器中。在另一實施例中，可將VPO觸媒用於使用具有小於約300微米粒度之經粉碎觸媒顆粒之流體化床或傳輸床反應器。
在另一實施例中，VPO觸媒係用於具有熱交換器型反應器之管殼固定床(管狀)中。該等反應器之管可由鐵、不鏽鋼、碳鋼、鎳及/或玻璃建構，且直徑可自約0.635cm(0.25吋)至約5.08cm(2吋)變化且長度可自約15.24cm(6吋)至約762cm(25呎)或更高變化。需要使反應器表面在相對恆定之溫度下且需要一些介質來傳導來自反應器之熱。在不受理論限制的情況下，該介質有助於溫度控制。該等介質之非限制性實例包括伍氏金屬(Woods metal)、熔融硫、汞、熔融鉛及共溶鹽浴。亦可使用金屬阻斷反應器，藉此將環繞管之金屬用作溫度調控體。
本文中所使用之在直鏈或環狀環中具有至少四個碳之烴係指在直鏈或在環狀環中含有不少於四個碳原子之烴。烴可為飽和、不飽和、環狀或芳族的。舉例而言，飽和烴正丁烷為令人滿意的，但異丁烷(2-甲基丙烷)不適宜於轉化為順丁烯二酸酐，儘管其存在並無害。通常，烴含有四至十個碳原子。因此，除正丁烷以外，其他合適飽和烴包括戊烷、己烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷及此等飽和烴中之任何者之混合物(存在或不存在正丁烷)，只要於飽和烴分子中存在於直鏈中具有至少四個碳原子之烴即可。
於直鏈中具有至少四個碳之烴亦包括不飽和烴。適合使用之不飽和烴包括丁烯，諸如1-丁烯及2-丁烯，1,3-丁二烯；戊烯；己烯；庚烯；辛烯；壬烯；癸烯及此等不飽和烴中之任何者之混合物(再次具有或不具有丁烯)，只要於分子中存在直鏈中具有至少四個碳原子之必要烴鏈即可。
在另一實施例中，於環狀環中具有至少四個碳之烴為環烴，例如環戊烷及環戊烯；或芳族烴，諸如苯。
較佳地，於直鏈或環狀環中具有至少四個碳之烴係選自飽和烴形式之正丁烷；不飽和烴形式之1-丁烯或2-丁烯及芳族烴形式之苯，其中正丁烷在所有原料中最佳。應注意上述原料可不為純物質，而可為工業級烴。此外，亦可使用於直鏈或環狀環中具有至少四個碳原子之烴的混合物。
將烴轉化為順丁烯二酸酐之反應可包括在高溫下使混雜有含分子氧之氣體(包括分子氧)(諸如空氣、合成空氣、富集分子氧之空氣或"純"氧(亦即源自空氣分離之氧))之在直鏈或環狀環中具有至少四個碳之烴與VPO觸媒接觸。除含烴及分子氧之氣體以外，可存在諸如氮及蒸汽之其他氣體或將其添加至反應物原料流中。在一實施例中，烴可以約一(1)莫耳%至約十(10)莫耳%烴之濃度與含分子氧之氣體(較佳空氣)混雜，且在約300℃與約600℃之間之溫度下，以約100hr-1 至約4,000hr-1 之空間速度，較佳以1,000hr-1 至3,000hr-1 及在約325℃至約450℃下與VPO觸媒接觸來提供極佳順丁烯二酸酐產率及選擇性。
該反應可在大氣壓、超大氣壓或負壓下進行。在一實施例中，該反應可在大氣壓或接近大氣壓下進行。一般而言，可便利地採用約1.013×10-2 千帕錶壓(14.7psig，1大氣壓)至約3.45×10-2 千帕錶壓(50psig)之壓力。
在一實施例中，來自上述合適原料之氧化的主要產物為順丁烯二酸酐，儘管在原料為含有四個以上碳原子之烴時亦可產生少量檸康酸酐(甲基順丁烯二酸酐)。藉由使用VPO觸媒產生之順丁烯二酸酐可以任何合適方式回收。舉例而言，順丁烯二酸酐可藉由直接縮合或藉由於合適介質中吸收，隨後分離且純化順丁烯二酸酐來回收。
接著可將所回收之順丁烯二酸酐用於各種應用中，例如用作反丁烯二酸及酒石酸合成中之化學中間物，及用於特定農用化學品、染料中間物及藥物。其亦可用作聚酯及醇酸樹脂之輔單體，用作製造表面塗料、潤滑添加劑、增塑劑之成份，及用作油及脂肪之防腐劑。
顯而易見，為清楚起見本文中描述於獨立實施例內容中之本發明的某些特性亦可在單一實施例中以組合形式提供。相反而言，描述於單一實施例內容中之本發明的特性亦可獨立或以任何合適次組合形式提供。
詳細描述說明實踐本發明之目前已知最佳方法的以下特定實例以便利於清楚理解本發明。然而，應理解，本發明應用之詳細展示在表示較佳實施例時僅以說明方式給出且不應理解為限制本發明，因為本發明精神內之各種變化及修正將由此詳述而為熟習此項技術者顯而易見。
為進一步說明本發明之各種說明性實施例，提供以下非限制性實例。
實例
已證明根據本發明製備之VPO觸媒有益於微反應器中順丁烯二酸酐之產率。效能測試已表明視製備條件而定，產率增加約1%至約5%。亦將本發明之VPO觸媒裝填於中試反應器(pilot scale reactor)中且產生與未經受本發明方法之可購得觸媒相比>2.5%之順丁烯二酸酐生產之產率增加。
微測試之一般描述
在標準化反應條件組(包括空氣中2.0±0.2莫耳%正丁烷，約15.0psig入口壓力及1500GHSV)下，於固定床順丁烯二酸酐反應器中測試預成形觸媒效能。將約11.7g VPO觸媒裝入1.092cm內徑×30.48cm長(0.43吋內徑×1'長)反應器中來提供長度約15.24cm(6")之觸媒床。除非另有說明，否則在標準化效能測試條件下，使觸媒運作約20小時至約130小時之時段，隨後測定產率。當觸媒在85.0±0.2mol%正丁烷轉化率下運作時，測定各觸媒之最大產率。
在各測試中，為了比較順丁烯二酸酐產率改良，在與已經受本發明方法之相應可購得活性VPO觸媒平行之相同條件下測試可購得活性VPO觸媒。用於此等測試之觸媒具有三裂片或帶心圓柱體之形狀。以下實例觸媒之初步X線繞射資料展示與可購得之觸媒之X線繞射資料的差異。
實例1
此實例表明經由使用乙醇作為有機溶劑改良之觸媒效能。將30公克(g)可購得之VPO觸媒(來自Huntsman Corporation之Mars V)置放於容器中且經受接觸。在不攪拌的情況下藉由將觸媒浸沒於乙醇中歷時6小時來進行接觸。接著將有機溶劑自容器中汲取且移除觸媒。使觸媒在室溫下風乾數小時，接著將其置放於烘箱中且使用N2 作為淨化氣體在40℃下進一步乾燥10小時。與展現21.2m2 /g Brunauer-Emmett-Teller(BET)表面積之可購得觸媒相比，本發明VPO觸媒展現29.2m2 /g之BET表面積。
接著在上述條件下測試觸媒效能。與乙醇接觸之VPO觸媒在微測試中產生56.4%之順丁烯二酸酐產率，而未與乙醇接觸之VPO觸媒在微測試中產生55.2%之順丁烯二酸酐產率。
實例2
此實例表明經由使用乙二醇作為有機溶劑改良之觸媒效能。將具有新製乙二醇(EG)之熱浴加熱至100℃。將100g可購得之VPO觸媒置放於具有孔之容器中，有機溶劑可經由該等孔與容器中之觸媒接觸。接著藉由將容器浸沒於EG浴中而使觸媒經受接觸。使觸媒與EG接觸3小時，接著將其自浴移除，且置放於100℃下之預熱烘箱中且在氮淨化下乾燥3小時。接著使烘箱溫度以2℃/min勻變上升至190℃之溫度且在此溫度下使觸媒進一步乾燥3小時。接著使烘箱溫度以2℃/min進一步勻變上升至250℃且在此溫度下使觸媒乾燥3小時。
上述條件下之效能測試表明在微測試中與EG接觸之VPO觸媒產生60.5%之順丁烯二酸酐產率。作為比較，未經接觸之VPO觸媒在微測試中產生56.6%之順丁烯二酸酐產率。
實例3
此實例表明使用乙腈作為有機溶劑改良之觸媒效能。將30g可購得之VPO觸媒置放於容器中。藉由將觸媒浸沒於乙腈中來進行接觸。在不攪拌的情況下使觸媒與乙腈接觸8小時。接著將有機溶劑自容器中汲取且移除觸媒。使觸媒在室溫下風乾數小時，接著將其置放於烘箱中且使用N2 作為淨化氣體進一步在50℃下乾燥1小時，在60℃下乾燥1小時且最後在70℃下乾燥6小時。
本發明VPO觸媒展現35.5m2 /g之BET表面積，其比展現21.4m2 /g之BET表面積之可購得觸媒高得多。
接著在上述條件下測試觸媒效能。與乙腈接觸之VPO觸媒在微測試中產生55.2%之順丁烯二酸酐產率，而未與乙腈接觸之VPO觸媒在微測試中產生53.8%之順丁烯二酸酐產率。
實例4
此實例表明使用DMF(N,N-二甲基甲醯胺，>99.8%)作為有機溶劑改良之觸媒效能。將30g可購得之VPO觸媒置放於容器中。在不攪拌的情況下藉由將觸媒浸沒於DMF中歷時4小時來進行接觸。接著將有機溶劑自容器中汲取且移除觸媒。使觸媒在室溫下風乾數小時，接著將其置放於烘箱中且使用N2 作為淨化氣進一步在120℃下乾燥2小時，且在140℃下乾燥6小時。與展現21.2m2 /g之BET表面積之原始可購得觸媒相比，本發明VPO觸媒展現26.3m2 /g之BET表面積。
接著在上述條件下測試觸媒效能。與DMF接觸之VPO觸媒在微測試中產生53.58%之順丁烯二酸酐產率，而未與DMF接觸之VPO觸媒在微測試中產生52.6%之順丁烯二酸酐產率。
實例5
此實例表明使用丙二醇(PG)作為有機溶劑改良之觸媒效能。將80g可購得之VPO觸媒置放於壁中具有孔之容器中。藉由將含有觸媒之容器緩慢浸沒於含有PG之預熱熱浴(100℃)中來進行接觸。使觸媒接觸6小時且將其自浴移除且在氮淨化下置放於預熱烘箱(100℃)中。接著使烘箱溫度以2℃/min勻變上升至180℃之溫度且使觸媒乾燥1小時。接著使烘箱溫度以3℃/min進一步勻變上升至190℃之溫度且使觸媒乾燥3小時。使烘箱溫度再次以3℃/min勻變上升至250℃且使觸媒乾燥3小時。與展現20.8m2 /g之BET表面積之可購得觸媒相比，本發明VPO觸媒展現36m2 /g之BET表面積。兩種觸媒之效能測試表明在微測試中本發明觸媒與可購得之VPO觸媒相比順丁烯二酸酐產率增加3個百分點。
實例6
此實例表明使用1,4-丁二醇作為有機溶劑改良之觸媒效能。將80g使用Mo作為促進劑之可購得之VPO觸媒置放於壁中具有孔之容器中。藉由將含有觸媒之容器緩慢浸沒於含有1,4-丁二醇之預熱熱浴(100℃)中來進行接觸。使觸媒與1,4-丁二醇接觸4小時且將其自浴移除且在氮淨化下置放於預熱烘箱(100℃)中。接著使烘箱溫度以2℃/min勻變上升至220℃之溫度且使觸媒乾燥1小時。接著使烘箱溫度以2℃/min進一步勻變上升至230℃之溫度且使觸媒乾燥3小時。使烘箱溫度再次以3℃/min勻變上升至250℃且使觸媒乾燥3小時。與展現19.8m2 /g之BET表面積之原始可購得觸媒相比，本發明VPO觸媒展現28m2 /g之BET表面積。兩種觸媒之效能測試表明在微測試中本發明觸媒與可購得之觸媒相比順丁烯二酸酐產率增加3個百分點。
實例7
此實例表明使用在中試反應器中進行之效能測試，藉由本發明VPO觸媒(如實例2所述與乙二醇(EG)接觸之可購得VPO觸媒)之改良之觸媒效能。中試反應器為20呎長及1吋I.D.且底部裝載有6吋氧化鋁，頂部裝載有212吋VPO觸媒及約34吋氧化鋁。將空間速度控制在1820m3 /m3 h，且將正丁烷進料濃度控制在2.0±0.2%。使用本發明觸媒500小時操作時間後，順丁烯二酸酐產率在85%正丁烷轉化率下維持在約58.6%下，其比使用未與EG接觸之可購得觸媒時所維持之順丁烯二酸酐產率高1.6%。
儘管已詳細描述本發明及其優勢，但應理解，在不偏離如由隨附申請專利範圍界定之本發明精神及範疇下，本文中可進行各種變化、替代及更改。

Claims (21)

  1. 一種製備VPO觸媒之方法，其包含以下步驟：(i)選擇活性VPO觸媒，其中該活性VPO觸媒包含以該觸媒之重量計至少90重量%之(VO)2 P2 O7 ；及(ii)使該活性VPO觸媒與一或多種包含有機溶劑之流體接觸。
  2. 如請求項1之方法，其中當在20℃至25℃之溫度下量測時，該有機溶劑具有在約5至約55範圍內之介電常數。
  3. 如請求項1之方法，其中當在20℃至25℃之溫度下量測時，該有機溶劑具有在約10至約50範圍內之介電常數。
  4. 如請求項1之方法，其中該有機溶劑係選自由甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇、異丙醇、異丁醇、乙腈、丙酮、甲基乙基酮、DMF、二甲亞碸、tetrafuran、乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二丙二醇、1,4-丁二醇、甘油及其混合物組成之群。
  5. 如請求項1之方法，其中該活性VPO觸媒另外包含促進劑。
  6. 如請求項1之方法，其中接觸係在室溫至高於該流體沸點100℃範圍內的溫度下進行。
  7. 如請求項6之方法，其中接觸係在室溫至該流體之沸點範圍內之溫度下進行。
  8. 如請求項1之方法，其中接觸係在大氣壓至5巴範圍內之壓力下進行。
  9. 如請求項8之方法，其中接觸係在大氣壓至3巴範圍內之 壓力下進行。
  10. 如請求項1之方法，其另外包含使該經接觸之VPO觸媒乾燥。
  11. 如請求項10之方法，其中乾燥係在室溫至300℃範圍內之溫度下進行。
  12. 如請求項10之方法，其中乾燥係在包含空氣、惰性氣體或其混合物之氣氛下進行。
  13. 一種VPO觸媒，其藉由包含下列步驟之方法製備：(i)選擇活性VPO觸媒，其中該活性VPO觸媒包含以該觸媒之重量計至少90重量%之(VO)2 P2 O7 ；及(ii)使該活性VPO觸媒與一或多種包含有機溶劑之流體接觸。
  14. 如請求項13之VPO觸媒，其中當在20℃至25℃之溫度下量測時，該有機溶劑具有在約5至約55範圍內之介電常數。
  15. 如請求項13之VPO觸媒，其中該活性VPO觸媒包含圓柱體、帶心圓柱體、球形、顆粒、三裂片、四裂片、珠粒、環、錠或不規則形狀。
  16. 一種製備順丁烯二酸酐之方法，其包含使在直鏈中具有至少四個碳之烴與含分子氧之氣體在VPO觸媒存在下反應，該VPO觸媒係藉由包含下列步驟之方法製備：(i)選擇活性VPO觸媒，其中該活性VPO觸媒包含以該觸媒之重量計至少90重量%之(VO)2 P2 O7 ；及(ii)使該活性VPO觸媒與一或多種包含有機溶劑之流體 接觸。
  17. 如請求項16之方法，其中當在20℃至25℃之溫度下量測時，該有機溶劑具有在約5至約55範圍內之介電常數。
  18. 如請求項16之方法，其中該烴係選自由下列各物組成之群：飽和烴、不飽和烴、環烴、芳族烴及其混合物。
  19. 如請求項16之方法，其中該烴係選自由下列各物組成之群：正丁烷、1-丁烯、2-丁烯、苯及其混合物。
  20. 如請求項16之方法，其中該反應係在300℃至600℃範圍內之溫度下、約100hr-1 至約4000hr-1 範圍內之空間速度下及負壓至超大氣壓範圍內之壓力下進行。
  21. 如請求項16之方法，其中該反應係在約325℃至450℃範圍內之溫度下、約1000hr-1 至3000hr-1 範圍內之空間速度下及約1.013×10-2 千帕-錶壓至約3.45×10-2 千帕-錶壓範圍內之壓力下進行。
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