WO2005012216A1 - Silber, vanadium und ein promotormetall enthaltendes multimetalloxid und dessen verwendung - Google Patents

Silber, vanadium und ein promotormetall enthaltendes multimetalloxid und dessen verwendung Download PDF

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multimetal oxide
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precatalyst
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Samuel Neto
Hartmut Hibst
Frank Rosowski
Sebastian Storck
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    • B01J37/0221—Coating of particles
    • B01J37/0223—Coating of particles by rotation

Definitions

  • the invention relates to a multimetal oxide containing silver, vanadium and a promoter metal, its use for the production of precatalysts and catalysts for the gas phase partial oxidation of aromatic hydrocarbons, the (pre) catalysts thus obtained and a process for the production of aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides using the catalysts.
  • aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic acid anhydrides is industrially produced by the catalytic gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons such as benzene, o-, m- or p-xylene, naphthalene, toluene or durol (1, 2,4,5-tetramethylbenzene)
  • Fixed bed reactors preferably tube bundle reactors.
  • benzaldehyde, benzoic acid, maleic anhydride, phthalic anhydride, isophthalic acid, terephthalic acid or pyromellitic acid anhydride are obtained.
  • a mixture of a gas containing molecular oxygen, for example air, and the starting material to be oxidized is generally passed through a plurality of tubes arranged in a reactor, in which there is a bed of at least one catalyst.
  • WO 00/27753 and WO 01/85337 describe multimetal oxides containing silver and vanadium oxide and their use for the partial oxidation of aromatic hydrocarbons.
  • the object of the invention is to improve the yields achieved with these catalysts without impairing the selectivities.
  • a has a value from 0.3 to 1.9
  • Q represents an element selected from P, As, Sb and / or Bi, b has a value from 0 to 0.3,
  • M represents a metal selected from Nb, Ce, W, Mn, Ta, Pd, Pt, Ru and / or Rh,
  • c has a value from 0.001 to 0.5, with the proviso that (a-c)> 0.1,
  • d is a number which is determined by the valency and frequency of the elements in formula I other than oxygen
  • e has a value from 0 to 20.
  • the invention also relates to a precatalyst which can be converted into a catalyst for the gas phase partial oxidation of aromatic hydrocarbons and which consists of an inert non-porous support and at least one layer applied thereon which comprises a multimetal oxide defined above.
  • the invention also relates to a catalyst for the gas phase partial oxidation of aromatic hydrocarbons, which consists of an inert non-porous support and at least one layer applied thereon, which comprises as a catalytically active composition a silver-vanadium oxide bronze which comprises at least one from the group Nb, Ce , W, Mn, Ta, Pd, Pt, Ru and / or Rh contains selected metal M, and wherein the Ag: V atomic ratio is 0.15 to 0.95 and the M: V atomic ratio is 0.0005 to 0.25 , preferably 0.001 to 0.15.
  • a catalyst for the gas phase partial oxidation of aromatic hydrocarbons which consists of an inert non-porous support and at least one layer applied thereon, which comprises as a catalytically active composition a silver-vanadium oxide bronze which comprises at least one from the group Nb, Ce , W, Mn, Ta, Pd, Pt, Ru and / or Rh contains selected metal M, and wherein the Ag: V atomic
  • the invention also relates to a process for the preparation of aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides, in which a gaseous stream comprising an aromatic hydrocarbon and a gas containing molecular oxygen is brought into contact at elevated temperature with a catalyst defined above.
  • the multimetal oxide according to the invention is preferably in a crystal structure, the powder X-ray diagram of which is due to diffraction reflections at the interplanar spacings d 15.23 ⁇ 0.6, 12.16 ⁇ 0.4, 10.68 ⁇ 0.3, 3.41 ⁇ 0.04, 3 , 09 ⁇ 0.04, 3.02 ⁇ 0.04, 2.36 ⁇ 0.04 and 1.80 ⁇ 0.04 A.
  • the X-ray diffraction reflections are given in the form of the network plane distances d [A] which are independent of the wavelength of the X-radiation used, and which can be calculated from the measured diffraction angle using Bragg's equation.
  • the variable a preferably has a value of 0.5 to 1.0, and particularly preferably 0.6 to 0.9, the value of the variable b is preferably 0 to 0.1, and the value of the variable c is preferably 0.005 to 0.2, in particular 0.01 to 0.1.
  • the number d is determined from the valency and frequency of the elements other than oxygen in the multimetal oxide of the formula I.
  • the number e which is a measure of the water content, is preferably 0 to 5.
  • the specific surface area according to BET is in generally more than 1 m 2 / g, preferably 3 to 250 m 2 / g, in particular 10 to 250 m 2 / g and particularly preferably 20 to 80 m 2 / g.
  • Preferred metals M are Nb, Ce, W, Mn and Ta, in particular Ce and Mn, of which Ce is most preferred.
  • a suspension of vanadium pentoxide (V 2 O 5 ) is generally heated with the solution of a silver compound and a solution of a compound of metal component M and, if appropriate, the solution of a compound of Q.
  • polar organic solvents such as polyols, polyethers or amines, e.g. B. pyridine, preferably water is used as solvent.
  • Silver nitrate is preferably used as the silver salt, the use of other soluble silver salts, e.g. B. silver acetate, silver perchlorate or silver fluoride is also possible.
  • the element or elements Q from the group P, As, Sb and / or Bi can be used in elemental form or as oxides or hydroxides. However, they are preferably used in the form of their soluble compounds, especially their organic or inorganic water-soluble compounds. Particularly preferred among these are the inorganic water-soluble compounds, especially the alkali and ammonium salts and in particular the partially neutralized or free acids of these elements, such as phosphoric acid, hydrochloric acid, antimony hydrochloric acid, the ammonium hydrogen phosphates, arsenates, antimonates and bismuthates and the alkali hydrogen phosphates, arsenates. -antimonates and bismuthates.
  • phosphorus is very particularly preferably used on its own, in particular in the form of phosphoric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, ammonium phosphate or phosphoric acid ester and especially as ammonium dihydrogen phosphate.
  • salts of the metal component M those are generally chosen which are soluble in the solvent used. If water is used as a solvent in the production of the multimetal oxides according to the invention, the perchlorates or carboxylates, in particular the acetates, of the metal component M can be used, for example.
  • the nitrates of the metal component M in question are preferably used, in particular citrate or manganese nitrate.
  • the reaction of the V 2 O 5 with the silver compound, the compound of the metal component M and optionally Q can generally be carried out at room temperature or at elevated temperature.
  • the reaction is carried out at temperatures from 20 to 375 ° C., preferably at 20 to 100 ° C. and particularly preferably at 60 to 100 ° C.
  • the temperature of the reaction is above the temperature of the boiling point of the solvent used, the reaction is expediently carried out in a pressure vessel under the autogenous pressure of the reaction system.
  • the reaction conditions are preferably selected so that the reaction can be carried out at atmospheric pressure.
  • the duration of this reaction can be 10 minutes to 3 days, depending on the type of starting materials converted and the temperature conditions used. An extension of the reaction time of the reaction, for example to 5 days and more, is possible.
  • the reaction of the V 2 O 5 with the silver compound, the compound of the metal component M to the multimetal oxide according to the invention is carried out over a period of 6 to 24 hours.
  • the orange-red color of the V 2 ⁇ 5 suspension changes and the new compound forms in the form of a dark brown suspension.
  • the amounts of V 2 O 5 , silver compound and the compound of the metal component M resulting from a and c of formula I are reacted with one another to produce it.
  • the silver compound is generally reacted with the vanadium pentoxide in a ratio which corresponds to an Ag: V atomic ratio of 0.15 to 0.95, preferably 0.25 to 0.5, corresponding to a value for a in formula I. from 0.3 to 1.9 or 0.5 to 1.0.
  • the silver compound is particularly preferably added with respect to the vanadium pentoxide in an amount which corresponds to an atomic ratio Ag: V of 0.3 to 0.45, corresponding to a value for a in formula I of 0.6 to 0.9.
  • the compound of the metal component M is generally used in an amount of 0.0005 to 0.25, preferably 0.001 to 0.1, based on V 2 O 5 .
  • the multimetal oxide according to the invention thus formed can be isolated from the reaction mixture and stored until further use. Isolation of the multimedia talloxides can e.g. B. by filtering the suspension and drying the solid obtained, the drying both in conventional dryers, but also, for. B. can be carried out in freeze dryers.
  • the drying of the multimetal oxide suspension obtained is particularly advantageously carried out by spray drying. It may be advantageous to wash the multimetal oxide obtained in the reaction salt-free before it dries.
  • Spray drying is generally carried out under atmospheric pressure or reduced pressure. Depending on the pressure used and the solvent used, the inlet temperature of the drying gas is determined - air is generally used as such, but other drying gases such as nitrogen or argon can of course also be used.
  • the inlet temperature of the drying gas into the spray dryer is advantageously chosen so that the outlet temperature of the drying gas cooled by evaporation of the solvent does not exceed 200 ° C. for a longer period.
  • the outlet temperature of the drying gas is set to 50 to 150 ° C., preferably 100 to 140 ° C. If storage of the multimetal oxide is not intended, the multimetal oxide suspension obtained can also be used without further isolation and drying of the multimetal oxide, for example for the production of the precatalysts according to the invention by coating.
  • the multimetal oxides according to the invention are used as a precursor compound for the preparation of the catalytically active composition of catalysts such as are used for the gas phase oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic acid anhydrides with a gas containing molecular oxygen.
  • the multimetal oxides according to the invention are preferably used for the production of so-called coated catalysts, they can also be used as a precursor for the production of conventional supported catalysts or of unsupported catalysts, that is to say catalysts which do not contain any support material.
  • the catalysts according to the invention for the partial oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic acid anhydrides from the multimetal oxides according to the invention are expediently carried out via the stage of a so-called "precatalyst" which can be stored and traded as such and from which the active catalyst is either by thermal treatment can be produced or generated in situ in the oxidation reactor under the conditions of the oxidation reaction.
  • the precatalyst is therefore a precursor of the catalyst which consists of an inert non-porous support material and at least one layer applied in the form of a shell, this layer preferably 30 to 100% by weight, in particular 50 to 100% by weight .
  • the layer consists entirely of a multimetal oxide according to formula I.
  • the catalytically active layer contains other components besides the multimetal oxide according to formula I, this can be done e.g. B. inert materials such as silicon carbide or steatite, but also other known catalysts for the oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic acid anhydrides based on vanadium oxide / anatase.
  • the precatalyst preferably contains 5 to 25% by weight, based on the total weight of the precatalyst, of multimetal oxide.
  • carrier materials of the prior art such as are advantageously used in the production of shell catalysts for the oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic acid anhydrides, can be used as an inert, non-porous support material for the precatalysts and coated catalysts according to the invention, for example quartz (SiO 2 ), porcelain, magnesium oxide, tin dioxide, silicon carbide, rutile, alumina (Al 2 O 3 ), aluminum silicate, steatite (magnesium silicate), zirconium silicate, cerium silicate or mixtures of these carrier materials.
  • quartz SiO 2
  • porcelain porcelain
  • magnesium oxide tin dioxide
  • silicon carbide silicon carbide
  • rutile rutile
  • aluminum silicate steatite (magnesium silicate), zirconium silicate, cerium silicate or mixtures of these carrier materials.
  • non-porous is to be understood in the sense of "except for technically ineffective amounts of pores non-porous", since technically inevitably a small number of pores can be present in the carrier material, which ideally should not contain any pores.
  • Steatite and silicon carbide are particularly worth mentioning as advantageous carrier materials.
  • the shape of the support material is generally not critical for the precatalysts and coated catalysts according to the invention.
  • catalyst supports in the form of spheres, rings, tablets, spirals, tubes, extrudates or grit can be used.
  • the dimensions of these catalyst supports correspond to those of the catalyst supports commonly used for the production of shell catalysts for the gas phase partial oxidation of aromatic hydrocarbons.
  • the abovementioned support materials in powder form can also be mixed into the catalytically active composition of the coated catalysts according to the invention.
  • the suspension obtained in the reaction of the vanadium pentoxide with a silver compound, a compound of the metal component M and optionally Q according to the processes of DE-A 16 92938 and DE-A 1769998 can be applied in a heated coating drum at elevated temperature to the inert carrier material existing catalyst supports are sprayed until the desired amount of multimetal oxide, based on the total weight of the precatalyst, is reached.
  • fluidized bed coaters as described in DE-A 12 80 756, can be used for the shell-shaped application of the multimetal oxide according to the invention to the catalyst support.
  • a slurry of the powder of the multimetal oxide according to the invention obtained after isolation and drying can be used in these coating processes.
  • organic binders preferably copolymers, dissolved or advantageously added in the form of an aqueous dispersion, generally using binder contents of 10 to 20% by weight, based on the solids content of the suspension or slurry of the multimetal oxide according to the invention.
  • Suitable binders are e.g. B.
  • coating temperatures of 20 to 500 ° C. are generally used, it being possible for the coating in the coating apparatus to be carried out under atmospheric pressure or under reduced pressure.
  • the coating is generally carried out at 0 ° C. to 200 ° C., preferably at 20 to 150 ° C., in particular at room temperature to 100 ° C.
  • higher coating temperatures e.g. B. temperatures of 200 to 500 ° C to apply.
  • part of the binder can remain in the layer applied to the catalyst support.
  • the binder escapes from the applied layer by thermal decomposition and / or combustion.
  • the conversion of the precatalyst into an invented The coated catalyst according to the invention can also be carried out by thermal treatment at temperatures above 500 ° C., for example at temperatures up to 650 ° C., preferably the thermal treatment is carried out at temperatures above 200 to 500 ° C., in particular at 300 to 450 ° C.
  • the multimetal oxides according to the invention decompose with the formation of catalytically active silver vanadium oxide bronzes.
  • Silver-vanadium oxide bronzes are understood to mean silver-vanadium oxide compounds with an atomic Ag: V ratio of less than 1. They are generally semiconducting or metallically conductive, oxidic solids, which preferably crystallize in layer or tunnel structures, the vanadium in the [V 2 O 5 ] host lattice being partially reduced to V (IV).
  • some of the multimetal oxides applied to the catalyst support can already be converted to catalytically active silver-vanadium oxide bronzes and / or silver-vanadium oxide compounds which are not elucidated crystallographically with regard to their structure and which can be converted into the silver-vanadium oxide bronzes mentioned. be decomposed.
  • This decomposition takes place practically completely at coating temperatures of 300 to 500 ° C., so that with a coating at 300 to 500 ° C. the coated catalyst according to the invention can be obtained without passing through the precursor of the precatalyst.
  • the shell catalysts according to the invention are preferably produced from the precatalysts according to the invention or are produced in situ from these precatalysts in the reactor for the oxidation of the aromatic hydrocarbons.
  • the multimetal oxides contained in the precatalyst decompose to silver vanadium oxide bronzes.
  • This conversion of the multimetal oxides according to the invention contained in the precatalyst to silver-vanadium oxide bronzes takes place in particular in situ in the reactor for the gas phase partial oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic acid anhydrides, for example in the reactor for producing phthalic anhydride from o-xylene and / or naphthalene , at the temperatures generally used of 300 to 450 ° C., if instead of the coated catalyst according to the invention a precatalyst according to the invention is used in this reaction.
  • Another possibility for producing a coated catalyst according to the invention consists in the thermal treatment of the multimetal oxide powder according to the invention at temperatures of above 200 to 650 ° C. and the coating of the inert non-porous catalyst support, optionally with the addition of a binder, with the silver vanadium oxide obtained in this way -Bronze.
  • the coated catalysts according to the invention are particularly preferably from the precatalysts according to the invention in one stage or, if appropriate, after a thermal treatment in the course of or after the coating of the catalyst support, in several stages, in particular in one stage, in each case in situ in the oxidation reactor under the conditions of the oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic anhydrides.
  • the catalytically active shell of the shell catalyst produced according to the invention generally contains 30 to 100% by weight, preferably 50 to 100% by weight, based on the total weight of the catalytically active shell, of the silver-vanadium oxide bronzes thus produced, the silver and the vanadium in the catalytically active shell is generally present in an Ag: V atomic ratio of 0.15 to 0.95, preferably 0.25 to 0.5 and particularly preferably 0.3 to 0.45.
  • the catalytically active layer of the coated catalysts according to the invention particularly preferably consists entirely of the silver vanadium oxide bronzes produced according to the invention. If the catalytically active layer or layers contains other components besides the silver-vanadium oxide bronzes produced according to the invention, this can be done e.g. B.
  • Inert materials of the prior art such as silicon carbide or steatite, but also or non-inventive catalyst compounds for the oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic acid anhydrides such.
  • the layer thickness of the catalyst shell containing the catalytically active constituents is generally 10 to 250 mm. This also applies if the catalyst bowl consists of several layers applied in succession.
  • the BET surface area of the coated catalysts according to the invention is generally 2 to 100 m 2 / g, preferably 2 to 40 m 2 / g and particularly preferably 3 to 20 m 2 / g.
  • the coated catalysts according to the invention are used for the partial oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic acid anhydrides, in particular for the gas phase partial oxidation of o-xylene and / or naphthalene to phthalic anhydride or of toluene to benzoic acid and / or benzaldehyde, with a gas containing molecular oxygen ,
  • the catalysts according to the invention can be used alone or in combination with other, differently active catalysts, for example catalysts of the prior art based on vanadium oxide / anatase, the different catalysts generally in separate catalyst beds which are in one or more fixed catalyst beds can be arranged in the reactor.
  • the coated catalysts or precatalysts according to the invention are filled into the reaction tubes of a tubular reactor for this purpose. B. by means of a molten salt, thermostated to the reaction temperature. If a precatalyst according to the invention is used instead of the coated catalyst according to the invention, this results under the temperature conditions of the partial oxidation of aromatic hydrocarbons to aldehydes, carboxylic acids and / or carboxylic acid anhydrides, in particular in the partial oxidation of o-xylene and / or naphthalene to phthalic anhydride or in the partial oxidation of toluene to benzoic acid and benzaldehyde, a coated catalyst according to the invention.
  • the reaction gas is at temperatures of 100 to 650 ° C and preferably 250 to 480 ° C and at an overpressure of generally 0.1 to 2.5 bar, preferably from 0.3 to 1.5 bar with a space velocity of generally 750 to 5000 h " .
  • the reaction gas supplied to the catalyst is generally produced by mixing a gas containing molecular oxygen, which in addition to oxygen may also contain suitable reaction moderators and / or diluents, such as water vapor, carbon dioxide and / or nitrogen, with the aromatic hydrocarbon to be oxidized, where the molecular oxygen-containing gas generally 1 to 100 vol .-%, preferably 2 to 50 vol .-% and particularly preferably 10 to 30 vol .-% oxygen, 0 to 30 vol .-%, preferably 0 to 20 vol .-% % Water vapor and 0 to 50 vol .-%, preferably 0 to 1 vol .-% carbon dioxide, the rest nitrogen.
  • a gas containing molecular oxygen which in addition to oxygen may also contain suitable reaction moderators and / or diluents, such as water vapor, carbon dioxide and / or nitrogen
  • the molecular oxygen-containing gas generally 1 to 100 vol .-%, preferably 2 to 50 vol .-% and particularly preferably 10 to 30
  • the molecular oxygen-containing gas is generally charged with 30 to 300 g per Nm 3 , preferably with 70 to 150 g per Nm 3, of the aromatic hydrocarbon to be oxidized. Air is particularly advantageously used as the molecular oxygen-containing gas
  • the gas phase partial oxidation is advantageously carried out in such a way that two or more zones, preferably two zones, of the catalyst bed in the reaction tube are thermostatted to different reaction temperatures, for example reactors with separate salt baths, as described in DE-A 2201 528 or DE-A 28 30 765 are described, can be used.
  • the reaction is carried out in two reaction zones, as described in DE-A 40 13 051, the reaction zone located towards the gas inlet of the reaction gas, which generally comprises 30 to 80% by volume of the total catalyst volume, is reduced to 1 to 20 ° C, preferably by 1 to 10 ° C and in particular by 2 to 8 ° C higher reaction temperature than the reaction zone towards the gas outlet thermostatted.
  • Such a procedure is referred to as two- or multi-zone structuring of the reactor.
  • the gas phase oxidation can also be carried out without division into temperature zones at a uniform reaction temperature.
  • the aromatic hydrocarbon is first of all carried out on a bed of the invention Shell catalyst converted into a reaction mixture with partial conversion.
  • the reaction mixture obtained or a fraction thereof can then be brought into contact with at least one further catalyst whose catalytically active composition contains vanadium pentoxide and anatase.
  • the gaseous stream is preferably passed in succession over a bed of an upstream catalyst and a bed of a downstream catalyst, the bed of the upstream catalyst containing a catalyst according to the invention and the bed of the downstream catalyst containing at least one catalyst whose catalytically active mass Contains vanadium pentoxide and anatase.
  • the catalytically active mass of the downstream catalyst contains 1 to 40% by weight of vanadium oxide, calculated as VO 5 , 60 to 99% by weight of titanium dioxide, calculated as TiO 2 , up to 1% by weight of a cesium compound as Cs, up to 1% by weight of a phosphorus compound, calculated as P, and up to 10% by weight of antimony oxide, calculated as Sb 2 O 3 .
  • the bed of the downstream catalyst advantageously comprises at least two layers of catalysts whose catalytically active mass has a different Cs content, the Cs content decreasing in the direction of flow of the gaseous stream.
  • the partially reacted reaction mixture contains e.g. B. phthalic anhydride and other oxidation products such as o-tolylaldehyde, o-tolylcarboxylic acid and phthalide, and unreacted o-xylene. It can then be processed further by either
  • o-xylene from the phthalic anhydride and the other oxidation products, which are intermediates in the reaction path from o-xylene to phthalic anhydride, is separated off and recycled and the stream of phthalic anhydride and intermediates of one or more further catalyst beds with, for. B. is supplied to a vanadium oxide / anatase-based coated catalyst, where the intermediates are selectively oxidized to phthalic anhydride; or by
  • Benzaldehyde is used, for example, as a flavoring.
  • the powder obtained had a BET specific surface area of 61 m 2 / g.
  • a powder X-ray diagram of the powder obtained was recorded using a D 5000 diffractometer from Siemens using Cu-K ⁇ radiation (40 kV, 30 mA). The diffractometer was equipped with an automatic primary and secondary aperture system as well as a secondary monochromator and scintillation detector.
  • the powder obtained had a BET specific surface area of 58 m 2 / g.
  • a powder X-ray diagram was recorded of the powder obtained.
  • the following network plane distances d [ ⁇ ] with the associated relative intensities [%] were obtained from the powder X-ray diagram: 15.09 (6.8), 11, 98 (5.7), 10.61 (9.4), 4, 36 (16.8), 3.84 (14.7), 3.40 (81, 7), 3.09 (61, 1), 3.01 (100), 2.58 (26.4), 2.47 (27.9), 2.41 (21.6), 2.36 (37.8), 2.04 (32.2), 1.93 (28.9), 1.80 (42 , 2), 1, 55 (43.4).
  • the powders thus produced were applied to magnesium silicate balls as follows: 300 g of steatite balls with a diameter of 3.5 to 4 mm were in a coating drum at 20 ° C. for 20 min with 40 g of Coated powder and 4.4 g of oxalic acid with the addition of 35.3 g of a mixture containing 60% by weight of water and 40% by weight of glycerol and then dried.
  • the powders were applied to magnesium silicate rings as follows: 350 g steatite rings with an outer diameter of 7 mm, a length of 3 mm and a wall thickness of 1.5 mm were used in one Coating drum at 20 ° C. for 20 min with 84.4 g of the powder and 9.4 g of oxalic acid with the addition of 66.7 g of a mixture containing 60% by weight of water and 40% by weight of glycerol and then dried.
  • the weight of the catalytically active composition thus applied determined on a sample of the precatalyst obtained, was 18% by weight, based on the total weight of the finished catalyst, after heat treatment at 450 ° C. for one hour.
  • the catalytically active composition applied in this way consisted on average of 0.16% by weight of phosphorus (calculated as P), 7.5% by weight of vanadium (calculated as V 2 O 5 ), 3.2% by weight Antimony (calculated as Sb 2 O 3 ), 0.40% by weight cesium (calculated as Cs) and 88.74% by weight titanium dioxide.
  • the coated catalyst thus obtained was heated to 160 ° C. in a coating drum and together with 14 g of an organic binder consisting of a copolymer of acrylic acid / maleic acid (weight ratio 75:25) with a suspension of 502 g of anatase with a BET surface area of 21 m 2 / g, 35.8 g vanadyl oxalate, 2.87 g cesium sprayed sulfate, 720 g water and 198 g formamide.
  • the catalytically active composition applied in this way consisted on average of 4.0% by weight of vanadium (calculated as V 2 O 5 ), 0.4% by weight of cesium (calculated as Cs) and 88.8% by weight titanium dioxide.
  • the weight of the layers applied was 9.3% by weight of the total weight of the finished catalyst.
  • the catalytically active composition applied in this way i.e. the catalyst shell, consisted on average of 0.15% by weight of phosphorus (calculated as P), 7.5% by weight of vanadium (calculated as V 2 O 5 ), 3, 2% by weight of antimony (calculated as Sb 2 O 3 ), 0.1% by weight of cesium (calculated as Cs) and 89.05% by weight of titanium dioxide.
  • the catalysts A.1, A.2 and A.3 (coated steatite balls) were filled into an 80 cm long iron tube with a clear width of 16 mm up to a bed length of 66 cm.
  • the iron pipe was surrounded by an electric heating jacket for temperature control.
  • 360 Nl of air with a load of 98.5% by weight o-xylene of 60 g of o-xylene / Nm 3 of air were passed through the tube from top to bottom every hour.
  • the results obtained are summarized in the table below.
  • CO x selectivity corresponds to the proportion of o-xylene converted to combustion products (CO, CO 2 ); the residual selectivity to 100% corresponds to the proportion of the o-xylene converted to the valuable product phthalic anhydride and the intermediates o-tolylaldehyde, o-tolylic acid and phthalide and by-products such as maleic anhydride, citraconic anhydride and benzoic acid
  • a BET surface area of the active composition of 6.7 m 2 / g and a vanadium oxidation state of 4.63 were determined on an expansion sample of the catalyst A.1.
  • the following network plane distances d [A] with the associated relative intensities l re ⁇ [%] were obtained from the powder X-ray diagram: 4.85 (9.8), 3.50 (14.8), 3.25 (39.9) , 2.93 (100), 2.78 (36.2), 2.55 (35.3), 2.43 (18.6), 1.97 (15.2), 1.95 (28, 1), 1, 86 (16.5), 1, 83 (37.5), 1, 52 (23.5).
  • Example B.2 was repeated, but in each case 0.80 m of the catalyst A.5, 1.40 m of the catalyst A.4 and then 0.80 m of the precatalyst A.1 were filled. An average PSA yield of 117.2% by weight was achieved.
  • Example B.3 was repeated, but in each case 0.90 m of catalyst A.5, 1.60 m of catalyst A.4 and then 0.50 m of precatalyst A.1 were introduced. An average PSA yield of 116.7% by weight was achieved. The conversion was more than 99.94%, the residual phthalide content at the reactor outlet was less than 0.35% by weight.
  • This example shows that when using the catalysts according to the invention, high PSA yields can also be achieved with a bed length of the silver vanadium oxide catalyst which is significantly shorter than in example B.1.

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Abstract

Beschrieben wird ein Multimetalloxid der allgemeinen Formel (I): Aga-cQbMcV2Od * e H2O, worin a einen Wert von 0,3 bis 1,9 hat, Q für ein unter P, As, Sb und/oder Bi ausgewähltes Element steht, b einen Wert von 0 bis 0,3 hat, M für ein unter Nb, Ce, W, Mn, Ta, Pd, Pt, Ru und/oder Rh ausgewähltes Metall steht, c einen Wert von 0,001 bis 0,5 hat, mit der Massgabe, dass (a-c) ≥ 0,1 ist, d eine Zahl, die sich durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in der Formel (I) bestimmt, bedeutet und e einen Wert von 0 bis 20 hat, sowie daraus hergestellte Präkatalysatoren und Katalysatoren für die partielle Oxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen.

Description

Silber, Vanadium und ein Promotormetall enthaltendes Multimetalloxid und dessen Verwendung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Silber, Vanadium und ein Promotormetall enthaltendes Multimetalloxid, dessen Verwendung zur Herstellung von Präkatalysatoren und Katalysatoren zur Gasphasenpartialoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen, die so erhaltenen (Prä)katalysatoren und ein Verfahren zur Herstellung von Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden unter Verwendung der Katalysatoren.
Bekanntermaßen wird eine Vielzahl von Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden technisch durch die katalytische Gasphasenoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen wie Benzol, o-, m- oder p-Xylol, Naphthalin, Toluol oder Durol (1 ,2,4,5-Tetramethylbenzol) in Festbettreaktoren, vorzugsweise Rohrbündelreaktoren, hergestellt. Dabei werden je nach Ausgangsmaterial beispielsweise Benzaldehyd, Benzoesäure, Maleinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, Isophthalsäure, Te- rephthalsäure oder Pyromellithsäureanhydπd gewonnen. Dazu wird im Allgemeinen ein Gemisch aus einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas, beispielsweise Luft und das zu oxidierende Ausgangsmaterial durch eine Vielzahl in einem Reaktor angeordneter Rohre geleitet, in denen sich eine Schüttung mindestens eines Katalysators befindet.
In der WO 00/27753 und der WO 01/85337 werden Silber- und Vanadiumoxid enthaltende Multimetalloxide und deren Verwendung für die partielle Oxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die mit diesen Katalysatoren erreichten Ausbeuten ohne Beeinträchtigung der Selektivitäten zu verbessern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Multimetalloxide der allgemeinen Formel I gelöst,
Aga QbMcV2Od * e H2O, I worin
a einen Wert von 0,3 bis 1,9 hat,
Q für ein unter P, As, Sb und/oder Bi ausgewähltes Element steht, b einen Wert von 0 bis 0,3 hat,
M für ein unter Nb, Ce, W, Mn, Ta, Pd, Pt, Ru und/oder Rh ausgewähltes Metall steht,
c einen Wert von 0,001 bis 0,5 hat, mit der Maßgabe, dass (a-c) > 0,1 ist,
d eine Zahl, die sich durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in der Formel I bestimmt, bedeutet und
e einen Wert von 0 bis 20 hat.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Präkatalysator, der in einen Katalysator zur Gasphasenpartialoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen umwandelbar ist und aus einem inerten nicht-porösen Träger und wenigstens einer darauf aufgebrachten Schicht besteht, die ein oben definiertes Multimetalloxid umfasst.
Die Erfindung betrifft außerdem einen Katalysator zur Gasphasenpartialoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen, der aus einem inerten nicht-porösen Träger und wenigstens einer darauf aufgebrachten Schicht besteht, die als katalytisch aktive Masse eine Silber-Vanadiumoxid-Bronze umfasst, die wenigstens ein aus der Gruppe Nb, Ce, W, Mn, Ta, Pd, Pt, Ru und/oder Rh ausgewähltes Metall M enthält, und worin das Ag : V-Atomverhältnis 0,15 bis 0,95 und das M : V-Atomverhältnis 0,0005 bis 0,25, vorzugsweise 0,001 bis 0,15, beträgt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung von Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden, bei dem man einen gasförmigen Strom, der einen aromatischen Kohlenwasserstoff und ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas umfasst, bei erhöhter Temperatur mit einem vorstehend definierten Katalysator in Kontakt bringt.
Vorzugsweise liegt das erfindungsgemäße Multimetalloxid in einer Kristallstruktur, deren Pulverröntgendiagramm durch Beugungsreflexe bei den Netzebenenabständen d 15,23 ± 0,6, 12,16 ± 0,4, 10,68 ± 0,3, 3,41 ± 0,04, 3,09 ±0,04, 3,02 ± 0,04, 2,36 ± 0,04 und 1 ,80 ± 0,04 A gekennzeichnet ist.
Die Angabe der Röntgenbeugungsreflexe erfolgt in dieser Anmeldung in Form der von der Wellenlänge der verwendeten Röntgenstrahlung unabhängigen Netzebenenab- stände d[A], die sich aus dem gemessenen Beugungswinkel mittels der Bragg'schen Gleichung errechnen lassen. Im Multimetalloxid der Formel I hat die Variable a vorzugsweise einen Wert von 0,5 bis 1 ,0 und besonders bevorzugt 0,6 bis 0,9, der Wert der Variablen b beträgt vorzugsweise 0 bis 0,1 , und der Wert der Variablen c beträgt vorzugsweise 0,005 bis 0,2, insbesondere 0,01 bis 0,1.
Die Zahl d bestimmt sich aus der Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente im Multimetalloxid der Formel I. Die Zahl e, die ein Maß für den Wassergehalt ist, beträgt vorzugsweise 0 bis 5.
Die spezifische Oberfläche nach BET, gemessen gemäß DIN 66 131, die auf den "Re- commendations 1984" der IUPAC International Union of Pure and Applied Chemistry (s. Pure & Appl. Chem. 57, 603 (1985)) basiert, beträgt in der Regel mehr als 1 m2/g, bevorzugt 3 bis 250 m2/g, insbesondere 10 bis 250 m2/g und besonders bevorzugt 20 bis 80 m2/g.
Als Metalle M sind Nb, Ce, W, Mn und Ta, insbesondere Ce und Mn, bevorzugt, wovon Ce am meisten bevorzugt ist.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Multimetalloxide wird im Allgemeinen eine Suspension von Vanadiumpentoxid (V2O5) mit der Lösung einer Silberverbindung und einer Lösung einer Verbindung der Metallkomponente M sowie gegebenenfalls der Lösung einer Verbindung von Q erhitzt. Als Lösungsmittel für diese Umsetzung können polare organische Lösungsmittel, wie Polyole, Polyether oder Amine, z. B. Pyridin, dienen, bevorzugt wird als Lösungsmittel Wasser verwendet. Als Silbersalz wird bevorzugt Silbernitrat verwendet, die Verwendung anderer löslicher Silbersalze, z. B. Silberace- tat, Silberperchlorat oder Silberfluorid ist ebenfalls möglich.
Sofern mitverwendet, können das oder die Elemente Q aus der Gruppe P, As, Sb und/oder Bi in elementarer Form oder als Oxide oder Hydroxide eingesetzt werden. Vorzugsweise werden sie jedoch in Form ihrer löslichen Verbindungen, vor allem ihrer organischen oder anorganischen wasserlöslichen Verbindungen eingesetzt. Besonders bevorzugt sind hierunter die anorganischen wasserlöslichen Verbindungen, vor allem die Alkali- und Ammoniumsalze und insbesondere die teilneutralisierten oder freien Säuren dieser Elemente wie Phosphorsäure, Arsenwasserstoffsäure, Antimonwasserstoffsäure, die Ammoniumhydrogenphosphate, -arsenate, -antimonate und -bismutate und die Alkalihydrogenphosphate, -arsenate, -antimonate und -bismutate. Ganz besonders bevorzugt verwendet man als Element Q Phosphor für sich allein, insbesondere in Form von Phosphorsäure, phosphoriger Säure, hypophosphoriger Säure, Ammoniumphosphat oder Phosphorsäureester und vor allem als Ammoniumdihydro- genphosphat. Als Salze der Metallkomponente M werden in der Regel solche gewählt, die im verwendeten Lösungsmittel löslich sind. Wird Wasser als Lösungsmittel bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Multimetalloxide verwendet, können beispielsweise die Perchlorate oder Carboxylate, insbesondere die Acetate, der Metallkomponente M eingesetzt werden. Bevorzugt werden die Nitrate der betreffenden Metallkomponente M verwendet, insbesondere Cemitrat oder Mangannitrat.
Die Umsetzung des V2O5 mit der Silberverbindung, der Verbindung der Metallkomponente M und gegebenenfalls Q kann im Allgemeinen bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden. In der Regel wird die Umsetzung bei Temperaturen von 20 bis 375 °C, vorzugsweise bei 20 bis 100 °C und besonders bevorzugt bei 60 bis 100 °C vorgenommen. Liegt die Temperatur der Umsetzung oberhalb der Temperatur des Siedepunktes des verwendeten Lösungsmittels, wird die Umsetzung zweckmäßigerweise unter dem Eigendruck des Reaktionssystems in einem Druckgefäß ausgeführt. Vorzugsweise werden die Reaktionsbedingungen so gewählt, dass die Umsetzung bei Atmosphärendruck durchgeführt werden kann. Die Dauer dieser Umsetzung kann in Abhängigkeit von der Art der umgesetzten Ausgangsmaterialien und den angewandten Temperaturbedingungen 10 Minuten bis 3 Tage betragen. Eine Verlängerung der Reaktionszeit der Umsetzung, beispielsweise auf 5 Tage und mehr, ist möglich. In der Regel wird die Umsetzung des V2O5 mit der Silberverbindung, der Verbindung der Metallkomponente M zum erfindungsgemäßen Multimetalloxid während eines Zeitraums von 6 bis 24 Stunden durchgeführt. Bei der Umsetzung verändert sich die orangerote Farbe der V2θ5-Suspension und es bildet sich die neue Verbindung in Form einer dunkelbraunen Suspension.
Je nach der gewünschten chemischen Zusammensetzung des Multimetalloxids der Formel I werden zu dessen Herstellung die sich aus a und c von Formel I ergebenden Mengen von V2O5, Silberverbindung sowie der Verbindung der Metallkomponente M miteinander umgesetzt. So wird im Allgemeinen die Silberverbindung mit dem Vanadi- umpentoxid in einem Mengenverhältnis umgesetzt, das einem Atomverhältnis Ag : V von 0,15 bis 0,95, vorzugsweise von 0,25 bis 0,5 entspricht, entsprechend einem Wert für a in Formel I von 0,3 bis 1 ,9 bzw. 0,5 bis 1 ,0. Besonders bevorzugt wird die Silberverbindung bezüglich des Vanadiumpentoxids in einer Menge zugesetzt, die einem Atomverhältnis Ag : V von 0,3 bis 0,45 entspricht, entsprechend einem Wert für a in Formel I von 0,6 bis 0,9. Die Verbindung der Metallkomponente M wird im Allgemeinen in einer Menge von 0,0005 bis 0,25, vorzugsweise 0,001 bis 0,1, bezogen auf V2O5, eingesetzt. Nach beendeter Umsetzung wird dabei das erfindungsgemäße Multimetalloxid mit faserförmiger Kristallmorphologie erhalten.
Das so gebildete erfindungsgemäße Multimetalloxid kann aus der Reaktionsmischung isoliert und bis zur weiteren Verwendung gelagert werden. Die Isolierung des Multime- talloxids kann z. B. durch Abfiltrieren der Suspension und Trocknen des erhaltenen Feststoffs erfolgen, wobei die Trocknung sowohl in herkömmlichen Trocknern, aber auch z. B. in Gefriertrocknern durchgeführt werden kann. Besonders vorteilhaft wird die Trocknung der erhaltenen Multimetalloxid-Suspension mittels Sprühtrocknung durchgeführt. Es kann vorteilhaft sein, das bei der Umsetzung erhaltene Multimetalloxid vor dessen Trocknung salzfrei zu waschen. Die Sprühtrocknung wird im Allgemeinen unter Atmosphärendruck oder vermindertem Druck vorgenommen. Je nach angewandtem Druck und verwendetem Lösungsmittel bestimmt sich die Eingangstemperatur des Trocknungsgases - im Allgemeinen wird als solches Luft verwendet, es können aber selbstverständlich auch andere Trocknungsgase wie Stickstoff oder Argon, benutzt werden. Die Eingangstemperatur des Trocknungsgases in den Sprühtrockner wird vorteilhaft so gewählt, dass die Ausgangstemperatur des durch Verdampfung des Lösungsmittels abgekühlten Trocknungsgases 200 °C für einen längeren Zeitraum nicht übersteigt. In der Regel wird die Ausgangstemperatur des Trocknungsgases auf 50 bis 150 °C, vorzugsweise 100 bis 140 °C eingestellt. Falls eine Lagerung des Multimetall- oxids nicht beabsichtigt ist, kann die erhaltene Multimetalloxid-Suspension auch ohne vorherige Isolierung und Trocknung des Multimetalloxids der weiteren Verwendung zugeführt werden, beispielsweise zur Herstellung der erfindungsgemäßen Präkatalysatoren durch Beschichtung.
Die erfindungsgemäßen Multimetalloxide werden als Vorläuferverbindung zur Herstellung der katalytisch aktiven Masse von Katalysatoren, wie sie zur Gasphasenoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas eingesetzt werden, verwendet.
Auch wenn die erfindungsgemäßen Multimetalloxide vorzugsweise für die Herstellung so genannter Schalenkatalysatoren eingesetzt werden, können sie auch als Vorläuferverbindung zur Herstellung herkömmlicher Trägerkatalysatoren oder von Vollkatalysatoren, also Katalysatoren die kein Trägermaterial enthalten, verwendet werden.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Katalysatoren zur partiellen Oxidation aromatischer Kohlenwasserstoffe zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden aus den erfindungsgemäßen Multimetalloxiden erfolgt zweckmäßigerweise über die Stufe eines so genannten "Präkatalysators", der als solcher gelagert und gehandelt werden kann und aus dem der aktive Katalysator entweder durch thermische Behandlung hergestellt oder in situ im Oxidationsreaktor unter den Bedingungen der Oxidationsreaktion erzeugt werden kann. Bei dem Präkatalysator handelt es sich somit um eine Vorstufe des Katalysators, der aus einem inerten nicht-porösen Trägermaterial und wenigstens einer darauf schalenförmig aufgebrachten Schicht besteht, wobei diese Schicht vorzugsweise 30 bis 100 Gew.-%, insbesondere 50 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht dieser Schicht, eines Multimetalloxids gemäß Formel I enthalten. Besonders bevorzugt besteht die Schicht vollständig aus einem Multimetalloxid gemäß Formel I. Enthält die katalytisch aktive Schicht außer dem Multimetalloxid gemäß Formel I noch weitere Komponenten, können dies z. B. Inertmaterialien, wie Siliciumcarbid oder Steatit, oder aber auch sonstige bekannte Katalysatoren zur Oxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden auf Vanadiumoxid/Anatas-Basis sein. Vorzugsweise enthält der Präkatalysator 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Präkatalysators, Multimetalloxid.
Als inertes nicht-poröses Trägermaterial für die erfindungsgemäßen Präkatalysatoren und Schalenkatalysatoren können praktisch alle Trägermaterialien des Standes der Technik, wie sie vorteilhaft bei der Herstellung von Schalenkatalysatoren für die Oxidation aromatischer Kohlenwasserstoffe zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden eingesetzt werden, Verwendung finden, beispielsweise Quarz (SiO2), Porzellan, Magnesiumoxid, Zinndioxid, Siliciumcarbid, Rutil, Tonerde (AI2O3), Aluminiumsilikat, Steatit (Magnesiumsilikat), Zirkoniumsilikat, Cersilikat oder Mischungen dieser Trägermaterialien. Der Ausdruck "nicht-porös" ist dabei im Sinne von "bis auf technisch unwirksame Mengen an Poren nicht-porös" zu verstehen, da technisch unvermeidlich eine geringe Anzahl Poren im Trägermaterial, das idealerweise keine Poren enthalten sollte, vorhanden sein können. Als vorteilhafte Trägermaterialien sind insbesondere Steatit und Siliciumcarbid hervorzuheben. Die Form des Trägermaterials ist für die erfindungsgemäßen Präkatalysatoren und Schalenkatalysatoren im Allgemeinen nicht kritisch. Beispielsweise können Katalysatorträger in Form von Kugeln, Ringen, Tabletten, Spiralen, Röhren, Extrudaten oder Splitt verwendet werden. Die Dimensionen dieser Katalysatorträger entsprechen denen üblicherweise zur Herstellung von Schalenkatalysatoren für die Gasphasenpartialoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen verwendeten Katalysatorträgern. Wie erwähnt, können die vorstehend genannten Trägermaterialien in Pulverform auch der katalytisch aktiven Masse der erfindungsgemäßen Schalenkatalysatoren zugemischt werden.
Zur schalenförmigen Beschichtung des inerten Trägermaterials mit dem erfindungsgemäßen Multimetalloxid können im Prinzip bekannte Methoden des Standes der Technik angewandt werden. Beispielsweise kann die bei der Umsetzung des Vanadium- pentoxids mit einer Silberverbindung, einer Verbindung der Metallkomponente M und gegebenenfalls Q erhaltene Suspension gemäß den Verfahren von DE-A 16 92938 und DE-A 1769998 in einer beheizten Dragiertrommel bei erhöhter Temperatur auf den aus inertem Trägermaterial bestehenden Katalysatorträger aufgesprüht werden, bis die gewünschte Menge an Multimetalloxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Präkatalysators erreicht ist. Anstelle von Dragiertrommeln können analog zu DE- A 21 06 796 auch Wirbelbettbeschichter, wie sie in DE-A 12 80 756 beschrieben sind, zur schalenförmigen Aufbringung des erfindungsgemäßen Multimetalloxids auf den Katalysatorträger eingesetzt werden. Anstelle der erhaltenen Suspension des erfindungsgemäßen Multimetalloxids, kann, besonders bevorzugt, eine Aufschlämmung des nach Isolierung und Trocknung erhaltenen Pulvers des erfindungsgemäßen Multimetalloxids bei diesen Beschichtungsverfahren verwendet werden. Analog EP-A 744 214 können der Suspension des erfindungsgemäßen Multimetalloxids, wie sie bei dessen Herstellung entsteht, oder einer Aufschlämmung eines Pulvers des erfindungsgemäßen, getrockneten Multimetalloxids in Wasser, einem organischen Lösungsmittel, wie höheren Alkoholen, mehrwertigen Alkoholen, z. B. Ethylenglykol, 1 ,4-Butandiol oder Glycerin, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, N-Methyl- pyrrolidon oder cyclischen Harnstoffen, wie N.N'-Dimethylethylenhamstoff oder N,N'- Dimethylpropylenhamstoff, oder in Mischungen dieser organischen Lösungsmittel mit Wasser, organische Bindemittel, bevorzugt Copolymere, gelöst oder vorteilhaft in Form einer wässrigen Dispersion zugesetzt werden, wobei im Allgemeinen Bindemittelgehalte von 10 bis 20 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt der Suspension oder Aufschlämmung des erfindungsgemäßen Multimetalloxids angewandt werden. Geeignete Bindemittel sind z. B. Vinylacetat/Vinyllaurat-, Vinylacetat/Acrylat-, Styrol/Acrylat-, Vinylacetat/Maleat- oder Vinylacetat/Ethylen-Copolymere. Werden als Bindemittel organische Copolymer-Polyester, z. B. auf Basis von Acrylat/Dicarbonsäurean- hydrid/Alkanolamin, in einer Lösung in einem organischen Lösungsmittel der Aufschlämmung des erfindungsgemäßen Multimetalloxids zugesetzt, kann analog zur Lehre der DE-A 198 23262.4 der Gehalt an Bindemittel auf 1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf den Feststoffgehalt der Suspension oder Aufschlämmung, verringert werden.
Bei der Beschichtung des Katalysatorträgers mit den erfindungsgemäßen Multimetall- oxiden werden im Allgemeinen Beschichtungstemperaturen von 20 bis 500 °C angewandt, wobei die Beschichtung in der Beschichtungsapparatur unter Atmosphärendruck oder unter reduziertem Druck erfolgen kann. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Präkatalysatoren wird die Beschichtung im Allgemeinen bei 0 °C bis 200 °C, vorzugsweise bei 20 bis 150 °C, insbesondere bei Raumtemperatur bis 100 °C durchgeführt. Bei der Beschichtung des Katalysatorträgers mit einer feuchten Suspension der erfindungsgemäßen Multimetalloxide kann es zweckmäßig sein, höhere Beschichtungstemperaturen, z. B. Temperaturen von 200 bis 500 °C, anzuwenden. Bei den vorstehend genannten tieferen Temperaturen kann bei Verwendung eines polymeren Bindemittels bei der Beschichtung ein Teil des Bindemittels in der auf dem Katalysatorträger aufgetragenen Schicht verbleiben.
Bei einer späteren Umwandlung des Präkatalysators in einen erfindungsgemäßen Schalenkatalysator durch thermische Behandlung bei Temperaturen über 200 bis 500 °C entweicht das Bindemittel durch thermische Zersetzung und/oder Verbrennung aus der aufgetragenen Schicht. Die Umwandlung des Präkatalysators in einen erfin- dungsgemäßen Schalenkatalysator kann auch durch thermische Behandlung bei Temperaturen über 500 °C erfolgen, beispielsweise bei Temperaturen bis 650 °C, vorzugsweise wird die thermische Behandlung bei Temperaturen von über 200 bis 500 °C, insbesondere bei 300 bis 450 °C durchgeführt.
Oberhalb 200 °C, insbesondere bei Temperaturen von mehr als 300 °C, zersetzen sich die erfindungsgemäßen Multimetalloxide unter Ausbildung von katalytisch aktiven Silber-Vanadiumoxid-Bronzen.
Unter Silber-Vanadiumoxid-Bronzen werden Silber-Vanadiumoxid-Verbindungen mit einem atomaren Ag : V-Verhältnis von weniger als 1 verstanden. Es handelt sich im Allgemeinen um halbleitende oder metallisch leitfähige, oxidische Festkörper, die bevorzugt in Schicht- oder Tunnelstrukturen kristallisieren, wobei das Vanadium im [V2O5]-Wirtsgitter teilweise reduziert zu V(IV) vorliegt.
Bei entsprechend hohen Beschichtungstemperaturen kann bereits ein Teil der auf den Katalysatorträger aufgetragenen Multimetalloxide zu katalytisch aktiven Silber- Vanadiumoxid-Bronzen und/oder bezüglich ihrer Struktur kristallographisch nicht aufgeklärten Silber-Vanadiumoxid-Verbindungen, die in die genannten Silber- Vanadiumoxid-Bronzen umgewandelt werden können, zersetzt werden. Bei Beschichtungstemperaturen von 300 bis 500 °C läuft diese Zersetzung praktisch vollständig ab, so dass bei einer Beschichtung bei 300 bis 500 °C der erfindungsgemäße Schalenkatalysator ohne Durchlaufen der Vorstufe des Präkatalysators erhalten werden kann.
Die erfindungsgemäßen Schalenkatalysatoren werden bevorzugt aus den erfindungsgemäßen Präkatalysatoren hergestellt oder aus diesen Präkatalysatoren im Reaktor für die Oxidation der aromatischen Kohlenwasserstoffe in situ erzeugt.
Bei der thermischen Behandlung der erfindungsgemäßen Präkatalysatoren bei Temperaturen von über 200 bis 650 °C, vorzugsweise bei über 250 bis 500 °C, insbesondere bei 300 bis 450 °C, zersetzen sich die im Präkatalysator enthaltenen Multimetalloxide zu Silber-Vanadiumoxid-Bronzen. Diese Umwandlung der im Präkatalysator enthaltenen erfindungsgemäßen Multimetalloxide zu Silber-Vanadiumoxid-Bronzen findet insbesondere auch in situ im Reaktor zur Gasphasenpartialoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden, beispielsweise im Reaktor zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid aus o-Xylol und/oder Naphthalin, bei den dabei im Allgemeinen angewandten Temperaturen von 300 bis 450 °C statt, wenn man anstelle des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators einen erfindungsgemäßen Präkatalysator bei dieser Umsetzung einsetzt. Bis zum Ende der Umwandlung des erfindungsgemäßen Multimetalloxids zu den Silber- Vanadiumoxid-Bronzen ist dabei in der Regel ein steter Anstieg der Selektivität des Schalenkatalysators zu beobachten. Die dabei entstehenden Silber-Vanadiumoxid- Bronzen sind somit ein katalytisch aktiver Bestandteil der katalytisch aktiven Schicht des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators.
Die thermische Umwandlung der erfindungsgemäßen Multimetalloxide zu Silber- Vanadiumoxid-Bronzen verläuft über eine Reihe von Reduktions- und Oxidationsreak- tionen, die im Einzelnen noch nicht verstanden sind.
Eine andere Möglichkeit zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schalenkatalysators besteht in der thermischen Behandlung des erfindungsgemäßen Multimetalloxid- pulvers bei Temperaturen von oberhalb 200 bis 650 °C und der Beschichtung des inerten nicht-porösen Katalysatorträgers, gegebenenfalls unter Zusatz eines Bindemittels, mit der hierbei erhaltenen Silber-Vanadiumoxid-Bronze.
Besonders bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Schalenkatalysatoren allerdings aus den erfindungsgemäßen Präkatalysatoren einstufig oder gegebenenfalls, nach einer thermischen Behandlung im Zuge oder nach der Beschichtung des Katalysatorträgers, mehrstufig, insbesondere einstufig, jeweils in situ im Oxidationsreaktor unter den Bedingungen der Oxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden, erzeugt.
Die katalytisch aktive Schale des erfindungsgemäß hergestellten Schalenkatalysators enthält im Allgemeinen 30 bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 50 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der katalytisch aktiven Schale, der so erzeugten Silber- Vanadiumoxid-Bronzen, wobei das Silber und das Vanadium in der katalytisch aktiven Schale im Allgemeinen in einem Atomverhältnis Ag : V von 0,15 bis 0,95, vorzugsweise von 0,25 bis 0,5 und besonders bevorzugt von 0,3 bis 0,45 vorliegen. Besonders bevorzugt besteht die katalytisch aktive Schicht der erfindungsgemäßen Schalenkatalysatoren vollständig aus den erfindungsgemäß erzeugten Silber-Vanadiumoxid-Bronzen. Enthält die katalytisch aktive Schicht oder Schichten außer den erfindungsgemäß erzeugten Silber-Vanadiumoxid-Bronzen noch weitere Komponenten, können dies z. B. Inertmaterialien des Standes der Technik, wie Siliciumcarbid oder Steatit, sein oder aber auch nicht-erfindungsgemäße Katalysatorverbindungen zur Oxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden z. B. auf Vanadiumpentoxid/Anatas-Basis, wie sie eingangs beispielhaft bei der Schilderung des Standes der Technik erwähnt wurden. Die Schichtdicke der die katalytisch aktiven Bestandteile enthaltenden Katalysatorschale beträgt im Allgemeinen 10 bis 250 mm. Dies gilt auch, falls die Katalysatorschale aus mehreren, nacheinander aufgetragenen Schichten besteht. Die BET-Oberfläche der erfindungsgemäßen Schalenkatalysatoren beträgt im Allgemeinen 2 bis 100 m2/g, vorzugsweise 2 bis 40 m2/g und besonders bevorzugt 3 bis 20 m2/g.
Die erfindungsgemäßen Schalenkatalysatoren werden für die partielle Oxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden, insbesondere zur Gasphasenpartialoxidation von o-Xylol und/oder Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid oder von Toluol zu Benzoesäure und/oder Benzaldehyd, mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas verwendet. Die erfindungsgemäßen Katalysatoren können zu diesem Zweck alleine oder in Kombination mit anderen, unterschiedlich aktiven Katalysatoren, beispielsweise Katalysatoren des Standes der Technik auf Vanadiumoxid/Anatas-Basis, eingesetzt werden, wobei die unterschiedlichen Katalysatoren im Allgemeinen in separaten Katalysatorschüttungen, die in einem oder mehreren Katalysatorfestbetten angeordnet sein können, im Reaktor angeordnet werden.
Die erfindungsgemäßen Schalenkatalysatoren oder Präkatalysatoren werden hierzu in die Reaktionsrohre eines Röhrenreaktors gefüllt, die von außen, z. B. mittels einer Salzschmelze, auf die Reaktionstemperatur thermostatisiert werden. Wird anstelle des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators ein erfindungsgemäßer Präkatalysator eingesetzt, entsteht daraus unter den Temperaturbedingungen der partiellen Oxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden, insbesondere bei der Partialoxidation von o-Xylol und/oder Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid oder bei der Partialoxidation von Toluol zu Benzoesäure und Benzaldehyd, ein erfindungsgemäßer Schalenkatalysator. Über die so bereitete Kata- lysatorschüttung wird das Reaktionsgas bei Temperaturen von 100 bis 650 °C und vorzugsweise 250 bis 480 °C und bei einem Überdruck von im Allgemeinen 0,1 bis 2,5 bar, vorzugsweise von 0,3 bis 1 ,5 bar mit einer Raumgeschwindigkeit von im Allgemeinen 750 bis 5000 h" geleitet.
Das dem Katalysator zugeführte Reaktionsgas wird im Allgemeinen durch Vermischen von einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas, das außer Sauerstoff noch geeignete Reaktionsmoderatoren und/oder Verdünnungsmittel, wie Wasserdampf, Kohlendioxid und/oder Stickstoff, enthalten kann, mit dem zu oxidierenden, aromatischen Kohlenwasserstoff erzeugt, wobei das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas im Allgemeinen 1 bis 100 Vol.-%, vorzugsweise 2 bis 50 Vol.-% und besonders bevorzugt 10 bis 30 Vol.-% Sauerstoff, 0 bis 30 Vol.-%, vorzugsweise 0 bis 20 Vol.-% Wasserdampf sowie 0 bis 50 Vol.-%, vorzugsweise 0 bis 1 Vol.-% Kohlendioxid, Rest Stickstoff, enthalten kann. Zur Erzeugung des Reaktionsgases wird das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas im Allgemeinen mit 30 bis 300 g je Nm3, bevorzugt mit 70 bis 150 g je Nm3 Gas des zu oxidierenden aromatischen Kohlenwasserstoffs beschickt. Besonders vorteilhaft wird als molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas Luft verwendet
Vorteilhaft wird die Gasphasenpartialoxidation so durchgeführt, dass man zwei oder mehr Zonen, vorzugsweise zwei Zonen, der im Reaktionsrohr befindlichen Katalysator- schüttung auf unterschiedliche Reaktionstemperaturen thermostatisiert, wozu beispielsweise Reaktoren mit getrennten Salzbädern, wie sie in DE-A 2201 528 oder DE-A 28 30 765 beschrieben sind, eingesetzt werden können. Wird die Umsetzung in zwei Reaktionszonen durchgeführt, wie in DE-A 40 13 051 beschrieben, wird im Allgemeinen die zum Gaseintritt des Reaktionsgases hin gelegene Reaktionszone, welche im Allgemeinen 30 bis 80 Vol.-% des gesamten Katalysatorvolumens umfasst, auf eine um 1 bis 20 °C, vorzugsweise um 1 bis 10 °C und insbesondere um 2 bis 8 °C höhere Reaktionstemperatur als die zum Gasaustritt hin gelegene Reaktionszone thermostatisiert. Eine solche Arbeitsweise wird als Zwei- oder Mehrzonenstrukturie- rung des Reaktors bezeichnet. Alternativ kann die Gasphasenoxidation auch ohne Aufteilung in Temperaturzonen bei einer einheitlichen Reaktionstemperatur durchgeführt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zur partiellen Oxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen zu Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden, die sich besonders vorteilhaft für die Herstellung von Phthalsäureanhydrid aus o-Xylol und/oder Naphthalin erweist, wird der aromatische Kohlenwasserstoff zunächst an einer Schüttung des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators unter Teilumsatz zu einem Reaktionsgemisch umgesetzt. Das erhaltene Reaktionsgemisch oder eine Fraktion davon kann man dann mit wenigstens einem weiteren Katalysator in Kontakt bringen, dessen katalytisch aktive Masse Vanadiumpentoxid und Anatas enthält.
Vorzugsweise leitet man den gasförmigen Strom nacheinander über ein Bett eines stromaufwärts gelegenen Katalysators und ein Bett eines stromabwärts gelegenen Katalysators leitet, wobei das Bett des stromaufwärts gelegenen Katalysators einen erfϊndungsgemäßen Katalysator enthält und das Bett des stromabwärts gelegenen Katalysators wenigstens einen Katalysator enthält, dessen katalytisch aktive Masse Vanadiumpentoxid und Anatas enthält. Im Allgemeinen enthält die katalytisch aktive Masse des stromabwärts gelegenen Katalysators 1 bis 40 Gew.-% Vanadiumoxid, berechnet als V O5, 60 bis 99 Gew.-% Titandioxid, berechnet als TiO2, bis zu 1 Gew.-% einer Cäsiumverbindung, berechnet als Cs, bis zu 1 Gew.-% einer Phosphorverbindung, berechnet als P, und bis zu 10 Gew.-% Antimonoxid, berechnet als Sb2O3. Mit Vorteil umfasst das Bett des stromabwärts gelegenen Katalysators wenigstens zwei Lagen von Katalysatoren, deren katalytisch aktive Masse unterschiedlichen Cs-Gehalt aufweist, wobei der Cs-Gehalt im Strömungsrichtung des gasförmigen Stroms abnimmt. Im Fall der Herstellung von Phthalsäureanhydrid aus o-Xylol enthält das teilumgesetzte Reaktionsgemisch z. B. Phthalsäureanhydrid und andere Oxidationsprodukte, wie o-Tolylaldehyd, o-Tolylcarbonsäure und Phthalid, und nicht umgesetztes o-Xylol. Es kann dann weiterverarbeitet werden, indem entweder
a) das o-Xylol vom Phthalsäureanhydrid und den anderen Oxidationsprodukten, die Intermediate auf dem Reaktionsweg von o-Xylol zu Phthalsäureanhydrid sind, abgetrennt und zurückgeführt wird und der Strom aus Phthalsäureanhydrid und Intermediaten einer oder mehreren weiteren Katalysatorschüttungen mit z. B. einem Schalenkatalysator auf Vanadiumoxid/Anatas-Basis zugeführt wird, wo die Intermediate selektiv zu Phthalsäureanhydrid oxidiert werden; oder indem
b) das Produktgemisch ohne weitere Aufarbeitung, d. h. ohne o-Xylol-Abtrennung, über eine zweite oder gegebenenfalls über weitere Katalysatorschüttungen geleitet wird.
Durch diese Art der Reaktionsführung wird insgesamt eine deutlich höhere Phthalsäu- reanhydrid-Ausbeute erzielt als bei alleiniger Verwendung von Katalysatorsystemen auf Vanadiumoxid/Anatas-Basis, da die erfindungsgemäßen Schalenkatalysatoren o- Xylol und/oder Naphthalin wesentlich selektiver zu Phthalsäureanhydrid bzw. den vorstehend genannten Intermediaten oxidieren können.
Auf analoge Weise kann bei der Oxidation von Toluol zu Benzaldehyd und/oder Benzoesäure verfahren werden. Benzaldehyd findet beispielsweise als Aromastoff Verwendung.
Beispiele
A Katalysatoren
A.1 Ce0,o2Ago, ιV Ox (erfindungsgemäßer Katalysator)
In 7 I vollentsalztes Wasser von 60 °C wurden 102 g V2O5 (= 0,56 Mol) unter Rühren zugegeben. Die Suspension wurde mit eine wässrigen Lösung von 4,94 g CeNO3 * 6 H2O (= 0,011 Mol, Aldrich, Reinheit 99 %) versetzt. In die erhaltene orangefarbene Suspension wurde unter weiterem Rühren eine wässrige Lösung von 68 g AgNO3 (= 0,398 Mol) in 1 I Wasser zugegeben. Anschließend wurde die Temperatur der erhaltenen Suspension innerhalb von 2 Stunden auf 90 °C erhöht und bei dieser Temperatur die Mischung 24 Stunden gerührt. Danach wurde die erhaltene dunkelbraune Sus- pension abgekühlt und sprühgetrocknet (Eingangstemperatur (Luft) = 350 °C, Ausgangstemperatur (Luft) = 110 °C).
Das erhaltene Pulver hatte eine spezifische Oberfläche nach BET von 61 m2/g. Vom erhaltenen Pulver wurde ein Pulverröntgendiagramm mit Hilfe eines Diffraktometers D 5000 der Firma Siemens unter Anwendung von Cu-Kα-Strahlung (40 kV, 30 mA) aufgenommen. Das Diffraktometer war mit einem automatischen Primär- und Sekundär- blendensystem sowie einm Sekundär-Monochromator und Szirttillationsdetektor ausgestattet. Aus dem Pulverröntgendiagramm wurden die folgenden Netzebenenabstän- de d [A] mit den dazugehörigen relativen Intensitäten lreι [%] erhalten: 15,04 (11 ,9), 11 ,99 (8,5), 10,66 (15,1), 5,05 (12,5), 4,35 (23), 3,85 (16,9), 3,41 (62,6), 3,09 (55,1 ), 3,02 (100), 2,58 (23,8), 2,48 (27,7), 2,42 (25,1), 2,36 (34,2), 2,04 (26,4), 1 ,93 (33,2), 1 ,80 (35,1), 1 ,55 (37,8).
A.2 Mno,o2Ago, ιV2Ox (erfindungsgemäßer Katalysator)
In 7 I vollentsalztes Wasser von 60 °C wurden 102 g V2O5 (= 0,56 Mol) unter Rühren zugegeben. Die Suspension wurde mit eine wässrigen Lösung von 2,76 g Mn(NO3)2 * 4 H2O (= 0,011 Mol, Chempur, Reinheit 98,5 %) versetzt. In die erhaltene orangefarbene Suspension wurde unter weiterem Rühren eine wässrige Lösung von 68 g AgNO3 (= 0,398 Mol) in 1 I Wasser zugegeben. Anschließend wurde die Temperatur der erhaltenen Suspension innerhalb von 2 Stunden auf 90 °C erhöht und bei dieser Temperatur die Mischung 24 Stunden gerührt. Danach wurde die erhaltene dunkelbraune Suspension abgekühlt und sprühgetrocknet (Eingangstemperatur (Luft) = 350 °C, Ausgangstemperatur (Luft) = 110 °C).
Das erhaltene Pulver hatte eine spezifische Oberfläche nach BET von 58 m2/g. Vom erhaltenen Pulver wurde ein Pulverröntgendiagramm aufgenommen. Aus dem Pulverröntgendiagramm wurden die folgenden Netzebenenabstände d [Ä] mit den dazugehörigen relativen Intensitäten [%] erhalten: 15,09 (6,8), 11 ,98 (5,7), 10,61 (9,4), 4,36 (16,8), 3,84 (14,7), 3,40 (81 ,7), 3,09 (61 ,1), 3,01 (100), 2,58 (26,4), 2,47 (27,9), 2,41 (21 ,6), 2,36 (37,8), 2,04 (32,2), 1 ,93 (28,9), 1 ,80 (42,2), 1 ,55 (43,4).
A.3 Ag0, 3V2Ox (Vergleichskatalysator)
In 7 I vollentsalztes Wasser von 60 °C wurden 102 g V2O5 (= 0,56 Mol) unter Rühren zugegeben. In die erhaltene orangefarbene Suspension wurde unter weiterem Rühren eine wässrige Lösung von 69,5 g AgNO3 (= 0,409 Mol) in 1 I Wasser zugegeben. Anschließend wurde die Temperatur der erhaltenen Suspension innerhalb von 2 Stunden auf 90 °C erhöht und bei dieser Temperatur die Mischung 24 Stunden gerührt. Danach wurde die erhaltene dunkelbraune Suspension abgekühlt und sprühgetrocknet (Ein- gangstemperatur (Luft) = 350 °C, Ausgangstemperatur (Luft) = 110 °C). Das erhaltene Pulver hatte eine spezifische Oberfläche nach BET von 56 m2/g.
Für das nachstehende Beispiel B.1 wurden die so hergestellten Pulver wie folgt auf Magnesiumsilikat-Kugeln aufgebracht: 300 g Steatit-Kugeln mit einem Durchmesser von 3,5 bis 4 mm wurden in einer Dragiertrommel bei 20 °C während 20 min mit 40 g des Pulvers und 4,4 g Oxalsäure unter Zusatz von 35,3 g eines 60 Gew.-% Wasser und 40 Gew.-% Glycerin enthaltenden Gemisches beschichtet und anschließend getrocknet. Das Gewicht der so aufgetragenen katalytisch aktiven Masse, bestimmt an einer Probe des erhaltenen Präkatalysators, betrug nach einstündiger Wärmebehandlung bei 400 °C 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des fertigen Katalysators.
Für die Beispiele B.2 bis B.4 wurden die Pulver wie folgt auf Magnesiumsilikat-Ringe aufgebracht: 350 g Steatit-Ringe mit einem äußeren Durchmesser von 7 mm, einer Länge von 3 mm und einer Wandstärke von 1 ,5 mm wurden in einer Dragiertrommel bei 20 °C während 20 min mit 84,4 g des Pulvers und 9,4 g Oxalsäure unter Zusatz von 66,7 g eines 60 Gew.-% Wasser und 40 Gew.-% Glycerin enthaltenden Gemisches beschichtet und anschließend getrocknet. Das Gewicht der so aufgetragenen katalytisch aktiven Masse, bestimmt an einer Probe des erhaltenen Präkatalysators, betrug nach einstündiger Wärmebehandlung bei 450 °C 18 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des fertigen Katalysators.
A.4 Referenzkatalysator (V2θ5/Tiθ2-Zweilagenkatalysator)
1400 g Steatit (Magnesiumsilikat) Ringe mit einem äußeren Durchmesser von 8 mm, einer Länge von 6 mm und einer Wandstärke von 1 ,6 mm wurden in einer Dragiertrommel auf 160 °C erhitzt und zusammen mit 13,8 g eines organischen Binders, bestehend aus einem Copolymer von Acrylsäure/Maleinsäure (Gewichtsverhältnis 75:25), mit einer Suspension aus 466 g Anatas mit einer BET-Oberfläche von 21 m2/g, 67,2 g Vanadyloxalat, 14,4 g Antimontrioxid, 3,15 g Ammoniumhydrogenphosphat, 2,87 g Cäsiumsulfat, 721 g Wasser und 149 g Formamid besprüht. Die auf diese Weise aufgebrachte katalytisch aktive Masse bestand im Mittel aus 0,16 Gew.-% Phosphor (berechnet als P), 7,5 Gew.-% Vanadium (berechnet als V2O5), 3,2 Gew.-% Antimon (berechnet als Sb2O3), 0,40 Gew.-% Cäsium (berechnet als Cs) und 88,74 Gew.-% Titandioxid.
Der so erhaltene Schalenkatalysator wurde in einer Dragiertrommel auf 160 C erhitzt und zusammen mit 14 g eines organischen Binders, bestehend aus einem Copolymer von Acrylsäure/Maleinsäure (Gewichtsverhältnis 75:25), mit einer Suspension aus 502 g Anatas mit einer BET-Oberfläche von 21 m2/g, 35,8 g Vanadyloxalat, 2,87 g Cäsium- sulfat, 720 g Wasser und 198 g Formamid besprüht. Die auf diese Weise aufgebrachte katalytisch aktive Masse bestand im Mittel aus 4,0 Gew.-% Vanadium (berechnet als V2O5), 0,4 Gew.-% Cäsium (berechnet als Cs) und 88,8 Gew.-% Titandioxid. Das Gewicht der aufgetragenen Schichten betrug 9,3 Gew.-% des Gesamtgewichts des fertigen Katalysators.
A.5 Referenzkatalysator (V2θ5/Tiθ2-Katalysator)
1400 g Steatit (Magnesiumsilikat) Ringe mit einem äußeren Durchmesser von 8 mm, einer Länge von 6 mm und einer Wandstärke von 1 ,6 mm wurden in einer Dragiertrommel auf 160 °C erhitzt und mit einer Suspension aus 468 g Anatas mit einer BET- Oberfläche von 21 m2/g, 67,2 g Vanadyloxalat, 16,8 g Antimontrioxid, 2,95 g Ammoni- umhydrogenphosphat, 0,72 g Cäsiumsulfat, 719 g Wasser und 150 g Formamid besprüht, bis das Gewicht der auf getragenen Schicht 10,5 % des Gesamtgewichts des fertigen Katalysators betrug (nach einstündiger Wärmebehandlung bei 450 °C). Die auf diese Weise aufgebrachte katalytisch aktive Masse, also die Katalysatorschale, bestand im Mittel aus 0,15 Gew.-% Phosphor (berechnet als P), 7,5 Gew.-% Vanadium (berechnet als V2O5), 3,2 Gew.-% Antimon (berechnet als Sb2O3), 0,1 Gew.-% Cäsium (berechnet als Cs) und 89,05 Gew.-% Titandioxid.
B Oxidationen
B.1 Herstellung von Phthalsäureanhydrid mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren gemäß Beispiel A.1 und A.2 und dem Vergleichskatalysator gemäß Beispiel A.3
In ein 80 cm langes Eisenrohr mit einer lichten Weite von 16 mm wurden die Katalysatoren A.1, A.2 bzw. A.3 (beschichtete Steatit-Kugeln) bis zu einer Bettlänge von 66 cm eingefüllt. Das Eisenrohr war zur Temperaturregelung mit einem Elektroheizmantel umgeben. Durch das Rohr wurden stündlich von oben nach unten 360 Nl-Luft mit einer Beladung an 98,5 gew.-%igem o-Xylol von 60 g o-Xylol/Nm3 Luft geleitet. In der nachstehenden Tabelle sind die erhaltenen Ergebnisse zusammengefasst.
Tabelle
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1) "COx-Selektivität" entspricht dem Anteil des zu Verbrennungsprodukten (CO, CO2) umgesetzten o-Xylols; die Restselektivität auf 100 % entspricht dem Anteil des zu dem Wertprodukt Phthalsäureanhydrid und den Zwischenprodukten o- Tolylaldehyd, o-Tolylsäure und Phthalid sowie Nebenprodukten wie Maleinsäureanhydrid, Citraconsäureanhydrid und Benzoesäure umgesetzten o-Xylols
An einer Ausbauprobe des Katalysators A.1 wurde eine BET-Oberfläche der Aktivmasse von 6,7 m2/g und eine Vanadium-Oxidationsstufe von 4,63 ermittelt. Aus dem Pulverröntgendiagramm wurden die folgenden Netzebenenabstände d [A] mit den dazugehörigen relativen Intensitäten lreι [%] erhalten: 4,85 (9,8), 3,50 (14,8), 3,25 (39,9), 2,93 (100), 2,78 (36,2), 2,55 (35,3), 2,43 (18,6), 1 ,97 (15,2), 1 ,95 (28,1), 1 ,86 (16,5), 1 ,83 (37,5), 1 ,52 (23,5).
B.2 Herstellung von Phthalsäureanhydrid mit einer Kombination des Vergleichskatalysators gemäß Beispiel A.3 und den Referenzkatalysatoren A.4 und A.5 in einem Rohr
Von unten nach oben wurden jeweils 0,80 m des Katalysators A.5, 1 ,40 m des Katalysators A.4 und anschließend 0,80 m des Präkatalysators A.3 (beschichtete Steatit- Ringe) in ein 3,85 m langes Eisenrohr mit einer lichten Weite von 25 mm eingefüllt. Das Eisenrohr war zur Temperaturregelung von einer Salzschmelze umgeben. Durch das Rohr wurden stündlich von oben nach unten 4,0 Nm3 Luft mit einer Beladung an 98,5 gew.-%igem o-Xylol von 80 g o-Xylol/Nm3 Luft geleitet. Dabei wurde bei einer Salzbadtemperatur von 353 bis 360 °C eine durchschnittliche PSA-Ausbeute von 115,5 Gew.-% erreicht (Ausbeute bedeutet das erhaltene Phthalsäureanhydrid in Gewichtsprozent, bezogen auf 100%iges o-Xylol). Der Umsatz betrug mehr als 99,94 %, der Rest-Phthalid-Gehalt am Reaktorausgang lag bei weniger als 0,35 Gew.-%.
B.3 Herstellung von Phthalsäureanhydrid mit einer Kombination des erfindungsgemäßen Katalysators gemäß Beispiel A.1 und den Referenzkatalysatoren A.4 und A.5 in einem Rohr
Beispiel B.2 wurde wiederholt, wobei jedoch jeweils 0,80 m des Katalysators A.5, 1 ,40 m des Katalysators A.4 und anschließend 0,80 m des Präkatalysators A.1 einge- füllt wurden. Es wurde eine durchschnittliche PSA-Ausbeute von 117,2 Gew.-% erreicht.
B.4 Herstellung von Phthalsäureanhydrid mit einer Kombination des erfindungsgemäßen Katalysators gemäß Beispiel A.2 und den Referenzkatalysatoren A.4 und A.5 in einem Rohr
Beispiel B.3 wurde wiederholt, wobei jedoch jeweils 0,90 m des Katalysators A.5, 1,60 m des Katalysators A.4 und anschließend 0,50 m des Präkatalysators A.1 eingefüllt wurden. Es wurde eine durchschnittliche PSA-Ausbeute von 116,7 Gew.-% erreicht. Der Umsatz betrug mehr als 99,94 %, der Rest-Phthalid-Gehalt am Reaktorausgang lag bei weniger als 0,35 Gew.-%. Dieses Beispiel zeigt, dass bei Venwendung der erfindungsgemäßen Katalysatoren hohe PSA-Ausbeuten auch mit einer gegenüber dem Beispiel B.1 deutlich verkürzten Bettlänge des Silber-Vanadiumoxid-Katalysators erreicht werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Multimetalloxid der allgemeinen Formel I Aga<QbMcV2Od * e H2O, I worin a einen Wert von 0,3 bis 1 ,9 hat,
Q für ein unter P, As, Sb und/oder Bi ausgewähltes Element steht, b einen Wert von 0 bis 0,3 hat,
M für ein unter Nb, Ce, W, Mn, Ta, Pd, Pt, Ru und/oder Rh ist ausgewähltes Metall steht, c einen Wert von 0,001 bis 0,5 hat, mit der Maßgabe, dass (a-c) > 0,1 ist, d eine Zahl, die sich durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in der Formel I bestimmt, bedeutet und e einen Wert von 0 bis 20 hat.
2. Multimetalloxid nach Anspruch 1 , in dem b den Wert 0 hat, und c einen Wert von 0,01 bis 0,1 hat.
3. Multimetalloxid nach Anspruch 1 oder 2, das in einer Kristallstruktur vorliegt, deren Pulverröntgendiagramm durch Beugungsreflexe bei den Netzebenenabstän- den d 15,23 ± 0,6, 12,16 ± 0,4, 10,68 ± 0,3. 3,41 ± 0,04, 3,09 ±0.04, 3,02 ± 0,04, 2,36 ± 0,04 und 1 ,80 ± 0,04 Ä gekennzeichnet ist.
4. Multimetalloxid nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 3 bis 250 m2/g.
5. Multimetalloxid nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in dem M für Ce oder Mn steht.
6. Verwendung eines Multimetalloxids nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung von Präkatalysatoren und Katalysatoren für die Gasphasenpartialoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen.
7. Präkatalysator, der in einen Katalysatoren zur Gasphasenpartialoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen umwandelbar ist, bestehend aus einem inerten nicht-porösen Träger und wenigstens einer darauf aufgebrachten Schicht, die ein Multimetalloxid nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfasst.
8. Präkatalysator nach Anspruch 6, der 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Präkatalysators, Multimetalloxid enthält.
9. Präkatalysator nach Anspruch 7 oder 8, dessen inertes nicht-poröses Trägermaterial aus Steatit besteht.
10. Katalysator zur Gasphasenpartialoxidation von aromatischen Kohlenwasserstoffen, bestehend aus einem inerten nicht-porösen Träger und wenigstens einer darauf aufgebrachten Schicht, die als katalytisch aktive Masse eine Silber- Vanadiumoxid-Bronze umfasst, die wenigstens ein aus der Gruppe Nb, Ce, W, Mn, Ta, Pd, Pt, Ru und/oder Rh ausgewähltes Metall M enthält und worin das Ag : V-Atomverhältnis 0,15 bis 0,95 und das M : V-Atomverhältnis 0,0005 bis 0,25 beträgt.
11. Katalysator nach Anspruch 10, wobei die Silber- Vanadium-Bronze Ce oder Mn enthält.
12. Katalysator nach Anspruch 10 oder 11 mit einer Schicht, deren katalytisch aktive Masse eine BET-Oberfläche von 2 bis 100 m2/g hat.
13. Katalysator nach einem der Ansprüche 10 bis 12, herstellbar aus einer Multime- talloxidmasse nach Anspruch 1 oder einem Präkatalysator nach Anspruch 7.
14. Verfahren zur Herstellung von Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden, bei dem man einen gasförmigen Strom, der einen aromatischen Kohlenwasserstoff und ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas umfasst, bei erhöhter Temperatur mit einem Katalysator nach einem der Ansprüche 10 bis 13 in Kontakt bringt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem man den Katalysator in situ aus einem Präkatalysator nach einem der Ansprüche 7 bis 9 erzeugt.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem man das erhaltene Reaktionsgemisch oder eine Fraktion davon mit wenigstens einem weiteren Katalysator in Kontakt bringt, dessen katalytisch aktive Masse Vanadiumpentoxid und Anatas enthält.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem man den gasförmigen Strom nacheinander über ein Bett eines stromaufwärts gelegenen Katalysators und ein Bett eines stromabwärts gelegenen Katalysators leitet, wobei das Bett des stromaufwärts gelegenen Katalysators einen Katalysator nach Anspruch 10 enthält und das Bett des stromabwärts gelegenen Katalysators wenigstens einen Katalysator enthält, dessen katalytisch aktive Masse Vanadiumpentoxid und Anatas enthält.
18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die katalytisch aktive Masse des stromabwärts gelegenen Katalysators 1 bis 40 Gew.-% Vanadiumoxid, berechnet als V2O5, 60 bis 99 Gew.-% Titandioxid, berechnet als TiO2, bis zu 1 Gew.-% einer Cäsiumverbindung, berechnet als Cs, bis zu 1 Gew.-% einer Phosphorverbindung, berechnet als P, und bis zu 10 Gew.-% Antimonoxid, berechnet als Sb2O3, enthält.
19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem das Bett des stromabwärts gelegenen Katalysators wenigstens zwei Lagen von Katalysatoren umfasst, deren katalytisch aktive Masse unterschiedlichen Cs-Gehalt aufweist, wobei der Cs-Gehalt im Strömungsrichtung des gasförmigen Stroms abnimmt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem man als aromatischen Kohlenwasserstoff o-Xylol oder Naphthalin oder Mischungen aus o-Xylol und Naphthalin zu Phthalsäureanhydrid oxidiert.
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JP2006521492A JP4330626B2 (ja) 2003-07-25 2004-07-23 銀、バナジウムおよび推進剤金属を含有する多金属酸化物およびその使用
BRPI0412840-0A BRPI0412840A (pt) 2003-07-25 2004-07-23 óxido multimetálico, uso do mesmo, pré-catalisador, catalisador, e, processo para a preparação de aldeìdos, ácidos carboxìlicos e/ou anidridos carboxìlicos
MXPA06000687A MXPA06000687A (es) 2003-07-25 2004-07-23 Oxido de multimetal que comprende plata, vanadio y un metal promotor y su uso.
CN2004800215313A CN1829678B (zh) 2003-07-25 2004-07-23 含有银、钒和助催化剂金属的多金属氧化物及其用途
IL173063A IL173063A0 (en) 2003-07-25 2006-01-10 Multi-metal oxide comprising silver, vanadium and a promoter metal and use thereof

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005092496A1 (de) * 2004-03-26 2005-10-06 Basf Aktiengesellschaft Katalysator mit einer silber-vanadiumoxidphase und einer promotorphase
WO2009095216A3 (de) * 2008-02-01 2010-04-29 Josef Breimair Katalysator für die katalytische gasphasenoxidation von aromatischen kohlenwasserstoffen zu aldehyden, carbonsäuren und/oder carbonsäureanhydriden, insbesondere zu phthalsäureanhydrid
FR2939328A3 (fr) * 2008-12-09 2010-06-11 Renault Sas Materiau catalytique de combustion de matiere carbonee
US8106220B2 (en) 2006-05-19 2012-01-31 Basf Se Preparation of phthalic anhydride by gas phase oxidation of O-xylene in a main reactor and postreactor
US8153825B2 (en) 2006-05-19 2012-04-10 Basf Se Preparation of phthalic anhydride by gas phase oxidation of o-xylene
CN108722397A (zh) * 2018-06-05 2018-11-02 青岛科技大学 一种高尔夫球状Ag/TiO2复合多孔微球及其制备方法

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10334132A1 (de) 2003-07-25 2005-04-07 Basf Ag Silber, Vanadium und ein Promotormetall enthaltendes Multimetalloxid und dessen Verwendung
DE102004028930A1 (de) * 2004-06-15 2006-01-05 Basf Ag Silber, Vanadium und ein Element der Phosphorgruppe enthaltendes Multimetalloxid und dessen Verwendung
KR100714606B1 (ko) * 2005-02-25 2007-05-07 주식회사 엘지화학 불포화 알데히드 및/또는 불포화 산의 제조방법
DE102005061382A1 (de) * 2005-12-21 2007-06-28 Basf Ag Umwandlung eines Präkatalysators in eine katalytisch aktive Silber-Vanadiumoxid-Bronze
BRPI0910954A2 (pt) * 2008-04-07 2016-01-05 Basf Se método para iniciar um reator de oxidação em fase gasosa
US8187705B2 (en) * 2010-07-15 2012-05-29 Silberline Manufacturing Company, Inc. Manganese vanadium tantalum oxide and pigments having a black metallic effect coated with the same
WO2016100967A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Dimien Llc Vanadium oxide compositions and systems and methods for creating them
CN107519886A (zh) * 2015-07-31 2017-12-29 烟台智本知识产权运营管理有限公司 一种甲苯选择性氧化催化剂及其制备方法
CN106552622B (zh) * 2015-09-28 2019-12-17 中国石化扬子石油化工有限公司 一种V-Ag-Si-O催化剂、其制备方法及其应用
CN109046412B (zh) * 2018-08-23 2021-05-25 常州新日催化剂股份有限公司 一种正丁烷氧化制顺酐催化剂及其制备方法
US11541374B2 (en) * 2018-09-05 2023-01-03 Sabic Global Technologies B.V. Vanadium oxide supported catalyst for alkane dehydrogenation
CN112221496B (zh) * 2020-10-13 2022-11-04 天津大学 多元金属氧化物基柴油机氧化催化器用催化剂及制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4137259A (en) * 1976-07-09 1979-01-30 Stamicarbon, B.V. Catalytic gas phase oxidation of toluene to benzaldehyde and/or benzoic acid
EP0447267A1 (de) * 1990-03-16 1991-09-18 Nippon Shokubai Co., Ltd. Katalysator zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid
EP0522871A1 (de) * 1991-07-10 1993-01-13 Nippon Shokubai Co., Ltd. Katalysator und Verfahren zur Herstellung von Phtalsäureanhydrid
DE19705326A1 (de) * 1997-02-12 1998-08-13 Basf Ag Verfahren zur selektiven Oxidation von nicht-cyclischen ungesättigten Kohlenwasserstoffen mittels Katalysatoren auf Basis von Silben-Vanadium-Mischoxiden
WO2000027753A1 (de) * 1998-11-10 2000-05-18 Basf Aktiengesellschaft Silber- und vanadiumoxid enthaltendes multimetalloxid und dessen verwendung
WO2001085337A1 (de) * 2000-05-08 2001-11-15 Basf Aktiengesellschaft Silber, vanadium und ein oder mehrere elemente der phosphorgruppe enthaltendes multimetalloxid und dessen verwendung

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1280756B (de) 1965-06-14 1968-10-17 Glatt Werner Wirbelbettwanne zur Behandlung, z. B. Trocknen, koernigen Gutes
DE1692938A1 (de) 1966-03-05 1972-03-16 Reemtsma H F & Ph Verfahren zur Beeinflussung der geschmacklichen Eigenschaften des Tabakrauches
DE1769998B2 (de) 1968-08-20 1977-01-27 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Verfahren zur herstellung von phthalsaeureanhydrid
DE2106796C3 (de) 1971-02-12 1981-09-24 Wacker-Chemie GmbH, 8000 München Verfahren zur Herstellung Festbettkatalysatoren mit einem Überzug aus Vanadiumpentoxid und Titandioxid
BE793928A (fr) 1972-01-13 1973-05-02 Deggendorfer Werft Eisenbau Appareil pour la mise en oeuvre de processus chimiques exothermiques et endothermiques
AU529228B2 (en) 1977-07-13 1983-06-02 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co. Ltd. Catalytic vapour phase oxidation
BG40018A1 (en) 1983-07-01 1986-10-15 Nikolov Reactor for carrying out high exothermic and endothermic catalytic processes
DE4013051A1 (de) 1990-04-24 1991-11-07 Basf Ag Verfahren zur herstellung von phthalsaeureanhydrid aus o-xylol
DE19519172A1 (de) 1995-05-24 1996-11-28 Consortium Elektrochem Ind Trägerkatalysator für Gasphasenoxidationsreaktoren
US6225007B1 (en) * 1999-02-05 2001-05-01 Nanogram Corporation Medal vanadium oxide particles
DE19823262A1 (de) 1998-05-26 1999-12-02 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid
US6919472B2 (en) * 2001-12-21 2005-07-19 Saudi Basic Industries Corporation Catalyst compositions for the selective conversion of alkanes to unsaturated carboxylic acids, methods of making and methods of using thereof
EP1356864A1 (de) * 2002-04-18 2003-10-29 Ford Global Technologies, Inc., A subsidiary of Ford Motor Company Platingruppenmetalfreie katalytische Beschichtungen für Abgas-Partikelfilter
DE10323818A1 (de) 2003-05-23 2004-12-09 Basf Ag Katalysatorsysteme zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid
DE10323817A1 (de) 2003-05-23 2004-12-09 Basf Ag Verfahren zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid
DE10323461A1 (de) 2003-05-23 2004-12-09 Basf Ag Herstellung von Aldehyden, Carbonsäuren und/oder Carbonsäureanhydriden mittels Vanadiumoxid, Titandioxid und Antimonoxid enthaltender Katalysatoren
DE10334132A1 (de) 2003-07-25 2005-04-07 Basf Ag Silber, Vanadium und ein Promotormetall enthaltendes Multimetalloxid und dessen Verwendung
DE10335346A1 (de) 2003-08-01 2005-02-24 Basf Ag Katalysator für Gasphasenoxidationen
DE102004014918A1 (de) 2004-03-26 2005-10-13 Basf Ag Katalysator mit einer Silber-Vanadiumoxidphase und einer Promotorphase
DE102004028930A1 (de) 2004-06-15 2006-01-05 Basf Ag Silber, Vanadium und ein Element der Phosphorgruppe enthaltendes Multimetalloxid und dessen Verwendung
CN101060927B (zh) 2004-11-18 2011-05-11 巴斯福股份公司 二氧化钛混合物在生产催化剂中的用途
DE102004063218A1 (de) 2004-12-29 2006-02-23 Basf Ag Phosphor-behandelte Multimetalloxidmassen
DE102005004926A1 (de) 2005-02-02 2006-08-03 Basf Ag Katalysatorsystem für katalytische Gasphasenreaktionen mit einer in Flussrichtung des Gases zunehmenden Katalysatoraktivität

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4137259A (en) * 1976-07-09 1979-01-30 Stamicarbon, B.V. Catalytic gas phase oxidation of toluene to benzaldehyde and/or benzoic acid
EP0447267A1 (de) * 1990-03-16 1991-09-18 Nippon Shokubai Co., Ltd. Katalysator zur Herstellung von Phthalsäureanhydrid
EP0522871A1 (de) * 1991-07-10 1993-01-13 Nippon Shokubai Co., Ltd. Katalysator und Verfahren zur Herstellung von Phtalsäureanhydrid
DE19705326A1 (de) * 1997-02-12 1998-08-13 Basf Ag Verfahren zur selektiven Oxidation von nicht-cyclischen ungesättigten Kohlenwasserstoffen mittels Katalysatoren auf Basis von Silben-Vanadium-Mischoxiden
WO2000027753A1 (de) * 1998-11-10 2000-05-18 Basf Aktiengesellschaft Silber- und vanadiumoxid enthaltendes multimetalloxid und dessen verwendung
WO2001085337A1 (de) * 2000-05-08 2001-11-15 Basf Aktiengesellschaft Silber, vanadium und ein oder mehrere elemente der phosphorgruppe enthaltendes multimetalloxid und dessen verwendung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HOLLES J H ET AL: "A substrate-versatile catalyst for the selective oxidation of light alkanes - I. Reactivity", JOURNAL OF CATALYSIS, ACADEMIC PRESS, DULUTH, MN, US, vol. 218, no. 1, 19 March 2003 (2003-03-19), pages 42 - 53, XP004432693, ISSN: 0021-9517 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005092496A1 (de) * 2004-03-26 2005-10-06 Basf Aktiengesellschaft Katalysator mit einer silber-vanadiumoxidphase und einer promotorphase
US7338918B2 (en) 2004-03-26 2008-03-04 Basf Aktiengesellschaft Catalyst having a silver-vanadium oxide phase and a promoter phase
US8106220B2 (en) 2006-05-19 2012-01-31 Basf Se Preparation of phthalic anhydride by gas phase oxidation of O-xylene in a main reactor and postreactor
US8153825B2 (en) 2006-05-19 2012-04-10 Basf Se Preparation of phthalic anhydride by gas phase oxidation of o-xylene
WO2009095216A3 (de) * 2008-02-01 2010-04-29 Josef Breimair Katalysator für die katalytische gasphasenoxidation von aromatischen kohlenwasserstoffen zu aldehyden, carbonsäuren und/oder carbonsäureanhydriden, insbesondere zu phthalsäureanhydrid
FR2939328A3 (fr) * 2008-12-09 2010-06-11 Renault Sas Materiau catalytique de combustion de matiere carbonee
CN108722397A (zh) * 2018-06-05 2018-11-02 青岛科技大学 一种高尔夫球状Ag/TiO2复合多孔微球及其制备方法
CN108722397B (zh) * 2018-06-05 2021-11-26 青岛科技大学 一种高尔夫球状Ag/TiO2复合多孔微球及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE10334132A1 (de) 2005-04-07
CN1829678A (zh) 2006-09-06
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ZA200601637B (en) 2007-04-25
IL173063A0 (en) 2006-06-11
EP1654211A1 (de) 2006-05-10
US20060247446A1 (en) 2006-11-02
IN2006CH00292A (de) 2007-07-06
TW200514750A (en) 2005-05-01
BRPI0412840A (pt) 2006-09-26
US7462727B2 (en) 2008-12-09
MXPA06000687A (es) 2006-04-19
JP2007533577A (ja) 2007-11-22
RU2006105703A (ru) 2006-08-27
CN1829678B (zh) 2010-12-15
KR20060066068A (ko) 2006-06-15
JP4330626B2 (ja) 2009-09-16

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