WO2007051602A1 - Katalysatorformkörper für partialoxidationsreaktionen - Google Patents

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WO2007051602A1 PCT/EP2006/010487 EP2006010487W WO2007051602A1 WO 2007051602 A1 WO2007051602 A1 WO 2007051602A1 EP 2006010487 W EP2006010487 W EP 2006010487W WO 2007051602 A1 WO2007051602 A1 WO 2007051602A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Katalysatorformkörper zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid, enthaltend gemischte Oxide des Vanadiums und des Phosphors als Katalysatorkomponente. Um einen gattungsgemäßen Katalysatorformkörper derart weiterzubilden, dass er verbesserte Eigenschaften aufweist, wird vorgeschlagen, dass der den Katalysatorforiτikörper (100; 200) umhüllende geometrische Grundkörper ein Prisma (180) mit einer ersten und einer zweiten Dreiecksfläche ist und der Katalysatorformkörper (100; 200) mit drei durchgehenden Öffnungen (111, 121, 131; 211, 221, 231) versehen ist, die sich von einer ersten Fläche des Formkörpers (100; 200), welche die erste Dreiecksfläche des Prismas (180) aufspannt, zu einer zweiten Fläche des Formkörpers (100; 200), welche die zweite Dreiecksfläche des Prismas (180) aufspannt, erstrecken.

Description

Katalysatorformkorper für Partialoxidationsreaktxonen
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysatαrformkorper für die Herstellung von Malemsaureanhydrid, enthaltend gemischte Oxide des Vanadiums und des Phosphors als Katalysatorkomponente
Maleinsaureanhydrid ist ein chemisches Zwischenprodukt von erheblichem gewerblichem Interesse Es wird beispielsweise bei der Herstellung von Alkyd- und Polyesterharzen allein oder auch in Kombination mit anderen Sauren eingesetzt Darüber hinaus stellt es auch ein vielseitig einsetzbares Zwischenprodukt für die chemische Synthese dar, zum Beispiel für die Synthese von Gamma-Butyrolacton, Tetrahydrofuran und 1,4- Butandiol, welche wiederum ihrerseits als Lösungsmittel eingesetzt werden oder zu Polymeren, wie beispielsweise Polytetra- hydrofuran oder Polyvmylpyrrolidon, weiterverarbeitet werden
Die Herstellung von Maleinsaureanhydrid erfolgt in der Regel durch partielle Oxidation von Kohlenwasserstoffen xn der Gasphase mic molekularem Sauerstoff oder mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas in Gegenwart eines Vanadium- Phosphor-Oxid-Katalysators (VPO) Dabei werden verschiedene Oxidationskatalysatoren, verschiedene Katalysatorformkorper und verschiedene Verfahrensfuhrungen angewandt. Irr Allgemeinen enthalten die Oxidationskatalysatoren gemischte Oxide von Vanadium und Phosphor, wobei sich derartige Oxidationskatalysatoren mit Vanadium m einer Wertigkeit von +3,8 bis +4,8 als besonders geeignet für die Herstellung von Maleinsaureanhydrid aus gesättigten Kohlenwasserstoffen mit mindestens vier Kohlenstoffatomen in einer geraden Kette erwiesen haben. Neben Vanadium, Phosphor und Sauerstoff können die VPO-Katalysatoren auch Promotoren wie beispielsweise Metalle enthalten, die im Oxidationskatalysator in Form ihrer Oxide vorliegen können.
Zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch heterogenkataly- tische Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen werden Vanadium, Phosphor und Sauerstoff enthaltende Katalysatorformkörper mit einer voneinander verschiedenen Geometrie eingesetzt.
Die US 4,283,307 beschreibt einen gemischte Oxide des Vanadiums und des Phosphors enthaltenden Katalysatorformkörper zur partiellen Oxidation von n-Butan, der eine zylindrische Geometrie aufweist und entlang seiner Längsachse von einer Durchgangsbohrung durchsetzt ist.
Die EP 1 261 424 Bl betrifft einen Katalysator für die Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch heterogenkatalytische Gasphasenoxidation eines Kohlenwasserstoffs mit mindestens 4 Kohlenstoffatomen. Dieser Katalysator enthält eine katalytisch aktive Masse eines Vanadium-Phosphor-Mischoxids und weist eine im Wesentlichen hohlzylinderförmige Struktur auf. Dabei ist der Hohlzylinder derart ausgebildet, dass das Verhältnis der Höhe zum Durchmesser der Durchgangsöffnung höchstens 1,5 beträgt und das Verhältnis der geometrischen Oberfläche zum geometrischen Volumen des Formkörpers mindestens 2 mm"1 beträgt.
Die EP 0 552 287 Bl betrifft einen Katalysatorformkörper zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid, wobei der Formkörper eine massive geometrische Form mit mindestens einem in der äußeren Oberfläche angeordneten Hohlraum umfasst. Der Formkörper ist dabei aus gemischten Oxiden von Vanadium und Phosphor gebildet und weist ein geometrisches Volumen von 30 % bis 67 % von dem, das der Hohlraum freie massive Formkörper einnimmt, auf, wobei das Verhältnis der geometrischen Oberflache des Formkorpers zum geometrischen Volumen des Formkorpers mindestens 20 cm"1 Detragt
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Katalysatorformkorper zur Herstellung von Malemsaureanhydπd MSA) durch heterogenkatalytische Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher im Vergleich zum Stand der Technik die Herstellung von Maleinsaureanhydrid mit einer höheren Selektivität und mit einer höheren Produktivität erlaubt und wobei das Endprodukt einen niedrigen Anteil an Essigsaure und Acrylsaure als bei der Verwendung bisher bekannter Formkorper aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einem Katalysatorformkorper der gat- tungsger'aßen Art dadurch gelost, dass der den Katalysatorform- korper umhüllende geometrische Grundkorper ein Prisma mit einer ersten und einer zweiten Dreiecksflache ist und der Katalysatorformkorper mit drei durchgehenden Offnungen versehen ist, die sich von einer ersten Flache des Formkorpers, welche die erste Dreiecksflache des Prismas aufspannt, zu einer zweiten Flache des Formkorpers, welche die zweite Dreiecksflache des Prismas aufspannt, erstrecken
Gegenüber den im Stand der Technik bekannten Katalysatorform- korpern zeichnen sich die erfmdungsgemaßen Katalysatorform- korper durch eine erhöhte spezifische Aktivität pro g/Katalysator und eine erhöhte Selektivität aus, wodurch eine erhöhte Produktivität an Maleinsaureanhydrid und eine erhöhte Malemsaureanhydrid-Selektivitat durch Unterdrückung der Uber- oxidation von Maleinsaureanhydrid erhalten werden kann.
Der Begriff „Produktivität" bedeutet den Massenstrom an MSA kg(MSA) pro Volumen/Reaktor, ausgedruckt in der Einheit Ei-
" -'-(Reaktor) ne erhöhte Produktivität bedeutet, dass m einer bestehenden Produktionsanlage pro Zeiteinheit mehr Produkt, z. B Malem- saureanhydrid (MSA) synthetisiert werden kann.
überraschenderweise wurde außerdem gefunden, dass das mit dem erfmdungsgemaßen Katalysatorformkorper erhaltene Produkt bei der Malemsaureanhydridsynthese einen gegenüber bisherigen Formkorpern äußerst niedrigen Anteil von Acrylsaure und Essigsaure im Endprodukt aufweist, insbesondere ist erfmdungsgemaß die Summe beider vorgenannten Komponenten um 20-30% geringer als bei Verwendung herkömmlicher Formkorper.
Außerdem können für einen gegebenen maximalen Druckverlust einer Katalysatorschuttung nun mindestens 20% höhere Raumgeschwindigkeiten (GHSV = Volumenstrom/Katalysatorvolumen) angewandt werden, verglichen mit bekannten Formkorpergeometrien, wie z. B Kugeln, massiven zylinderförmigen Tabletten oder Extrudaten. Ist z. B. mit einem der bisher bekannten Formkorpern maximal eine GHSV von 2500 h"1 möglich, so sind unter Verwendung der erfmdungsgemaßen Formkorper Raumgeschwindigkeiten von mindestens 3000 h"1 bei gleichem Druckverlust erzielbar. Aufgrund des spezifisch geringeren Druckaufbaus ist es andererseits auch möglich, einen gegebenen Durchsatz, z. B GHSV von 2500 h"1 mit einem geringeren Druckverlust als mit herkömmlichen Formkorpern zu realisieren. Dadurch muss eine geringere Geblaseleistung aufgewendet werden, was zu einer Einsparung von Energiekosten fuhrt.
Ferner weisen die erfmdungsgemaßen Katalysatorforrrkorper eine hohe mechanische Stabilität auf, so dass beispielsweise beim Transport der erfmdungsgemaßen Formkorper und Befullen eines Rohrbundelreaktors mit den erfmdungsgemaßen Katalysatorform- korpern eine Beschädigung der Formkorper im Wesentlichen ausbleibt. Darüber hinaus ist bei den erfindungsgemaßen Katalysatorforπi- korpern von Vorteil, dass sie runde Begrenzungslinien aufweisen. Dadurch wird ein einfacher und reproduzierbarer Befull- vorgang eines Reaktors ermöglicht mit einer geringen Ausbildung von Fulllucken.
Ferner ist bei den erfindungsgemaßen Katalysatorformkorpern von Vorteil, dass sie verhältnismäßig kurze Diffusionswege aufweisen. Die kurzen Diffusionswege bewirken einen hohen Porennutzungsgrad, so dass eine geringere Katalysatormasse zur Erzielung eines gewünschten Kohlenwasserstoffumsatzes eingesetzt werden kann sowie eine höhere MSA-Selektivitat , da die Totaloxidation von MSA zu CO und CO2 unterdruckt wird.
Prismatisch ausgebildete Katalysatorformkorper weisen entlang ihrer Langskanten in der Regel eine verhältnismäßig geringe Stabilität auf, so dass es beispielsweise beim Befullvorgang eines Reaktors mit den entsprechenden Katalysatorformkorpern zu Abplatzungen im Bereich der Langskanten kommen kann. Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Katalysatorformkorpers weist der Formkorper einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt mit abgerundeten Scheiteln auf.
Gemäß einer alternativen Ausfuhrungsform weist der Katalysatorformkorper einen im Wesentlichen trilobalen Querschnitt auf, wobei jeder Lobus mit einer durchgehenden Öffnung versehen ist.
Entsprechend einer fertigungstechnisch einfach zu realisierenden und damit kostengünstigen Ausfuhrungsform des erfindungs- gemaßen Katalysatorformkorpers weisen die durchgehenden Öffnungen einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt auf.
Bei der Herstellung von Maleinsaureanhydrid durch heterogenka- talytische Gasphasenoxidation von Kohlenwasserstoffen treten im Reaktorbett Druckverluste auf, welche sich nachteilig auf den Gasdurchsatz und damit auf die Produktkapazitat auswirken bzw. eine erhöhte Leistung des Geblases erfordern. Um den Druckverlust im Reaktor möglichst gering zu halten und um möglichst kurze Diffusionswege innerhalb des Katalysatorformkor- pers zu erzielen, weisen die durchgehenden Offnungen des er- flndungsgemaßen Katalysatorformkorpers gemäß einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform einen Durchmesser von 0,5 mm bis 3 mm auf .
Um die Strömung des bei der Herstellung von Maleinsaurean- hydrid durch heterogenkatalytische Gasphasenoxidation des durch das Katalysatorbett tretenden Gasgemisches positiv zu beeinflussen, d.h. den Diffusionsweg bei gleichzeitig ausreichender Stabilität zu verkurzen, kann fertigungstechnisch bevorzugt vorgesehen werden, dass die durchgehenden Offnungen den gleichen Durchmesser aufweisen. Gemäß einer alternativen Ausfuhrungsform kann vorgesehen sein, dass die durchgehenden Offnungen einen voneinander verschiedenen Durchmesser aufweisen .
Gemäß einer fertigungstechnisch einfachen und damit besonders kostengünstigen Ausfuhrungsform des Katalysatorformkorpers verlaufen die durchgehenden Öffnungen im Wesentlichen parallel zueinander .
Bevorzugt ist es, wenn das Verhältnis des Zwischenraumabstands zwischen den durchgehenden Offnungen zum Durchmesser der Offnungen 1,15 bis 1,5 betragt. Dadurch wird einerseits eine ausreichende mechanische Stabilität des erfmdungsgemaßen Katalysatorformkorpers gewährleistet, andererseits können durch eine derartige Ausbildung verhältnismäßig hohe Raumgeschwindigkeiten des durch das Reaktorbett hindurchtretenden Gasgemisches erhalten werden. Ein Faktor, der die Fülldichte von Katalysatorformkörpern in einem Reaktor mitbestimmt, ist die Geometrie der Katalysatorformkörper. Um Einfluss auf die Fülldichte und um so Einfluss auf die Raumgeschwindigkeiten des durch das Katalysatorbett hindurchtretenden Gases zu nehmen, kann es gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysatorformkörpers vorgesehen sein, dass zwei der drei Loben den gleichen Außendurchmesser aufweisen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform weisen alle Loben einen unterschiedlichen Außendurchmesser auf.
Ferner hängt die Fülldichte eines mit Katalysatorformkörpern beladenen Reaktors von der Größe der entsprechenden Formkörper ab. Um geeignete Raumgeschwindigkeiten des Kohlenwasserstoff und Sauerstoff enthaltenden Gasgemisches bei der Herstellung von Maleinsäureanhydrid durch heterogenkatalytische Gasphasen- oxidation zu erhalten, weisen die Formkörper bevorzugt eine Länge von 2 bis 20 mm, insbesondere von 3 bis 10 mm auf.
In diesem Zusammenhang ist es weiter bevorzugt, wenn das Verhältnis von der Länge des erfindungsgemäßen Formkörpers zur minimalen Breite der Stirnfläche des trilobalen Formkörpers 0,5 bis 2 beträgt. Die minimale Breite der Stirnfläche ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 170 definiert.
3ei dem erfindungsgemäßen Katalysatorformkörper beträgt das Verhältnis des Volumens des Formkörpers VFormkörper zum Volumen des umhüllenden Primas VPrisrna 0,71 bis 0,9. Das Volumen des Formkörpers aber auch des umhüllenden Prismas berechnet sich dabei als Volumen des massiven Formkörpers, d.h. ohne Berücksichtigung der durchgehenden Öffnungen.
Der erfindungsgemäße Formkörper hat üblicherweise eine geometrische Oberfläche von 0,15 cm2 bis 5 cm2, vorzugsweise 0,5 cm2 bis 4 cm2, besonders bevorzugt 1 cm2 bis 3,5 cm2, insbesondere 1, 5 cm2 bis 3 cm2.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausfuhrungsform des erfir.dungs- gerraßen Katalysatorformkorpers betragt das Verhältnis der geometrischen Oberflache des Formkorpers zum Volumen des Formkor- pers 0,5 bis 20 mm"1, vorzugsweise 1,4 bis 4 mm"1 und insbesondere ist das Verhältnis der geometrischen Oberflache des Formkorpers zu seinem Volumen großer als 2,1 mm"1.
Entsprechend einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungs- gemaßen Katalysatorformkorpers betragt die Schuttdichte der erfmdungsgemaßen Formkorper 0,4 g/cm3 bis 1,4 g/cm3, vorzugsweise 0,5 g/cm3 bis 1,1 g/cm3.
Die Herstellung von Malemsaureanhydrid durch heterogenkataly- tische Gasphasenoxidation wird in der Regel m sogenannten Rohrbundelreaktoren durchgeführt, in welchen m senkrecht ausgerichteten Rohren Katalysatorformkorper uberemandergeschich- tet sind. Entsprechend muss ein Katalysatorformkorper dem Gewicht der über ihn liegenden Formkorper widerstehen können. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungs- gemaßen Formkorpers betragt seine mechanische Festigkeit daher 4,0 N bis 300 N, vorzugsweise 10 N bis 100 N, besonders bevorzugt 15 - 40 N.
Die BΞT-Oberflache des erfmdungsgemaßen Katalysatorformkorpers betragt 10 bis 300 m2/g, vorzugsweise 15 bis 80 m2/g, besonders bevorzugt 20 - 50 m2/g. Die BET-Oberflache wird nach der Einpunkt-Methode durch Adsorption von Stickstoff nach DIN 66132 bestimmt.
Weiter kann es bevorzugt sein, dass das integrale Porenvolumen (bestimmt gemäß DIN 66133 (Hg-Porosimetrie) ) > 100, bevorzugt > 180 mmVg betragt. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn maximal 10% des Porenvolumens von Poren mit < 10 nm Radius gebildet werden und maximal 10% des Porenvolumens von Poren > 500 nm Radius gebildet werden.
Die erfindungsgemäßen Katalysatorformkörper können die gemischten Oxide des Vanadiums und des Phosphors beispielsweise in reiner, unverdünnter Form als sogenannter "Vollkatalysator" oder verdünnt mit einem bevorzugt oxidischen Trägermaterial als sogenannter geträgerter "Mischkatalysator" enthalten.
Geeignete Trägermaterialien für die Mischkatalysatoren sind beispielsweise Aluminiumoxid, Ξiliziumdioxid, Aluminiumsilikate, Zirkondioxid, Titandioxid oder Gemische davon. Vorzugsweise beträgt der Gehalt der Katalysatorkomponente im erfindungsgemäßen Katalysatorformkörper 3 bis 50 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysatorformkörpers. Im Falle eines geträgerten Mischkatalysators beträgt der Gehalt der Katalysatorkomponente im erfindungsgemäßen Katalysatorformkörper 3 50 Gew.-%, bevorzugt 5 - 30 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysatorformkörpers.
Neben den gemischten Oxiden des Vanadiums und des Phosphors kann der erfindungsgemäße Katalysatorformkörper als weitere katalytisch aktive Komponente einen Promotor, der aus Metallen des Periodensystems der Elemente ausgewählt ist, enthalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysatorformkörpers entspricht die Katalysatorkomponente der allgemeinen Formel
VPxOyM2
worin M zumindest ein Promotor ist, x eine Zahl von 0,1 bis 3 darstellt, y eine den Wertigkeiten von V, P und M angepasste Zahl ist und z eine Zahl von 0 bis 1,5 darstellt. Wie bereits vorstehend ausgeführt, kann der Promocor aus den Metallen ausgewählt sein. Vorzugsweise ist der Promotor ausgewählt aus Chrom, Nickel, Magnesium, Aluminium, Silizium, Wolfram, Niob, Antimon und/oder Cäsium
Je nach Verfahrensfuhrung kann es bevorzugt sein, noch andere Promotorelemente als die vorerwähnten einzusetzen Bei entsprechender Verfahrensfuhrung kann es daher bevorzugt sein, wenn der Promotor weiter ausgewählt ist aus Lithium, Zink, Eisen, oder Bismut, Tellurium, Silber und/oder Molybdän
Gunstig ist es, wenn der Anteil des Promotors m Form eines Oxids oder m Form einer Verbindung, die m ein Oxid überfuhrt werden kann 0,005 Gew -% bis 5 Gew -% betragt, bezogen auf das Gesamtgewicht des Formkorpers .
Dem erfmdungsgemaßen Katalysatorformkorper können auch Hilfsmittel zugesetzt sein, wie beispielsweise Tablettierungshilfs- mittel oder Porenbildner .
Tablettierhilfsmittel werden im Allgemeinen zugesetzt, wenn die Formgebung des erfmdungsgemaßen Katalysatorformkorpers über eine Tablettierung erfolgt. Tablettierhilfsmittel sind in der Regel katalytisch inert und verbessern die Tablettierungseigenschaften des so genannten Katalysatorprecursorpulvers, beispielsweise durch Erhöhung der Gleit- und/oder Rieselfahig- keit. Em besonders geeignetes Tablettierungshilfsmittel ist beispielsweise Graphit Die zugesetzten Tablettierungshilfs- mittel können im aktivierten Katalysator verbleiben und liegen in der Regel in einer Größenordnung von 1 bis 5 Gew -% m dem Katalysatorformkorper vor bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysatorformkorpers
Darüber hinaus kann der erfmdungsgemaße Katalysatorformkorper Porenbildner enthalten Porenbildner sind Stoffe, welche zur gezielten Einstellung der Porenstruktur im Meso- und Makroporenbereich eingesetzt werden. Dabei handelt es sich in der Regel um Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und/oder Stickstoff enthaltende Verbindungen, welche vor der Formgebung dem Katalysatorprecursorpulver zugesetzt werden und sich bei der anschließenden Aktivierung des Katalysatorformkörpers beispielsweise durch Kalzinieren zersetzen oder verdampfen und somit zum überwiegenden Teil aus dem entstehenden Formkörper austreten und dabei Poren erzeugen.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des erfindungsgemäßen Katalysatorformkörpers zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid aus Kohlenwasserstoffen.
Als Kohlenwasserstoffe können dabei nicht-aromatische Kohlenwasserstoffe mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen zum Einsatz kommen. Dabei ist es erforderlich, dass der Kohlenwasserstoff nicht weniger als 4 Kohlenstoffatome in einer geraden Kette oder in einem Ring enthält. Besonders geeignet ist der Kohlenwasserstoff n-Butan. Zusätzlich zu n-Butan sind auch Pentane, Hexane , Heptane, Octane, Nonane, Decane oder Gemische von beliebigen dieser Verbindungen mit oder ohne n-Butan geeignet, sofern sie mindestens 4 Kohlenstoffatome in gerader Kette enthalten .
Ungesättigte Kohlenwasserstoffe können ebenfalls für die Umwandlung in Maleinsäureanhydrid eingesetzt werden. Geeignete ungesättigte Kohlenwasserstoffe sind beispielsweise Butene (1- Buten und 2-Buten), 1 , 3-Butadien, die Pentene, die Hexene , die Heptene, die Octene, die Nonene, die Decene sowie Gemische be¬ liebiger dieser Verbindungen mit der Maßgabe, dass sie mindestens 4 Kohlenscoffatome in gerader Kette enthalten. Ebenso geeignet sind substituierte und nicht substituierte Furane, z. B. Tetrahydrofuran, außerdem aromatische Verbindungen, beispielsweise Benzol und dessen Derivate. Der erfindungsgemäße Katalysatorformkörper kann beispielsweise wie in der WO 97/12674 beschrieben hergestellt werden, wobei die Formgebung entsprechend der erfindungsgemäßen Geometrie erfolgt.
Die wesentlichen Schritte einer möglichen Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysatorformkörpers unter Ausbildung eines Katalysatorprecursorpulvers , Formgebung und anschließender Aktivierung sind irn Folgenden kurz erläutert:
Umsetzung einer fünfwertigen Vanadiumverbindung (beispielsweise V2Os) mit einem reduzierenden Lösungsmittel (beispielsweise Isobutanol) in Anwesenheit einer fünfwertigen Phosphorverbindung (beispielsweise o-Phosphorsäure oder einer anderen Phosphorsäure wie Pyrophosphorsäuren und/oder deren Gemische etc.) und ggf. eines Promotors. Die vorgenannte Reaktion kann ggf. in Gegenwart eines Trägermaterials durchgeführt werden, das beispielsweise pul- verförmig vorliegt und in dem Lösungsmittel dispergiert wird.
Gewinnung des gebildeten Vanadium-, Phosphor- und Sauerstoff-enthaltenden Katalysatorprecursors , beispielsweise mittels Filtration, Eindampfung oder Zentrifugieren .
Trocknung und ggf. Kalzinieren des Katalysatorprecursors. Dem getrockneten Katalysatorprecursor kann ggf. pulverför- miges Trägermaterial und/oder ein Porenbildner untergemischt werden. Die Trocknung kann beispielsweise im Vakuum unter Schutzgas oder unter Sauerstoffüberschuss erfolgen.
Formgebung durch Überführung in die erfindungsgemäße Geometrie. Vor der Formgebung kann dem getrockneten Katalysatorprecursor ein Tablettierhilfsmittel zugesetzt werden. Aktivierung des Vanadium-, Phosphor- und Sauerstoff- und ggf. Promotor enthaltenden Katalysatorprecursors durch Erhitzen in einer Atmosphäre, welche Sauerstoff, Stickstoff, Edelgase, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid und/oder Wasserdampf bzw. Mischungen davon enthalten kann. Durch die Auswahl von Temperatur, Aufheizrate, Behandlungsdauer und Gasatmosphäre können die mechanischen und/oder katalytischen Eigenschaften des Katalysatorformkörpers bestimmt werden.
Der erfindungsgemäße Katalysatorformkörper kann beispielsweise hergestellt werden, indem das getrocknete Katalysatorprecur- sorpulver zunächst mit einem Bindemittel oder mit einem Gleitmittel vermischt wird. Die Herstellung des Formkörpers erfolgt beispielsweise dann in einer Tablettenpresse mit einem Drehteller, an dessen Umfang mehrere Öffnungen mit einem entsprechenden Querschnitt, beispielsweise einem trilobalen Querschnitt oder einem dreieckigen Querschnitt, angeordnet sind. In diese Öffnung (Matrizen) wird die Mischung eingefüllt, die von unten von einem Stempel gehalten wird, durch den während der Drehung des Drehtellers bspw. drei Zapfen, die an den Stellen der zu erzeugenden Öffnungen liegen, nach oben geschoben werden. Bei der weiteren Drehung des Drehtellers greift von oben ein Stempel mit einem entsprechenden Querschnitt ein, der mit Öffnungen versehen ist, in welche die Zapfen beim Herunterdrücken des oberen Stempels eindringen. Die gepressten Formkörper werden bei der weiteren Drehung des Drehtellers nach dem Zurückziehen des unteren Stempels und dem Weiterschieben des oberen Stempels aus den Matrizen herausgedrückt. Der so entstandene Katalysatorformkörper wird danach aktiviert, z.B. durch Kalzinieren.
Die nachstehende Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Katalysatorformkörpers dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der Erläuterung der Erfindung. Es zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Katalysatorformkörper gemäß einer ersten Ausführυngsform;
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Katalysator gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In der Fig. 1 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 100 belegter Katalysatorformkörper gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt. Der Katalysatorformkörper 100 ist aus gemischten Oxiden des Vanadiums und des Phosphors gebildet und weist einen trilobalen Querschnitt auf. Die drei Loben 110, 120, 130, die jeweils den gleichen Außendurchmesser 150 aufweisen, sind jeweils von einer kreisförmigen Öffnung 111, 121, 131 durchsetzt .
Die drei Durchgangsöffnungen 111, 121 und 131 weisen den gleichen Durchmesser 140 auf und sind zueinander parallel ausgerichtet, wobei die Längsachsen der Öffnungen 111, 121 und 131 im Querschnitt die Scheitelpunkte eines im Wesentlichen gleichseitigen Dreiecks festlegen.
Das Verhältnis der Länge 160 des Formkörpers 100 zur minimalen Breite der Stirnfläche 170 des trilobalen Formkörpers liegt in einer Größenordnung von 0,5 bis 2.
Der den trilobalen Katalysatorformkörper 100 umhüllende geometrische Grundkörper ist ein Prisma 180.
In der Fig. 2 ist ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 200 belegter erfindungsgemäßer Katalysatorformkörper gemäß einer zweiten Ausführungsform gezeigt. Der Formkörper 200 weist einen dreieckförmigen Querschnitt mit abgerundeten Scheiteln auf und ist von drei zueinander parallel ausgerichteten Durch- gangsbohrungen 211, 221 und 231 als Öffnungen durchsetzt, die alle den gleichen Durchmesser 240 aufweisen. Die Längsachsen der Durchgangsbohrungen 211, 221 und 231 bilden im Querschnitt die Scheitelpunkte eines im Wesentlichen gleichseitigen Dreiecks .

Claims

Patentansprüche
1. Katalysatorformkörper zur Herstellung von Maleinsäureanhydrid, enthaltend gemischte Oxide des Vanadiums und des Phosphors als Katalysatorkomponente, dadurch gekennzeichnet, dass der den Katalysatorformkörper (100; 200) umhüllende geometrische Grundkörper ein Prisma (180) mit einer ersten und einer zweiten Dreiecksfläche ist und der Katalysatorformkörper (100; 200) mit drei durchgehenden Öffnungen (111, 121, 131; 211, 221, 231) versehen ist, die sich von einer ersten Fläche des Formkörpers (100; 200), welche die erste Dreiecksfläche des Prismas (180) aufspannt, zu einer zweiten Fläche des Formkörpers (100; 200), welche die zweite Dreiecksfläche des Prismas (180) aufspannt, erstrecken.
2. Katalysatorformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (100; 200) einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt mit abgerundeten Scheiteln aufweist .
3. Katalysatorformkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper (100; 200) einen im Wesentlichen trilobalen Querschnitt aufweist und jeder Lobus (110, 120, 130) mit einer der durchgehenden Öffnung (111, 121, 131; 211, 221, 231) versehen ist.
4. Katalysatorformkörper nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehenden Öffnungen (111, 121, 131; 211, 221, 231) einen kreisförmigen oder ovalen Querschnitt aufweisen.
5. Katalysatorformkörper nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehenden Öffnungen (111, 121, 131; 211, 221, 231) einen Durchmesser (140; 240) von 0,5 mm bis 3 mm aufweisen.
6. Katalysatorformkörper nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehenden Öffnungen (111, 121, 131; 211, 221, 231) den gleichen Durchmesser (140; 240) aufweisen.
7. Katalysatorformkörper nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehenden Öffnungen (111, 121, 131; 211, 221, 231) einen voneinander verschiedenen Durchmesser (140; 240) aufweisen.
8. Katalysatorformkörper nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehenden Öffnungen (111, 121, 131; 211, 221, 231) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen.
9. Katalysatorformkörper nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durchgehenden Öffnungen (111, 121, 131; 211, 221, 231) zueinander im Wesentlichen gleich beabstandet sind.
10. Katalysatorformkörper nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Zwischenraumabstands zwischen den durchgehenden Öffnungen (111, 121, 131; 211, 221, 231) zum Durchmesser (140; 240) der Öffnungen (111, 121, 131; 211, 221, 231) 1,15 bis 1,5 beträgt .
11. Katalysatorformkörper nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei der drei Loben (110, 120, 130) den gleichen Außendurchmesser (150) aufweisen.
12. Katalysatorformkorper nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass alle Loben (110, 120, 130) einen unterschiedlichen Außendurchmesser (150) aufweisen.
13 Katalysatorformkorper nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkorper (100; 200) eine Lange (160) von 2 bis 20 mm aufweist.
14. Katalysatorformkorper nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von der Lange
(160) des Formkorpers (100; 200) zur minimalen Breite der
Stirnflache (170) des trilobalen Formkorpers (100) 0,5 bis
2 betragt.
15. Katalysatorformkorper nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Volumens des Formkorpers (100; 200) VFor^orper zum Volumen des umhüllenden Prismas (180) VPriSir,a 0,71 bis 0,9 betragt.
16. Katalysatorformkorper nach einem der voranstehenden Ansprüche/ dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Oberflache des Formkorpers (100; 200) 0,15 cm2 bis 5 cm2 betragt, vorzugsweise 0,5 cm2 bis 4 cm2, besonders bevorzugt 1 cm bis 3,5 cm2, insbesondere 1,5 cm2 bis 3 cm2.
17. Katalysatorformkorper nach einem der voraπstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der geometrischen Oberflachen des Formkorpers (100; 200) zum Volumen des Formkorpers (100; 200) 0,5 bis 20 mm"1 betragt, vorzugsweise 1,4 bis 4 mm"1 und insbesondere großer ist als 2 , 1 mm"1.
18. Katalysatorformkorper nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schuttdichte des Formkorpers 0,4 g/cm3 bis 1,4 g/cm3 betragt, vorzugsweise 0,5 g/cm3 bis 1,1 g/cm3.
IS. Katalysatorforrrkorper nach einem der voranstellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Festigkeit des Formkorpers (100; 200) 4,0 N bis 300 N betragt, vorzugsweise 15 N bis 100 N, besonders bevorzugt 15 bis 50 N.
20. Katalysatorformkorper nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die BET-Oberflache des Formkorpers 5 bis 300 m2/g betragt, vorzugsweise 10 bis 50 m2/g.
21. Katalysatorformkorper nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das integrale Porenvolumen > 100, bevorzugt > 180 mm3/g betragt.
22. Katalysatorformkorper nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Katalysatorkomponente 3 Gew.-% bis 50 Gew.-% betragt bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysatorformkorpers , vorzugsweise 5 Gew.-% bis 30 Gew.-%.
23. Katalysatorformkorper nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorkomponente der allgemeinen Formel
VPxOyM2
entspricht, worin M zumindest ein Promotor ist, x eine Zahl von 0,1 bis 3 darstellt, y eine den Wertigkeiten von V, ? und M angepasste Zahl ist und z eine Zahl von 0 bis 1,5 darstellt.
24 Katalysatorformkorper nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Promotor ausgewählt ist aus Chrom, Nickel, Magnesium, Aluminium, Silizium, Wolfram, Niob, Antimon, Lithium, Z_n<, Telluπum, Silber, Eisen, Bisrrut, Molybdän und/oder Cäsium oder Mischungen davon
25. Katalysatorformkorper nach einem der Ansprüche 23 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Promotors m Form eines Oxids oder m Form einer in ein Oxid uberfuhr- baren Verbindung 0,005 Gew -% bis 5 Gew.-% betragt bezogen auf das Gesamtgewicht des Formkorpers .
26. Verwendung eines Katalysatorformkorpers nach einem der Ansprüche 1 bis 25, zur Herstellung von Malemsaureanhydrid aus Kohlenwasserstoffen.
7 Verwendung eines Katalysatorformkorpers nach Anspruch 26, wobei als Kohlenwasserstoff n-Butan eingesetzt wird
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