WO2024037905A1 - Method for producing bulk catalyst shaped bodies for gas-phase oxidation of an alkene and/or an alcohol to form an a,b-unsaturated aldehyde and/or an a,b-unsaturated carboxylic acid - Google Patents

Method for producing bulk catalyst shaped bodies for gas-phase oxidation of an alkene and/or an alcohol to form an a,b-unsaturated aldehyde and/or an a,b-unsaturated carboxylic acid Download PDF

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WO2024037905A1 PCT/EP2023/071775 EP2023071775W WO2024037905A1 WO 2024037905 A1 WO2024037905 A1 WO 2024037905A1 EP 2023071775 W EP2023071775 W EP 2023071775W WO 2024037905 A1 WO2024037905 A1 WO 2024037905A1
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solid catalyst
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Kazuhiko Amakawa
Josef Macht
Christian Walsdorff
Markus Muehl
Cathrin Alexandra Welker-Nieuwoudt
William Owen TUTTLE
Thorsten Johann
Samira PARISHAN
David SCHLERETH
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Basf Se
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Definitions

  • the present invention relates to a process for producing unsupported catalyst moldings for the gas phase oxidation of an Aiken and/or an alcohol to form an ⁇ , ⁇ -unsaturated aldehyde and/or an ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid, whereby compression produces a precursor molding with a density of 1.20 up to 1.70 g/cm 3 is produced, the precursor shaped body is thermally treated and the weight loss during the thermal treatment is 25 to 45% by weight.
  • the present invention also relates to the shaped solid catalyst bodies obtainable according to the invention and their use for heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation on a fixed catalyst bed.
  • US 2005/0065371 describes shaped catalyst bodies containing at least the elements molybdenum, bismuth and iron, for gas phase oxidation.
  • US 2006/0036111 discloses a gas phase oxidation process for producing an ⁇ , ⁇ -unsaturated aldehyde and/or an ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid.
  • the ignition loss during calcination must be within a defined range.
  • WO 2010/000720 teaches a process for producing shaped solid catalyst bodies.
  • WO 2013/007736 discloses shaped catalyst bodies containing at least the elements molybdenum, bismuth, iron and cobalt, for gas phase oxidation.
  • the elements bismuth, iron and cobalt must be present in a defined ratio.
  • WO 2015/067659 describes hollow cylindrical shaped catalyst bodies with a defined geometry.
  • the solid catalyst moldings have a high stability and a high selectivity of valuable products in the gas phase oxidation of propene to acrolein and acrylic acid.
  • WO 2021/239483 discloses shaped solid catalyst bodies with a defined cylindrical structure.
  • the solid catalyst moldings enable high packing density and a low pressure loss in the fixed catalyst bed.
  • the object of the present invention was to provide an improved process for producing unsupported catalysts for the gas phase oxidation of an Aikens and/or an alcohol to an ⁇ , ⁇ -unsaturated aldehyde and/or an ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid.
  • the catalysts should show improved selectivity of valuable products and an improved yield of valuable products.
  • the value product is the sum of acrolein and acrylic acid.
  • the object according to the invention is achieved by a process for producing unsupported shaped catalyst bodies for the gas phase oxidation of an aikene and/or an alcohol to form an ⁇ ,ß-unsaturated aldehyde and/or an ⁇ ,ß-unsaturated carboxylic acid, the unsupported shaped catalyst bodies containing at least the elements molybdenum, bismuth, Iron, cobalt and optionally nickel, wherein a) an aqueous solution or aqueous suspension is produced from at least one source of the elemental constituents molybdenum, bismuth, iron, cobalt and optionally at least one source of the elemental constituent nickel, b) by drying the aqueous solution or aqueous suspension obtained in a) and optionally comminution, a powder P is produced, c) that powder P obtained in b), optionally with the addition of one or more auxiliaries and after uniform mixing and optional compaction, is compacted into precursor moldings with a cylindrical structure, and d) those
  • Precursor moldings are thermally treated to form the solid catalyst moldings, characterized in that the pressure during compression in c) is selected so that the density of the precursor moldings is from 1.70 to 2.30 g / cm 3 , the density of the precursor moldings being The quotient of the mass and the geometric volume is, and the weight loss during the thermal treatment in d) is from 25 to 40% by weight.
  • the geometric volume is the macroscopic volume of the precursor molding including the pores.
  • the continuous, essentially circular holes as well as any surface structures such as grooves, notches or serrations are not part of the macroscopic volume.
  • a cylindrical structure is a cylindrical body, preferably with at least one circular opening continuous in the longitudinal direction. In the case of a continuous opening, this is arranged in the middle (hollow cylinder). In the case of multiple continuous openings, these are evenly distributed across the cross section of the cylindrical structure.
  • a cylindrical structure with three through openings is described, for example, in WO 2021/239483.
  • the thermal treatment includes an optional thermal pretreatment and the actual calcination.
  • the pressure during compression in c) is selected so that the density of the precursor moldings is preferably from 1.72 to 2.28 g/cm 3 , preferably from 1.74 to 2.26 g/cm 3 , particularly preferably from 1. 76 to 2.24 g/cm 3 , very particularly preferably from 1.78 to 2.22 g/cm 3 , most preferably from 1.80 to 2.20 g/cm 3 .
  • the weight loss during the thermal treatment in d) is preferably from 26 to 39% by weight, preferably from 27 to 38% by weight, particularly preferably from 28 to 37% by weight, very particularly preferably from 29 to 36% by weight. -%, most preferably from 30 to 35% by weight.
  • the weight loss during the thermal treatment can be adjusted, for example, by using substances that decompose during the thermal treatment.
  • Suitable cylindrical structures are cylindrical bodies with a circular through-hole in the center in the longitudinal direction (hollow cylinder) and cylindrical bodies with three notches evenly in the longitudinal direction and three circular through-holes arranged evenly in the longitudinal direction.
  • the latter cylindrical structures are described in WO 2021/239483.
  • the shortest distance between the outer wall of the cylindrical body and the next through opening is preferably from 0.75 to 2.5 mm, preferably from 0.8 to 2.0 mm, particularly preferably from 1.0 to 1.8 mm, in total particularly preferably from 1.2 to 1.7 mm, most preferably from 1.3 to 1.6 mm.
  • the shortest distance between the outer wall of the cylindrical body and the next through opening corresponds to the wall thickness of the hollow cylinder.
  • the molybdenum content of the unsupported catalyst moldings preferably from 45 to 75% by weight, particularly preferably from 50 to 70% by weight, very particularly preferably from 55 to 65% by weight.
  • the bismuth content of the unsupported catalyst moldings is from 1 to 20% by weight, particularly preferably from 2 to 15% by weight, very particularly preferably from 3 to 10% by weight.
  • the iron content of the unsupported catalyst moldings is from 2 to 12% by weight, particularly preferably from 3 to 11% by weight, very particularly preferably from 4 to 10% by weight.
  • the content of cobalt and nickel in the solid catalyst moldings is in total from 9 to 30% by weight, particularly preferably from 12 to 27% by weight, very particularly preferably from 15 to 24% by weight.
  • the solid catalyst moldings can additionally contain the elements potassium and/or silicon.
  • a further subject of the present invention is the solid catalyst moldings produced according to the process according to the invention with a cylindrical structure for the gas phase oxidation of an Aikens and/or an alcohol to an ⁇ , ⁇ -unsaturated aldehyde and/or an ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid, wherein the solid catalyst molding at least which comprises the elements molybdenum, bismuth, iron and cobalt, characterized in that the density of the solid catalyst shaped body is from 1.20 to 1.70 g/cm 3 , the density of the solid catalyst shaped body being the quotient of the mass and the geometric volume, which Total pore volume of the unsupported shaped catalyst body is from 0.33 to 0.60 cm 3 /g and the pore volume of the unsupported shaped catalyst body is in the range of 0.1 to 1 pm from 85 to 99% of the total pore volume, the total pore volume and the pore volume being in the range of 0. 1 to 1 pm is determined by mercury porosimetry.
  • the geometric volume is the macroscopic volume of the solid catalyst molding including the pores.
  • the continuous, essentially circular holes as well as any surface structures such as grooves, notches or serrations are not part of the macroscopic volume.
  • the density of the unsupported catalyst shaped body is preferably from 1.22 to 1.68 g/cm 3 , preferably from 1.24 to 1.66 g/cm 3 , particularly preferably from 1.26 to 1.64 g/cm 3 , very particularly preferably from 1.28 to 1.62 g/cm 3 , most preferably from 1.30 to 1.60 g/cm 3 ,
  • the total pore volume of the unsupported shaped catalyst body is preferably from 0.34 to 0.58 cm 3 /g, preferably from 0.35 to 0.56 cm 3 /g, particularly preferably from 0.36 to 0.54 cm 3 /g, very particularly preferably from 0.37 to 0.52 cm 3 /g, most preferably from 0.38 to 0.50 cm 3 /g,
  • the pore volume of the unsupported shaped catalyst body in the range from 0.1 to 1 ⁇ m is preferably from 86 to 98%, preferably from 87 to 97%, particularly preferably from 88 to 96%, very particularly preferably from 89 to 95% of the total pore volume.
  • Preferred unsupported shaped catalyst bodies are multi-element oxides of the general formula I
  • Further objects of the present invention are processes for producing an ⁇ , ⁇ -unsaturated aldehyde and/or an ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid, wherein an alkene and/or an alcohol, in particular propene, is reacted with molecular oxygen over a fixed catalyst bed comprising a bed comprises unsupported shaped catalyst bodies according to the invention, is passed and fixed bed reactors containing a bed of unsupported shaped catalyst bodies according to the invention.
  • the present invention is based on the knowledge that the pressure used in the production of the precursor moldings and the weight loss that occurs during the thermal treatment have a significant influence on the selectivity of the valuable product and the yield of the valuable product.
  • the solid catalyst moldings obtainable according to the invention are usually formed in bulk into geometric moldings, calcined and used to catalyze the respective heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation (in particular that of propene to acrolein).
  • the desired geometry of the solid catalytic converters is not subject to any restrictions.
  • shaped solid catalyst bodies can be produced in a simple manner by using suitable sources of their elemental constituents (in particular those other than oxygen) to produce a dry mixture that is as intimate as possible, preferably finely divided, and has a composition corresponding to the respective stoichiometry of the shaped solid catalyst bodies to be produced, and this after previous shaping into precursor shaped bodies , which optionally takes place with the use of shaping aids, calcined at temperatures of 350 to 650 ° C.
  • suitable sources of their elemental constituents in particular those other than oxygen
  • the calcination can be carried out both under an inert gas and under an oxidative atmosphere such as air (or another mixture of inert gas and molecular oxygen, which can also contain reducing components in comparatively smaller proportions) as well as under a reducing atmosphere (for example a mixture of Inert gas, NH 3 , CO and/or H 2 , which can also contain oxidizing components in comparatively smaller proportions) or under vacuum.
  • the calcination time can be from a few minutes to a few days and is usually shorter at elevated calcination temperatures.
  • Sources for the elemental constituents of the unsupported shaped catalyst bodies come from these Compounds into consideration which are already oxides (which are generally in the solid state under normal conditions (1 atm, 0 ° C)) (for example metal oxides) and/or those compounds which can be formed by heating (thermal treatment). elevated temperature), at least in the presence of gaseous oxygen and / or gaseous (for example molecular) oxygen-releasing components, can be converted into oxides (usually in the solid state under normal conditions).
  • the oxygen source can be part of the mixture to be calcined, for example in the form of a peroxide.
  • a starting compound can be a source for several elementary constituents of the unsupported shaped catalyst bodies.
  • suitable starting compounds include halides, nitrates, formates, acetates, oxalates, citrates, carbonates, ammine complexes, ammonium salts and/or hydroxides and hydrates of the aforementioned salts.
  • a formation (release) of gaseous compounds in the context of the thermal treatment outlined normally occurs even if the element sources with which the most intimate and preferably finely divided dry mixture is produced are partly organic in nature (for example in the case of acetates, formates, Oxalates and/or citrates) or hydroxide ions, carbonate ions, hydrogen carbonate ions, ammonium ions, halide ions, hydrogen phosphate ions and/or nitrate ions, which normally decompose during calcination.
  • the intimate mixing of the starting compounds (sources) to produce shaped unsupported catalyst bodies can be carried out in dry or wet form. If it is done in dry form, the starting compounds (the sources) are expediently used as finely divided powders and are subjected to calcination after mixing and compacting to form the geometric precursor shaped body.
  • the intimate mixing of the (elemental) sources preferably takes place in wet form.
  • the starting compounds are mixed together in the form of solutions and/or suspensions and the resulting wet (preferably aqueous) mixture M is then dried to form an intimate dry mixture.
  • Water or an aqueous solution is preferably used as the solvent and/or suspending agent, with an aqueous mixture M resulting as the wet mixture M.
  • Particularly intimate dry mixtures are obtained in the mixing process described above if only sources of the elemental constituents present in dissolved form and/or colloidally dissolved sources are used.
  • a starting compound can be a source for only one or for several elementary constituents.
  • a solution or colloidal solution listed above can have dissolved only one or more elementary constituents of the relevant shaped solid catalyst body to be produced.
  • the preferred solvent is water.
  • the resulting aqueous mixtures are preferably dried by spray drying.
  • colloidal solutions represent a connection between real (molecular and/or ionic) solutions and suspensions.
  • colloidally disperse systems contain smaller accumulations of molecules or atoms, which, however, cannot be seen with the naked eye or with a microscope.
  • the colloidal solution appears optically completely clear (although often colored) because the particles it contains only have a diameter of 1 to 250 nm (preferably up to 150 nm and particularly preferably up to 100 nm).
  • colloidally dissolved particles Due to the small size, separation of the colloidally dissolved particles by conventional filtration is not possible. However, they can be separated from their “solvent” by ultrafiltration using membranes of plant, animal or artificial origin (e.g. parchment, pig bladder or cellophane). In contrast to the “optically empty” real (molecular and/or ionic) solutions, a beam of light cannot pass through a colloidal solution without being deflected. The light beam is scattered and deflected by the colloidally dissolved particles. In order to keep colloidal solutions stable and prevent further particle agglomeration, they often contain wetting and dispersing aids as well as other additives.
  • While elements other than silicon (elementary constituents) of a solid catalyst molding are preferably introduced from sources dissolved in the form of a solution (particularly preferably in an aqueous solution) to produce the wet (preferably aqueous) mixture M, the element silicon is preferably in the form of a silica sol to produce the wet (preferably aqueous) mixture M.
  • Silica sols are aqueous colloidal solutions of almost spherical polysilicic acid particles.
  • the diameter of the particles is in the colloid range and, depending on the type, is 5 to 75 nm.
  • the particles are pore-free. They have a core made of SiÜ2, which is hydroxylated on its surface.
  • the spherical individual particles are not cross-linked with each other.
  • a subset of the hydroxyl groups in silica sols is often present in a form neutralized with alkali metal hydroxide and/or ammonium hydroxide. This means that the counterions are then sometimes not protons, but alkali ions (for example Na + ) and/or NH4 + cations.
  • the SiO2 content of silica sols suitable for producing a wet (preferably aqueous) mixture M can be, for example, 30% to 60% of the weight of the silica sol.
  • Silica sols are normally water-liquid and do not contain any sedimentable components. They often last for years without sedimentation.
  • Si sources are the LUDOX® silica sols from Grace GmbH & KG, In der Hollerecke 1, D-67545 Worms. Their particles are discrete, uniform spheres of silicon dioxide with no internal surface or detectable crystallinity. The majority of them are dispersed in an alkaline medium, which reacts with the hydroxylated surface and produces repulsive negative charges.
  • suitable silica sols can be very narrow (essentially monodisperse) or very wide (polydisperse).
  • a silica sol that is particularly suitable for the purposes according to the invention (for producing a wet (preferably aqueous) mixture M) is the LUDOX TM50 silica sol from Grace.
  • the alkali ion that replaces a subset of the hydroxyl protons is Na + .
  • the SiC>2 content of LUDOX TM50 is 50% of the weight of this hydrogel.
  • the specific surface area of the colloidally dissolved SiO2 particles contained in LUDOX TM50 is 140 m 2 /g.
  • the mass density (1 atm, 25°C) of LUDOX TM50 is 1.40 g/cm 3 .
  • the titratable alkali content of LUDOX TM50 (calculated as Na2Ü) is 0.21% by weight (based on the weight of the silica sol).
  • the dynamic viscosity of LUDOX TM50 is 40 mPas (1 atm, 25°C).
  • the CI' content (calculated as NaCI) of LUDOX TM50 is 0.03% by weight and the SO4 2 'content of LUDOX TM50 (calculated as Na2SÜ4) is 0.08% by weight (each based on the weight of LUDOX TM50).
  • At least one element source can also be present in molecular and/or ionically dissolved form and one or more than one other element source can be colloidally dissolved next to one another.
  • a favorable source of Mo is ammonium heptamolybdate tetrahydrate. This is mainly because it has excellent solubility in water. According to Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume 22, 2003, WILEY-VCH, pages 320/321, a solution of ammonium molybdate tetrahydrate in water at 25 ° C and 1 atm has a saturation solubility of 30% by weight (calculated as an anhydrous salt).
  • ammonium molybdate tetrahydrate can be contaminated in small amounts (usually ppm) with water-insoluble isopolymolybdate (as a result of process parameters not being strictly adhered to during its production). If contaminated ammonium heptamolybdate tetrahydrate is dissolved in water in this way, an aqueous solution is formed which has a certain turbidity due to the small amounts of undissolved, finely divided isopolymolybdate.
  • ammonium molybdate tetrahydrate contaminated with isopolymolybdate the solution of which in water (determined as described in WO 2016/147324) has a turbidity of 20 NTU, or 50 NTU, or 70 NTU, or 100 NTU, or of 150 NTU, or of 200 NTU, or of 250 NTU, or of 300 NTU, is suitable for the production of solid catalyst moldings according to the invention, without their performance when used as catalysts for the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein as the main product and acrolein noticeably impaired as a by-product.
  • Mo sources are, for example, ammonium orthomolybdate ((NH4)2MoO4), ammonium dimolybdate ((NH 4 )2Mo 2 O7), ammonium tetramolybdate dihydrate ((NH 4 )2Mo 4 Oi3 x 2 H2O) and ammonium decamolybdate dihydrate ((NH4)4MOIOOS2 x 2 H2O).
  • molybdenum trioxide can also be used.
  • the preferred source of alkali metals in the context of the production of shaped unsupported catalyst bodies are their hydroxides.
  • the nitrates of these elements and the hydrates of these nitrates also come into consideration as such sources.
  • the preferred K source is KOH, but in principle KNO3 or its hydrate can also be used as a K source.
  • Salts of bismuth which have the Bi as Bi 3+ , are preferably used as the Bi source.
  • Possible salts of this type are, for example, bismuth (III) oxide, bismuth (III) oxide nitrate (bismuth subnitrate), bismuth (III) halide (for example fluoride, chloride, bromide, iodide) and in particular bismuth (III) nitrate pentahydrate.
  • bismuth (III) oxide bismuth (III) oxide nitrate (bismuth subnitrate)
  • bismuth (III) halide for example fluoride, chloride, bromide, iodide
  • bismuth (III) nitrate pentahydrate bismuth (III) nitrate pentahydrate.
  • a solution of elemental Bi in aqueous nitric acid can also be used, in which the Bi is present as Bi 3+ .
  • an aqueous solution of Bi 3+ nitrate or its hydrate as a source (such a solution can also be produced by dissolving elemental Bi in aqueous nitric acid)
  • its pH value 1 atm, 25°C
  • This pH value is preferably ⁇ 1, particularly preferably ⁇ 0.5.
  • this pH value is > -2, usually > 0.
  • Such an aqueous solution is expediently nitric acid.
  • Preferred Fe sources are salts of Fe 3+ , among which the various iron (III) nitrate hydrates are particularly preferred (compare, for example, DE 10 2007 003076 A1).
  • iron (III) nitrate nonahydrate is particularly preferably used as the Fe source for the aforementioned purpose.
  • salts of Fe 2+ can also be used as an Fe source.
  • At least 50 mol%, better at least 75 mol% and preferably at least 95 mol% or 100 mol% are introduced in the form of an Fe source, which has the Fe as Fe 3+ .
  • Fe sources that contain both Fe 3+ and Fe 3+ can also be used for this purpose.
  • Well-suited sources of Co are, in particular, its salts, which have the Co as Co 2+ and/or Co 3+ .
  • Examples of such examples include cobalt(II) nitrate hexahydrate, Co 3 O4, CoO, cobalt(II) formate and cobalt(II) nitrate.
  • the former of these sources is particularly preferred for the aforementioned purpose.
  • a solution of elemental Co in aqueous nitric acid, in which the Co is present as Co 2+ can also be used as a Co source.
  • Ni 2+ salts are preferably used.
  • Hydrates of nickel(II) nitrate are particularly preferably used as Ni sources.
  • ammonia also as its aqueous solution
  • nitric acid in particular as its aqueous solution
  • a wet (for example aqueous) mixture M can take place in a wide variety of gas atmospheres (for example air, argon, nitrogen, water vapor and/or carbon dioxide).
  • gas atmospheres for example air, argon, nitrogen, water vapor and/or carbon dioxide.
  • a wet (for example aqueous) mixture M is preferably produced in air (the aqueous mixture M is advantageously saturated in air).
  • salts of Co 2+ and salts of Fe 2+ are used as cobalt and iron sources. Especially when these salts are nitrates and/or their hydrates.
  • the wet mixture M is preferably an aqueous mixture M, which is particularly advantageously prepared in the following manner.
  • An aqueous solution A is prepared from at least one source of the element Fe, from at least one source of the element Bi, from at least one source of the element Co and optionally at least one source of the element Ni, the pH value of which is ⁇ 3, preferably ⁇ 2, particularly preferably ⁇ 1 and very particularly preferably ⁇ 0
  • pH values of aqueous solutions in this document generally (unless explicitly stated otherwise) refer to a measurement with a glass electrode designed as a combination electrode at 1 atm and at the temperature at which the respective aqueous solution is prepared; the required calibration of the combination electrode is carried out under the same conditions using aqueous buffer solutions whose pH value is known under these conditions and is close to the desired measured value; the pH value is particularly suitable for determining such pH values Mettler Toledo pH electrode Inpro 4260/425/Pt 100, which is a combination electrode with an integrated Pt 100 temperature sensor for automatic temperature compensation).
  • the pH of the aqueous solution A is not less than -2 and is particularly advantageously in the range -1 to 0.
  • the aqueous solution A is preferably an aqueous solution of the nitrates or nitrate hydrates of the aforementioned elements.
  • the aqueous solution A is particularly preferably an aqueous solution of these nitrates or nitrate hydrates in aqueous nitric acid. Solutions of the relevant elements in aqueous nitric acid are also suitable as element sources, particularly for producing such a solution.
  • An aqueous solution B is prepared from at least one source of the element Mo and optionally at least one of the sources of an alkali metal.
  • the pH value of the aqueous solution B is advantageously (at 1 atm and the temperature at which the solution B is produced) ⁇ 7.
  • the pH value of the aqueous solution B is particularly preferably ⁇ 6.5 and very particularly advantageously ⁇ 6 As a rule, the pH value of the aqueous solution B will be > 3.
  • Cheap solutions B to be used according to the invention have a pH of 4 to 6.
  • the element hydroxide for example KOH
  • the element hydroxide is preferably used as a source of an alkali metal to prepare the aqueous solution B.
  • the preferred Mo source for preparing an aqueous solution B is ammonium heptamolybdate tetrahydrate ((NH4)6Mo?O24 x 4 H2O), which is completely soluble in water at 25 ° C (1 atm) up to saturation solubility (30% by weight, calculated anhydrous).
  • the total content of the aqueous solution A of the metal constituents Bi, Fe, Co, Ni, etc. is expediently 5 to 20% by weight, advantageously 10 to 15% by weight, based on the total amount of the aqueous solution A.
  • the total content of Mo in the aqueous solution B is expediently, based on the total amount of the aqueous solution B, 2 to 25% by weight, advantageously 3 to 20% by weight and particularly advantageously 5 to 15% by weight.
  • the aqueous solution A and the aqueous solution B are then expediently mixed with one another. It is advantageous to proceed in such a way that the aqueous solution A is continuously stirred into the aqueous solution B.
  • the aqueous solution B presented is advantageously stirred intensively.
  • the total content of the resulting aqueous mixture of aqueous solution A and aqueous solution B of the metal constituents Bi, Fe, Co, Ni, Mo, etc. according to the invention, based on the total amount of the aqueous mixture, is expediently 3 to 20% by weight, advantageously 5 to 15% by weight.
  • the temperature of the aqueous solution B presented and that when the aqueous solution A is stirred in, as well as the temperature of the aqueous solution A itself, is advantageously (preferably during the entire mixing process) ⁇ 80 ° C and > 0 ° C.
  • the aforementioned temperatures are preferably ⁇ 75°C and >30°C, and particularly preferably they are ⁇ 70°C and >50°C or ⁇ 65°C and >55°C.
  • the aqueous solutions A and B as well as the aqueous mixture resulting when the aqueous solution A is stirred into the aqueous solution B have the same temperature. This is best 60°C.
  • the temperatures of the aqueous solution A, the aqueous solution B and the aqueous mixtures resulting from these are constant over the course of the stirring process described.
  • thermostatization can be carried out, for example, using a water bath.
  • the working pressure is expediently 1 atm (1.01 bar).
  • the aqueous solution A is preferably stirred into the aqueous solution B presented within a period of 5 to 60 minutes, more preferably within a period of 10 to 30 minutes and most preferably within a period of 15 to 25 minutes.
  • the resulting aqueous mixture is subsequently stirred, preferably while maintaining the stirring temperature, expediently for 5 to 60 minutes, preferably 10 to 30 minutes and particularly advantageously for 15 to 25 minutes.
  • the pH value of the aqueous mixture of the aqueous solution A and the aqueous solution B is advantageously ⁇ 3, better ⁇ 2. As a rule, it is values >0.
  • aqueous silica sol is preferably stirred into the aqueous mixture of aqueous solution A and aqueous solution B as the source of the same, water can advantageously be added to this aqueous mixture before this stirring. Both the aqueous silica sol and the water can expediently be added at once. Both the temperature of the water and the temperature of the aqueous silica sol advantageously correspond to the temperature of the aqueous mixture of the aqueous solution A and the aqueous solution B. Finally, stirring is expediently continued for up to 30 minutes. The aforementioned temperature is advantageously maintained during subsequent stirring.
  • the SiO2 content of the added aqueous silica sol can be 15 to 60% by weight, or 20 to 60% by weight, or 30 to 60% by weight, preferably 40 to 60% by weight and particularly preferably 45 to 55% by weight .-% (based on its total weight).
  • both the aqueous solution B and the aqueous solution A can also be fed continuously to the stirred container (for example by a " 3-way T-mixer).
  • the aqueous solution B can also be continuously stirred into an aqueous solution A provided. However, this procedure is less preferred.
  • the aqueous mixture M obtainable as described is an aqueous suspension (preferably the ratios V described as advantageous are also present in the aqueous mixture M (total molar amount of NH3 + NH4 + contained to molar amount of Mo contained) ;
  • the pH value of the aqueous mixture M obtainable as described is also advantageously ⁇ 3, generally 0 to 2).
  • Aqueous mixtures M available as described advantageously contain no more or less than 60 mol% of the total molar amount of Co and/or Ni contained in them in dissolved form in the aqueous medium (at the temperature and working pressure at which the aqueous mixture produces M became).
  • the proportion AT of the molar amount of Co and/or Ni contained in the aqueous mixture M as a whole, dissolved in the aqueous medium of the aqueous mixture M is at values ⁇ 50 mol% and particularly preferably at values ⁇ 40 mol%. , or ⁇ 30 mol% or ⁇ 20 mol%.
  • the total content of Bi, Fe, Mo, etc. in the aqueous mixture M to be dried (preferably spray-dried) is expedient, based on the Amount of the aqueous mixture M, 3 to 20% by weight, advantageously 5 to 15% by weight.
  • AT is > 10 mol% or ⁇ 15 mol%.
  • the aqueous mixture M is converted into a finely divided, intimate dry mixture preferably by spray drying the aqueous mixture M (the aqueous mixture M is preferably dried as close as possible to its production).
  • the aqueous mixture M is first divided into finely divided droplets (sprayed) in a spray dryer and then dried in the spray dryer.
  • Spray drying is preferably carried out in a stream of hot air.
  • other hot gases can also be used for the aforementioned spray drying (for example nitrogen or air diluted with nitrogen and other inert gases).
  • Spray drying can take place both in cocurrent and in countercurrent of the droplets to the hot gas.
  • Typical gas inlet temperatures are in the range from 250 to 450°C, preferably 270 to 370°C.
  • Typical gas outlet temperatures are in the range from 100 to 160°C. Spray drying is preferably carried out in cocurrent flow of the droplets to the hot gas.
  • the average particle diameter of the resulting spray powder is typically 10 to 100 pm, preferably 15 to 60 pm and particularly preferably 25 to 50 pm (the diameter is determined according to ISO 13320-1 by means of light scattering on spray powder dispersed in air (dispersing air pressure 1.0 bar)
  • references in this document to a standard refer to the edition of the standard that was in force on the priority date of this patent application and whose publication date (issue date) has the smallest time difference to the priority date of this patent application.
  • the shaken mass density (25°C, 1 atm) of the spray powder is typically 500 to 1300 g/l and preferably 700 to 1100 g/l.
  • the ignition loss of the spray powder (annealing for 3 hours at 600 ° C (powder temperature) under standing, excess air) is typically 20 to 40% by weight, preferably 25 to 35% by weight, of its initial weight.
  • the spray powder can preferably be temporarily stored in airtight containers (for example barrels made of plastic).
  • the storage temperature should not exceed 70°C and is preferably ⁇ 50°C. As a rule, the storage temperature will not fall below 10°C. Since the spray powder is usually hygroscopic, extensive contact with moist air should be avoided. Contact with moist air can impair the handling properties of the spray powder (for example its flowability) and ultimately reduce the catalytic activity of the solid catalyst moldings produced with it.
  • the aqueous mixture M can also be dried by other drying methods, for example conventional evaporation (preferably at reduced pressure; the drying temperature will generally not exceed 150 ° C).
  • an aqueous mixture M can also be dried by freeze-drying or Spin-Flash® drying.
  • the spray powder for example, is initially coarsened by subsequent compaction. If the compaction is carried out dry, fine-particle graphite and/or other shaping aids mentioned in this document (for example lubricants, reinforcing agents and/or pore formers) can be mixed into the spray powder before compaction (for example with a rotary wheel mixer). For example, compaction can be carried out with a calender having two counter-rotating steel rollers become. The compact can then be comminuted to the appropriate particle size for the intended further use. This can be done in the simplest way, for example, by pressing the compact through a sieve with a defined mesh size.
  • fine-particle graphite and/or other shaping aids mentioned in this document for example lubricants, reinforcing agents and/or pore formers
  • compaction can be carried out with a calender having two counter-rotating steel rollers become.
  • the compact can then be comminuted to the appropriate particle size for the intended further use. This can be done in the
  • compaction can also be carried out wet.
  • the spray powder can be kneaded with the addition of water.
  • the kneaded mass can be comminuted to the desired fine particle size for subsequent use (see e.g. DE 10049 873 A1) and dried.
  • Precursor moldings of regular or irregular geometry are formed from the finely divided precursor mass (from the finely divided intimate dry mixture of the sources of the elemental constituents) by compacting (compressing or compacting) and the solid catalyst moldings are then produced by thermal treatment.
  • lubricants such as graphite, carbon black, polyethylene glycol, polyacrylic acid, stearic acid, starch, mineral oil, vegetable oil, water, boron trifluoride and/or boron nitride can be added to the fine-particle precursor mass beforehand and/or during shaping.
  • Reinforcing agents such as microfibers made of glass, asbestos, silicon carbide or potassium titanate can also be considered as shaping aids, which have a beneficial effect on the cohesion of the resulting compact (the resulting molded body) after the shaping has been completed by compression.
  • Pore formers such as ammonium nitrate, ammonium carbonate, water and/or malonic acid can also be considered as shaping aids.
  • the pore formers decompose or evaporate to form pores during the thermal treatment.
  • the use of lubricants as part of a corresponding shaping can be found, for example, in the documents DE 10 2007 004961 A1, WO 2008/087116, WO 2005/030393, US 2005/0131253, WO 2007/017431, DE 102007 005606 A1 and in the DE 10 2008 040093 A1 described.
  • fine-particle graphites to be used are those recommended in WO 2005/030393, US 2005/0131253, WO 2008/087116 and DE 10 2007 005606 A1. This applies in particular to those graphites that are used in the examples and comparative examples in these documents.
  • Particularly preferred graphites are Asbury 3160 and Asbury 4012 from Asbury Graphite Mills, Inc. , New Jersey 08802, USA and Timrex®T44 from Timcal Ltd., 6743 Bodio, Switzerland.
  • the finely divided precursor mass to be molded can contain, for example, up to 15% by weight of finely divided lubricant (for example graphite), based on its total weight.
  • finely divided lubricant for example graphite
  • the lubricant content in the finely divided precursor mass to be molded is usually ⁇ 9% by weight, often ⁇ 5% by weight, often ⁇ 4% by weight; This is particularly true if the finely divided lubricant is graphite.
  • the aforementioned additional amount is > 0.5% by weight, usually > 2.5% by weight.
  • the fine-particle precursor mass (the fine-particle intimate dry mixture) containing optional shaping aids is compacted to the desired geometry of the precursor molding by the action of external forces (pressure) on the precursor mass.
  • the shaping apparatus to be used or the shaping method to be used is not subject to any restrictions.
  • the compacting shaping can be done by tableting.
  • the finely divided precursor mass (the finely divided, intimate dry mixture) is preferably used dry to the touch. However, for example, it can still hold up to 10% of its total weight Contain added substances that are liquid under normal conditions (25 °C, 1 atm (1.01 bar)).
  • the finely divided precursor mass (the finely divided intimate dry mixture) can also contain solid solvates (eg hydrates) which have such liquid substances in chemically and/or physically bound form.
  • the finely divided precursor mass can also be completely free of such substances.
  • the preferred shaping process by compacting the finely divided precursor mass is tabletting.
  • the basic principles of tableting are described, for example, in “The Tablet”, Handbook of Development, Manufacturing and Quality Assurance, W.A.Ritschel and A. Bauer-Brandl, 2nd edition, Edition Verlag Aulendorf, 2002 and can be transferred to a tabletting process according to the invention in a completely corresponding manner .
  • Tableting is a process of press agglomeration.
  • the free-flowing feed mixture is inserted into a pressing tool with a die between two punches and compacted by uniaxial compression and formed into a solid compacted body.
  • Tableting can be divided into four parts: metered introduction, compaction (elastic deformation), plastic deformation and ejection. Tableting is carried out, for example, on rotary presses or eccentric presses.
  • the outer surface of the tableted catalyst carrier consists of a peripheral surface corresponding to the inner wall of the die cavity and a first face surface and a second side surface corresponding to the operative heads of the punches.
  • the tableted catalyst support can be flat or have curved ends, i.e. at least one of the first side surfaces and the second side surface are curved. Curved side surfaces can be obtained, for example, by using a concave lower and/or upper punch. If desired, the upper punch and/or the lower punch may include projecting pins to form internal passages. It is also possible to provide the press punches with a large number of pins, so that a punch can be produced with four pins, for example, in order to produce moldings with four holes (passages). Typical design features of such pressing tools can be found, for example, in US 8,865,614.
  • Press tools typically consist of a die, an upper punch, a lower punch, and pins (if the formed body has passages).
  • Suitable materials for pressing tools are tool steels, hard metals based on tungsten carbide (WC) and ceramic materials. Tool materials with a hardness greater than 55 on the Rockwell C scale are preferred. Examples of tool steel materials are the DIN tool steels 1.2210, 1.2343, 1.2436, 1.2379, 1.2601, 1.2080, 1.25550 as well as high-speed steels, Vanadis 4 Extra from Uddeholm D-40549 Düsseldorf, Vanadis 8 from Uddeholm D-40549 Düsseldorf. Suitable WC-based materials are described in US8,865,614.
  • WC-based materials examples include G10-Ni from Hartmetall® Deutschen in D70497 Stuttgart and htc-KR17® from Hightech-Cerarn®.
  • ceramic materials are yttrium-stabilized zirconium oxide (YSZ).
  • WC-based hard metals and ceramic materials are particularly suitable for tool use in which a lined die made of WC-based hard metal or ceramic is inserted into a steel housing made of tool steel, e.g. 1.2379.
  • the pressing tool usually has a surface coating to improve surface hardness, corrosion resistance, wear resistance, friction and non-stick properties.
  • surface coating types include diamond such as carbon (DLC), boron nitride, titanium nitride, chromium nitride, plasma chrome plating, hard chrome plating.
  • the thickness of the layer layer is 1 to 10 pm, preferably 1 to 5 pm.
  • the surface of pressing tools that come into contact with the feed mixture and the resulting tablet preferably has a low surface roughness.
  • the arithmetic mean roughness value Ra according to DIN 4768 of pressing tool surfaces should preferably be 0.01 to 0.5 pm, particularly preferably 0.02 to 0.3 pm, even more particularly preferably 0.02 to 0.2 pm, very particularly preferably 0.02 to 0.1 pm.
  • the length of the tip of the lower punch is preferably 2 to 7 mm, particularly preferably 2 to 6 mm, very particularly preferably 2.5 to 5 mm. Tip straight lines that are too high can lead to high friction, especially if the precursor molded body sticks together. It is preferred that the upper and lower edges of the tip of the lower stroke are not rounded but sharp. The sharp edge mitigates powder jamming into the gaps at the punch-punch interface and the pin-hole interface (on tablet molds with passages). Powder clamping results in both sticking and powder leakage.
  • the length of the tip of the upper punch is preferably greater than 2 mm and is typically in the range of 2 to 10 mm. In contrast to the lower punch, a high tip straight length does not cause friction problems because the upper punch is only inserted a few millimeters into the die in the tableting cycles.
  • the bottom punch and top punch will have holes to accommodate the pins.
  • the top punches should have at least one vent hole that allows air to escape from the die cavity through the top punch holes to the outside of the top punch holes during compression.
  • Such upper punches with vent hole(s) are specified in US 2010/0010238 (see Figs. 4a, 4b, 4c and 4d).
  • the distance between the nozzle bore and the lower outer punching surface is preferably 3 to 50 pm, particularly preferably 5 to 35 pm, very particularly preferably 6 to 26 pm.
  • the distance between the die hole and the upper outer punching surface is preferably 3 to 50 pm, particularly preferably 5 to 35 pm, very particularly preferably 6 to 26 pm.
  • the clearance is ensured by selecting an appropriate combination of the dimensional tolerances of the die and the lower punch.
  • the dimensional tolerance is typically represented according to the ISO shaft tolerance defined in ISO 286-2.
  • Examples of the combinations of the dimensional tolerance of the nozzle bore and the outside of the punch shown in ISO tolerance codes are H6/f7, H6/g6, H6/g7, H7/g6, H7/f7, F8/h6, G7/h6, F7/h6 (nozzle bore /lower punching outside).
  • the pressing tool includes pins.
  • the distance between the pin bore of the lower punch and the pin is preferably 3 to 50 pm, particularly preferably 5 to 35 pm, very particularly preferably 6 to 26 pm. Analogous to the distance between the die bore and the punching outside, this distance is ensured by choosing a suitable combination of the dimensional tolerances of the die and the lower punch.
  • the die bore preferably has a slight taper that starts from a defined depth towards the top of the die.
  • the tapered portion of the nozzle bore has a gradual increase in bore size toward the top of the nozzle, creating additional clearance between the nozzle bore wall and the sharply straight outer side surface of the lower punch.
  • the additional space makes it easier to vent the air contained in the compound feed during compression in the die, thereby mitigating powder blow-off and resulting unstable tableting due to poor air venting.
  • Another advantage of conical dies is the ease of ejection after compaction. Compression into a tablet at the point where the die bore has a taper results in a Tablet with slightly tapered outer side surface due to the embossing of the conical die bore.
  • the ejection phase in which the lower punch pushes the tablet upwards in the die, the ejection of the tablet from the die wall occurs easily, as a slight lifting of the tablet forces the tablet to detach from the die wall due to the tapered structure. If the die bore has no taper, the separation of the tablet from the die wall does not occur, so the entire ejection process (i.e. pushing the tablet up from the depth at which compression occurred to the die top) occurs under the friction between the outer surface the tablet and the die wall and between the straight outside of the tip and the nozzle wall suffers. The friction leads to an unfavorably high ejection force.
  • the depth (i.e. depth from the die top) of the die taper should be chosen so that the formed tablet is predominantly in the conical zone before ejection.
  • the depth of die taper can be oriented by summing the height of the in-die tablet before elastic recovery (i.e., minimum distance between the upper and lower punches) and the insertion depth of the upper punch.
  • a taper depth of 12 to 15 mm can be used for an in-die tablet height of 12 mm with a top punch insertion depth of 2 mm.
  • the angle of the die taper is typically 0.1 to 0.6°, and the size increase of the die bore on the upper side is preferably 0.03 to 0.2 mm, particularly preferably 0.05 to 0.14 mm.
  • the increase in size can be derived mathematically from the angle of the taper and the depth of the taper.
  • the pressing tool includes pins.
  • the pins are attached to the turret so that the pins are in the die cavity where the tablet is formed to exit the passages of the tablet. Similar to the dies, the pins do not move vertically during the tabletting cycle, unlike the upper and lower punches.
  • the vertical plane of the top end of the pins is equal to or slightly below the height of the top face of the die.
  • the vertical plane of the upper end of the pin should be slightly below the level of the upper front of the dies so that the pins do not come out of the lower punching surface stand out.
  • the pins preferably have a slight taper at the top for a defined length.
  • the tapered part of the pins shows a gradual reduction in pin diameter towards the top of the pin.
  • the main advantage of the conical pins is the ease of ejection after compaction. Compression into a tablet at the point where the pins have a taper results in tablet passages with a slightly tapered inner side surface as a result of the embossing by the tapered pins.
  • the diameters of the tablet passages decrease slightly from bottom to top along the axial axis.
  • the tablet In the ejection phase, in which the lower punch pushes the tablet upwards in the die while the pins and die remain vertically stationary, the tablet is ejected from the pins easily, as a slight lifting of the tablet causes the tablet to detach from the die pins due to the tapered structure. If the pins do not have a taper, the separation of the tablet from the pins does not occur, so the entire ejection process (i.e Pushing the tablet up from the depth at which compression occurred on the upper face of the die) suffers from friction at the tablet pin interfaces, resulting in high ejection force.
  • the tapered pins are particularly advantageous when the tablet has multiple passes.
  • the length of the taper of the pins should be chosen so that the formed tablet is predominantly in the conical zone before ejection.
  • the length of taper of the pins can be oriented by summing the height of the in-die tablet before elastic recovery (i.e., minimum distance between the upper and lower punches) and the insertion depth of the upper punch.
  • a tapered length of 12 to 15 mm can be used for an in-die tablet height of 12 mm with a top punch insertion depth of 2 mm.
  • the die taper angle is typically 0.1 to 0.6°, and the reduction in pin diameter at the top is preferably 0.05 to 0.3 mm, particularly preferably 0.1 to 0.2 mm.
  • the reduction can be derived mathematically from the angle of the taper and the taper length.
  • the industrial mass production of the tablets is preferably carried out on a rotating tablet press.
  • Commercially available rotary presses can be used for this invention.
  • Examples of rotary tablet presses include Korsch XT-600 HD, Korsch XT-600, Korsch TPR 700, Korsch TRP 1200, Korsch XL 400 MFP, Kilian RX and Kilian Synthesis.
  • Rotary presses typically have two compaction rolls to perform two-stage compaction, which includes pre-compaction and main compaction.
  • the main compression pressure is in the range from 5 to 500 MPa, preferably 8 to 400 MPa, particularly preferably 10 to 300 MPa.
  • the pre-compression pressure is typically in the range from 5 to 50%, preferably 7 to 40%, particularly preferably 10 to 35% of the main compression pressure applied.
  • the pressing tool is selected according to the desired geometric dimensions of the compacted body.
  • the size and shape of the compressed body and thus of the catalyst is selected so that suitable packing of the catalyst bodies obtained from compressed bodies in a reactor tube is possible.
  • the catalysts obtained from the compacted bodies suitable for the catalysts according to the invention are preferably used in reactor tubes with a length of 6 to 14 m and an inner diameter of 20 mm to 50 mm.
  • the carrier consists of individual bodies with a maximum dimension in the range of 3 to 20 mm, such as 4 to 15 mm, in particular 5 to 12 mm.
  • the maximum extension is the longest straight line between two points on the outer circumference of the beam.
  • the shape of the compacted bodies is not particularly limited and can be in any technically feasible shape, depending, for example, on the forming process.
  • the support may be a solid tablet or a hollow tablet such as a hollow cylinder.
  • the support can be characterized by a multi-lobe structure.
  • a multi-lobe structure is intended to refer to a cylinder structure that has a large number of cavities, e.g. grooves or grooves, which run in the cylinder periphery along the cylinder height. In general, the cavities are arranged substantially equidistantly around the circumference of the cylinder.
  • the pressing force during tabletting influences the compaction of the free-flowing feed mixture and thus, for example, the density and/or mechanical stability of the compacted body.
  • the lateral Compressive strength is the force that breaks the tableted catalyst support located between two flat parallel plates, with the two flat parallel end faces of the catalyst support at right angles to the flat parallel plates.
  • the free-flowing feed mixture can be subjected to further processing, for example by sieving, preheating and/or pre-granulating, i.e. pre-compacting.
  • a roller compactor such as a Chilsonator® from Fitzpatrick, can be used for pre-granulation.
  • Tableting is advantageously carried out as described in the documents WO 2005/030393, DE 102008 040093 A1, DE 102008 040094 A1 and WO 2007/017431.
  • the temperature surrounding the tabletting machine is normally 25 °C.
  • the particle diameters of the precursor mass to be compacted are expediently in the range 100 to 2000 pm, preferably 150 to 1500 pm, particularly preferably 400 to 1250 pm, or 400 to 1000 pm, or 400 to 800 pm (shaping aid mixed in before compaction is not taken into account).
  • the desired geometry of the resulting shaped bodies is also not subject to any restrictions in the method according to the invention.
  • a preferred ring geometry (the geometry of a non-calcined green body and the solid catalyst molding resulting from this by calcination are usually essentially the same) is the geometry 5 mm x 5 mm x 2 mm (outer diameter x height (length) x inner diameter).
  • a low pressure loss is particularly advantageous if the partial oxidation catalyzed by the fixed catalyst bed is operated at a high load on the fixed bed with reaction gas mixture (at a high current intensity of the reaction gas mixture flowing through the fixed catalyst bed).
  • Another preferred ring geometry is the geometry 5 mm x 3 mm x 2 mm (outer diameter x height (length) x inner diameter).
  • 5 mm x 3 mm x 2 mm outer diameter x height (length) x inner diameter
  • the shaping compression should advantageously be carried out in such a way that the lateral compressive strength SDF V of the resulting molding (cf. DE 102008 040093 A1, DE 102008 040094 A1 and WO 2005/030393) the relation 5 N ⁇ SDF V ⁇ 100 N, preferably 8 N ⁇ SDF V s 80 N, and particularly preferably 12 N ⁇ SDF V ⁇ 50 N is fulfilled.
  • ring-like green bodies as recommended by DE 102008 040093 A1, are particularly preferred according to the invention.
  • the end faces of ring-shaped or ring-like shaped bodies can be used in the described manufacturing process of green compacts according to the invention (both or only one of the two end faces) can be flat or curved (curved) outwards (convex) (see in particular DE 102007 004961 A1, EP 0 184 790 A2, DE 102008 040093 A1 (for example its paragraph [0032]) and DE 102008 04009 A1 (for example its paragraph [0074]) and the individualized embodiments presented in these documents).
  • Rings or ring-like shaped bodies with convexly arched (curved) end faces are advantageous in that fixed catalyst beds of ring-shaped or ring-like shaped bodies with a convexly arched (curved) end face (with otherwise the same geometry). lower pressure loss in the reaction gas mixture flowing through the fixed catalyst bed (especially in the case of fixed catalyst beds in reaction tubes) than fixed catalyst beds of annular or ring-like shaped bodies with a flat end face.
  • the ring geometry is 5 mm x 5 mm x 2 mm (outer diameter x height (length) x inner diameter).
  • the radius of such a convex curvature is usually 0.4 to 5 times (e.g. 0.8 to 4 times, or 1.2 to 3 times, or 1.6 to 2 .6 times) the outer diameter of the circular cylinder of the catalyst ring.
  • a fixed catalyst bed that causes a lower pressure loss is particularly advantageous if the partial oxidation catalyzed by the fixed catalyst bed is operated at a high load on the fixed bed with reaction gas mixture (at a high current intensity of the reaction gas mixture flowing through the fixed catalyst bed).
  • H/A 0.5 to 1.1 or up to 1.0 is particularly preferred.
  • the ratio l/A (where I is the inner diameter of the ring geometry) is 0.3 to 1.5, preferably 0.6 to 1.1.
  • the aforementioned ring geometries are particularly advantageous if they simultaneously have one of the advantageous H/A ratios and one of the advantageous I/A ratios.
  • H/A can be 0.5 to 1.1 or up to 1.0 and l/A can be 0.3 to 1.5 or 0.6 to 1.1 at the same time.
  • it is favorable for the relevant ring geometries if H is 2 to 7 mm and preferably 2 to 6 mm or 3 to 6 mm.
  • a for the rings is 4 to 8 mm, preferably 4 to 6 mm.
  • the wall thickness of preferred ring geometries is 1 to 2 mm or up to 1.5 mm.
  • Possible ring geometries according to the invention are therefore (A x H x I) 5 mm x 5 mm x 2 mm, or 5 mm x 2 mm x 2 mm, or 5 mm x 3 mm x 2 mm, 5 mm x 5 mm x 2.5 mm, or 5mm x 3mm x 2.5mm, or 5.5mm x 5.5mm x 2.5mm, or 5.5mm x 5.5mm x 3mm, or 5mm x 3mm x 3 mm, or 5.5 mm x 3 mm x 3.5 mm, or 6 mm x 3 mm x 4 mm, or 6 mm x 6 mm x 3 mm, or 6 mm x 6 mm x 3.5 mm, or 6.5mm x 3mm x 4.5mm, or 7mm x 3mm x 5mm, or 7mm x 7mm x 3mm, or 7mm x 3mm x 4mm, or 7mm x 7mm
  • precursor moldings have the lowest possible residual moisture. This is particularly the case when the intimate mixing of the various sources of the elemental constituents other than oxygen takes place wet (particularly when it takes place with the formation of an aqueous mixture M).
  • the residual moisture content of advantageous green compacts is preferably ⁇ 10% by weight, better ⁇ 8% by weight, even better ⁇ 6% by weight, and best of all ⁇ 4% by weight or ⁇ 2% by weight (the Residual moisture determination can be carried out as described in “The Library of Technology”, Volume 229, “Thermogravimetric Material Moisture Determination”, Basics and Practical Applications, Horst Nagel, publisher Little industrie (e.g. with the help of a Computrac MAX 5000 XL from Arizona Instruments)).
  • the residual moisture determination is expediently carried out using microwaves (e.g. with the LB 456 microwave system from BERTHOLD TECHNOLOGIES).
  • the microwave radiates through the material to be examined with very low power (0.1 mW) (the latter experiences essentially no change in its temperature due to the comparatively low power).
  • the material components are thereby polarized to different degrees.
  • the microwave loses speed and energy.
  • the influence of water molecules is significantly greater than the influence of other components, which enables the selective determination of residual water content. This is because water molecules, due to their size and their dipole properties, are able to follow an alternating electromagnetic field in the microwave frequency range particularly well through dipole alignment. In doing so, they absorb energy and change the alternating electromagnetic field with their electrical properties.
  • the measuring principle is based on this field weakening and field change.
  • a weak microwave field can be built up over the sensor surface of a planar sensor and the resonance frequency of the sensor system can be permanently analyzed by scanning the microwave frequency. If you now place a sample containing water over the sensor, the resonance frequency shifts and its amplitude is dampened. Both damping and resonance frequency shift increase as the amount of water increases, and therefore also as the bulk density of the material to be measured increases. However, the ratio of frequency shift and attenuation is a density-independent measure of the percentage of water and is therefore the key to moisture measurement. The ratio forms the so-called microwave moisture reading, which represents the total moisture. Since the microwave resonance method is an indirect moisture measurement method, calibration is necessary. During such a calibration measurement, material samples with a defined moisture content are measured with the sensor. The linking of the microwave moisture measurement values with the associated defined absolute material moisture levels then forms the calibration of the measuring system. The measurement accuracy is usually ⁇ 0.1% moisture (for example, the water moisture can be determined using an online moisture measuring device PMD300PA from Sartorius).
  • spray drying of a wet (e.g. aqueous) mixture M should be carried out in such a way that the resulting spray powder has the lowest possible residual moisture content.
  • the green compacts should be stored, if possible, with the exclusion of ambient air (which contains humidity). (The storage is preferably carried out until calcination under anhydrous inert gas or under previously dried air or in airtight containers).
  • the shaping/shaping and storage of finely divided, intimate dry mixture is advantageously carried out with the exclusion of ambient air (containing humidity) (e.g. under an N2 atmosphere).
  • the green compacts are normally calcined at temperatures (calcination temperatures) that reach at least 350°C or generally exceed them. Normally, however, the temperature of 650 ° C is not exceeded during calcination (the term calcination temperature in this document means the temperature present in the calcination material (advantageously, the calcination material has a calcination temperature that is as uniform (homogeneous) as possible); this applies in the same way to the remaining calcination conditions)).
  • the temperature is advantageously 600°C, preferably 570°C and often 550°C.
  • the temperature of 380 ° C is preferably exceeded, advantageously the temperature of 400 ° C, with particular advantage the temperature of 420 ° C and most preferably the temperature of 440 ° C.
  • the calcination process can also be divided into several sections over time.
  • a thermal pretreatment is carried out at temperatures of >120°C and ⁇ 350°C, preferably >150°C and ⁇ 320°C, particularly preferably 170°C and ⁇ 290°C.
  • a thermal pretreatment is expediently carried out until the components contained within the mass to be thermally treated and which decompose into gaseous compounds under the conditions of the thermal treatment have been largely (preferably completely) decomposed into gaseous compounds (the time required in this regard can be, for example, 3 to 15 hours, often 4 to 10 hours or 5 to 8 hours).
  • the molar amount of cations other than metal ions contained in the mass to be subsequently calcined, based on the total molar amount of cations contained is ⁇ 20 mol% (preferably ⁇ 10 mol% ) and on the other hand, the molar amount of anions other than O 2 ' contained in the same mass, based on the total molar amount of anions contained, is also ⁇ 20 mol% (preferably ⁇ 10 mol%).
  • Favorable temperature windows for the final calcination temperature are therefore in the temperature range 400 to 600 ° C, or preferably in the temperature range 420 to 570 ° C, or particularly preferably in the temperature range 450 to 550 ° C.
  • the total duration of the calcination usually lasts more than 0.5 hours, and often more than 2 hours. In most cases, calcination treatment times do not exceed 45 hours or 30 hours. The total calcination time is often less than 25 hours. In principle, a shorter calcination time is generally sufficient at higher calcination temperatures than at lower calcination temperatures. In an embodiment of the calcination that is advantageous according to the invention, 550 ° C is not exceeded and the calcination time in the temperature window > 430 ° C and ⁇ 550 ° C extends to > 4 to ⁇ 25 hours.
  • the entire thermal treatment (including a decomposition phase) of a precursor mass can be carried out both under an inert gas and under an oxidative atmosphere such as air (or another mixture of inert gas and molecular oxygen) and under a reducing atmosphere (for example a mixture of inert gas , NH3, CO and/or H2 or under methane).
  • an oxidative atmosphere such as air (or another mixture of inert gas and molecular oxygen)
  • a reducing atmosphere for example a mixture of inert gas , NH3, CO and/or H2 or under methane.
  • the atmosphere can also be made variable over the course of the thermal treatment.
  • the thermal treatment (in particular the calcination phase) preferably takes place in an oxidizing atmosphere. From an application point of view, this consists predominantly of stationary or (preferably) moving air (particularly preferably the mass to be thermally treated (the calcination material) is flowed through by an air stream).
  • the oxidizing atmosphere can also consist of a standing or moving mixture of, for example, 25 vol.% N 2 and 75 vol.% air, or 50 vol.% N 2 and 50 vol.% air, or 75 vol.% N 2 and 25 vol.% air (a treatment atmosphere of 100 vol.% N 2 is also possible).
  • the thermal treatment (for example calcination) of the precursor mass can be carried out in a wide variety of oven types such as heatable circulating air chambers (circulating air ovens, for example circulating air shaft ovens), tray ovens, rotary kilns, belt calciners or shaft ovens.
  • the thermal treatment takes place in a belt calcining device, as recommended by DE 100 46 957 A1 and WO 02/24620.
  • a hot spot formation within the material to be treated (within the material to be calcined) is largely avoided by using fans to convey increased volume flows of calcination atmosphere through the material to be calcined through a gas-permeable conveyor belt carrying the material to be calcined (these ensure that the calcination temperature in the material to be calcined is as uniform as possible).
  • the shaping aids used can be retained both in the resulting shaped catalyst body and at least partially in gaseous form from these by thermal and/or chemical decomposition to gaseous compounds (for example CO, CO 2 ). escape.
  • gaseous compounds for example CO, CO 2 . escape.
  • shaping aids remaining in the shaped catalyst body act essentially exclusively as diluting the active material.
  • the thermal treatment can be carried out as described in US 2005/0131253.
  • the lateral compressive strengths of annular solid catalyst moldings obtainable according to the invention as described are 4 to 16 N, often 5 to 14 N or 6 to 12 N.
  • the specific (BET) surface area of the unsupported catalyst molding is advantageously 2 to 20 m 2 /g or up to 15 m 2 /g, preferably 3 to 10 m 2 /g and particularly preferably 4 to 8 m 2 /g.
  • the associated total pore volume is advantageously in the range from 0.33 to 0.60 cm 3 /g, preferably in the range 0.36 to 0.54 cm 3 /g and particularly preferably in the range 0.38 to 0. 50 cm3 /g.
  • the solid catalyst moldings can also be used diluted with inert materials to catalyze heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidations.
  • suitable such inert diluent materials include element oxides fired at high temperatures and therefore comparatively poor in pores, such as aluminum oxide, silicon dioxide, thorium dioxide and zirconium dioxide.
  • finely divided silicon carbide or finely divided silicates such as magnesium and aluminum silicate or steatite can also be used for the aforementioned purpose.
  • the procedure will be, for example, that the calcined active material is ground into a finely divided powder.
  • finely divided inert dilution material can also, for example, be incorporated into a wet (for example aqueous) mixture M before it has dried.
  • finely divided inert diluent material can be incorporated into the finely divided dry mixture.
  • solid catalyst moldings produced according to the described advantageous production processes are characterized by the fact that they have essentially no local centers of element oxides. Rather, these elements are largely part of complex, mixed oxomolybdates containing Bi, Fe and Mo. This has proven to be favorable with regard to the desired minimization of the undesirable complete combustion of organic reaction gas mixture components in the context of the relevant heterogeneously catalyzed partial oxidations.
  • Shaped solid catalyst bodies according to the invention are suitable not only for catalyzing the heterogeneously catalyzed partial oxidation of propene to acrolein, but generally for catalyzing heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidations of alkanes, alkanols, alkenes and / or alkenals containing 3 to 6 carbon atoms (partial oxidations are intended in this context).
  • partial oxidations are intended in this context.
  • those reactions of organic compounds under the reactive action of molecular oxygen are understood to be understood in writing in which the organic compound to be partially oxidized contains at least one more chemically bound oxygen atom after the reaction has ended than before the partial oxidation was carried out).
  • the term partial oxidation is also intended to include oxidative dehydrogenation and partial ammoxidation, i.e. partial oxidation in the presence of ammonia.
  • Shaped solid catalyst bodies according to the invention are particularly suitable for catalyzing the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein, of iso-butene to methacrolein and for catalyzing the heterogeneously catalyzed partial gas phase ammoxidation of propene to acrylonitrile and of iso-butene to methacrylonitrile.
  • the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene (iso-butene and/or tert. butanol) to acrolein (methacrolein) forms the first stage of a two-stage heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene (iso-butene and/or tert. butanol) to acrylic acid (methacrylic acid), as described for example in WO 2006/42459.
  • a by-product formation of acrylic acid (methacrylic acid) associated with a heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene (iso-butene) to acrolein (methacrolein) is therefore generally not undesirable and is usually subsumed under the desired formation of valuable products.
  • the heterogeneously catalyzed partial oxidation (in particular that of propene to acrolein) can, for example, as in the documents DE 102007 004961 A1, WO 02/49757, WO 02/24620, DE 102008 040093 A1, WO 2005/030393, EP 0 575 897 A1, WO 2007/082827, WO 2005/113127, WO 2005/047224, WO 2005/042459, WO 2007/017431, DE 102008 042060 A1, WO 2008/087116, DE 102010 048405 A1, DE 102009 047291 A1, DE 102008 042064 A1, DE 10 2008 042061 A1, WO 2015/067656 and DE 10 2008 040094 A1 for similar catalysts can be carried out (in particular, the procedure can be carried out in a corresponding manner as in the exemplary embodiments of these documents).
  • the aforementioned load on the catalyst feed will be ⁇ 600 Nl/I h, often ⁇ 500 Nl/I h, often ⁇ 400 Nl/I h or ⁇ 350 Nl/I h. Loads in the range of > 160 Nl/I h or > 180 Nl/I h to ⁇ 300 or ⁇ 250 or ⁇ 200 Nl/I h are particularly useful.
  • the standard volume units such as NI or Nm 3 in this document always refer to the standard conditions of 0 °C and 1 atm (1.01 bar) (unless otherwise expressly stated).
  • the load can also be based only on one component of the reaction gas input mixture (for example only on the organic starting compound to be partially oxidized). Then it is the volume of this component (for example the organic starting compound of the partial oxidation) that is fed to the fixed catalyst bed (the catalyst feed of the reactor), based on the volume of its bed, per hour.
  • unsupported catalyst bodies available according to the invention can be used as catalysts for the partial oxidation of propene to acrolein or of iso-butene and/or tert.
  • this load is at values > 20 Nl/I h, or > 30 Nl/I h, or > 40 Nl/I h, or > 50 Nl/I h, or > 60 Nl/I h, or > 70 Nl/I h, or > 80 Nl/I h.
  • the load on the catalyst feed of a reactor (a fixed catalyst bed) with the starting compound to be partially oxidized (propene, iso-butene and/or tert. butanol (or its methyl ether)) can be adjusted using two adjusting screws: a) the load on the catalyst feed with reaction gas input mixture (the reaction gas mixture that is fed to the fixed catalyst bed), and / or b) the content of the reaction gas input mixture with the starting compound to be partially oxidized.
  • the (for example ring-shaped) solid catalyst moldings obtainable according to the invention are particularly suitable if, when the load on the catalyst charge with the organic compound to be partially oxidized is above 130 Nl / l h, the load is adjusted primarily via the aforementioned adjusting screw a).
  • the propene content (iso-butene content or tert. butanol content (or the methyl ether content)) in the reaction gas input mixture is 4 to 10% by volume, often 5 to 9% by volume, essentially independently of the load on the catalyst feed 5.5 to 8.0% by volume, or 6.0 to 7.5% by volume (in each case based on the total volume (stream) of the reaction gas input mixture flowing into the fixed catalyst bed).
  • the gas phase partial oxidation process of the partial oxidation (essentially independent of the load) catalyzed with the (for example ring-shaped) solid catalyst bodies according to the invention available as described is often used with an (organic) compound to be partially oxidized (for example propene): oxygen: indifferent (inert) gases (including Water vapor) volume ratio in the reaction gas input mixture of 1:(1.0 to 3.0):(5 to 25), preferably 1:(1.5 to 2.3):(10 to 20).
  • Indifferent gases are understood to be those gases which remain chemically unchanged to the extent of at least 95 mol%, preferably at least 98 mol%, during the course of the partial oxidation when the reaction gas mixture passes through the catalyst bed once.
  • the indifferent gas can be >20% by volume, or >30% by volume, or >40% by volume, or
  • inert diluent gases with increased molar heats and / or thermal conductivities such as propane, ethane, methane, pentane, butane, CO2, CO, water vapor and/or noble gases are recommended for the reaction gas input mixture (but not mandatory).
  • these inert gases and their mixtures can also be used at lower loads on the catalyst feed with the organic compound to be partially oxidized.
  • Cycle gas can also be used as diluent gas. Cycle gas is understood to mean the residual gas that remains when essentially selectively separating the target compound from the product gas mixture of the partial oxidation.
  • the partial oxidations to acrolein or methacrolein with the, for example ring-shaped, solid catalyst bodies available according to the invention can only be the first stage of a two-stage partial oxidation to acrylic acid or methacrylic acid as the actual target compounds, so that the recycle gas formation usually only occurs after the second stage (typical cycle gas compositions for the case of a heterogeneously catalyzed partial oxidation of propene to acrolein and / or acrylic acid are shown in DE 102 32 482 A1 in its paragraphs [0063] and [0075]).
  • the product gas mixture from the first stage as such is generally fed to the second partial oxidation stage, optionally after cooling and/or addition of secondary oxygen (usually as air).
  • a typical composition of the reaction gas input mixture measured at the reactor inlet can contain, for example, the following components
  • the former compositions are particularly suitable for propene loads of > 130 Nl / l h and the latter composition is particularly suitable for propene loads of ⁇ 130 Nl / l h, in particular ⁇ 100 Nl / l h (for example for starting the partial oxidation) of the fixed catalyst bed.
  • inventive, for example annular, solid catalyst moldings available as described are also suitable for the processes of DE 102 46 119 A1 and DE 102 45 585 A1.
  • the reaction temperature for a heterogeneously catalyzed propene partial oxidation to acrolein according to the invention is often 300 to 450 ° C, or up to 400 ° C, or up to 380 ° C when using the (for example ring-shaped) unsupported catalyst bodies according to the invention available as described.
  • a particularly preferred reaction temperature window is 305 to 345 ° C.
  • the reaction pressure for the aforementioned partial oxidations is generally 0.5 to 4 or up to 3 bar, or preferably 1.1 or 1.5 to 4 or up to 3 bar (this is what is meant in this document, unless expressly stated otherwise is, always absolute pressures).
  • the total load on the catalyst feed with reaction gas input mixture in the aforementioned partial oxidations according to the invention is typically 1000 to 10,000 Nl/l-h, usually 1500 to 5000 Nl/l h and often 2000 to 4000 Nl/l h.
  • the propene to be used in the reaction gas input mixture is primarily polymer grade propene and chemical grade propene, as described, for example, in WO 2004/007405.
  • Air is normally used as the oxygen source (if necessary together with cycle gas).
  • the partial oxidation using the inventive (for example the ring-shaped) solid catalyst bodies available as described can be carried out in the simplest case, for example, in a single-zone contact tube fixed-bed reactor, such as DE 44 31 957 A1, EP 0 700 714 A1 and EP 0 700 893 A1 describe.
  • the contact tubes are made of ferritic steel and typically have a wall thickness of 1 to 3 mm. Their inner diameter is usually 20 to 30 mm, often 21 to 26 mm. A typical contact tube length is, for example, 3.50 m, 4.00 m or 4.50 m.
  • the number of contact tubes accommodated in the tube bundle container is expediently at least 1000, preferably at least 5000.
  • the number of contact tubes accommodated in the reaction container is often 15,000 to 40,000. Tube bundle reactors with a number of contact tubes above 45,000 are rather the exception.
  • the contact tubes are normally arranged in a homogeneous distribution, the distribution being expediently chosen so that the distance between the central inner axes of contact tubes that are closest to one another (the so-called contact tube pitch) is 35 to 45 mm (cf. EP 0 468290 B1).
  • the partial oxidation can also be carried out in a multi-zone (for example "two-zone") multi-contact tube fixed-bed reactor, as described in DE 199 10 506 A1, DE 103 13213 A1, DE 103 13208 A1 and EP 1 106 598 A2 particularly recommended in the case of increased loads on the catalyst feed of the multi-contact tube reactor with the organic compound to be partially oxidized.
  • a typical contact tube length in the case of a two-zone multi-contact tube fixed-bed reactor is 3.50 m, 4.00 m or 4.50 m. Everything else essentially applies as described for the single-zone multi-contact tube fixed-bed reactor.
  • a heat exchange medium is passed around the contact tubes within which the catalyst charge (the fixed catalyst bed) is located in each temperature control zone (the single-zone multi-contact tube fixed-bed reactor has only one temperature control zone) of the single-zone or multi-zone multi-contact tube fixed-bed reactor.
  • Suitable as such are, for example, melts of salts such as potassium nitrate, potassium nitrite, sodium nitrite and/or sodium nitrate, or low-melting metals such as sodium, mercury and alloys of various metals.
  • the flow rate of the heat exchange medium within the respective temperature control zone is usually selected so that the temperature of the heat exchange medium from the entry point into the temperature control zone to the exit point from the temperature control zone is 0 to 15 ° C, often 1 to 10 ° C, or 2 to 8 °C, or 3 to 6°C rises.
  • the inlet temperature of the heat exchange medium which, viewed via the respective temperature control zone, can be conducted in cocurrent or countercurrent to the reaction gas mixture, is preferably as in the documents EP 1 106 598 A2, DE 19948 523 A1, DE 19948 248 A1, DE 103 13 209 A1, EP 0 700 714 A1, DE 103 13208 A1, DE 103 13213 A1, WO 00/53557, WO 00/53558, WO 01/36364, WO 00/53557 and the other documents cited in these documents as prior art are recommended chosen.
  • the heat exchange medium is preferably guided in a meandering manner.
  • the difference between the highest and the lowest temperature of the heat exchange medium located within a temperature control zone should, when viewed over that longitudinal section of the temperature control zone in which there is a catalytically active (not a pure inert bed) section of the fixed catalyst bed, advantageously be > 0 ° C and ⁇ 5 °C (preferably this difference is small).
  • the multi-contact tube fixed bed reactor also has thermal tubes for determining the temperature of the reaction gas in the catalyst bed (thermal tubes and reaction tubes are charged with the same fixed bed).
  • the inner diameter of the thermal tubes and the diameter of the receiving sleeve (thermal sleeve) for the thermocouple, which is centered inside them and runs parallel to the longitudinal axis of the thermal tube, is expediently chosen so that the ratio of the volume developing reaction heat to the heat-dissipating surface is the same for thermal tubes and working tubes or only slightly different from each other.
  • Pressure loss compensation in the thermal tube can be achieved, for example, by adding split catalyst to the solid catalyst moldings. This compensation is expediently carried out homogeneously over the entire length of the thermal tube.
  • the filling of thermal tubes can be designed as described in EP 0 873 783 A1.
  • inert shaped bodies are used. Possible materials for such inert molded bodies are, for example, porous or non-porous aluminum oxides, silicon dioxide, zirconium dioxide, silicon carbide, silicates such as magnesium or aluminum silicate and/or steatite (for example type C220 from CeramTec, DE).
  • inert dilution moldings are arbitrary. This means that they can be, for example, spheres, polygons, solid cylinders or, for example in the case of annular shaped catalyst bodies, rings.
  • the inert dilution moldings chosen are those whose geometry corresponds to that of the catalyst moldings to be diluted with them.
  • the geometry of the shaped catalyst body can also be changed along the catalyst charge or shaped catalyst bodies of different geometries can be used in a largely homogeneous mixture. In a less preferred procedure, the active mass of the shaped catalyst body can also be changed along the catalyst charge.
  • the catalyst feed is advantageously designed in such a way that the volume-specific activity (that is, the activity normalized to the unit of volume) either remains constant or increases (continuously, abruptly or stepwise) in the direction of flow of the reaction gas mixture.
  • a reduction in the volume-specific activity can be achieved in a simple manner, for example, by using a basic amount of uniform according to the invention produced (for example ring-shaped) solid catalyst moldings are homogeneously diluted with inert diluent moldings.
  • a reduction can also be achieved by changing the geometry of the shaped solid catalyst bodies obtainable according to the invention in such a way that the amount of active material contained in the unit of the reaction tube internal volume becomes smaller.
  • the catalyst charge is preferably either designed uniformly over the entire length with only one type of unsupported shaped catalyst body or structured as follows.
  • the length of the catalyst loading there is then advantageously up to the end of the length of the catalyst loading (that is, for example, over a length of 1.00 to 3.00 m or from 1.00 to 2.70 m, preferably 1.40 to 3.00 m, or 2.00 to 3.00 m) either a bed of the same (for example ring-shaped) solid catalyst moldings available as described that is only diluted to a lesser extent (than in the first section), or, very particularly preferably, a sole (undiluted) Filling the same (for example ring-shaped) solid catalyst molding that was also used in the first section.
  • a constant dilution can also be selected across the entire feed.
  • a (for example annular) solid catalyst molding with a low active mass density based on its space requirement can be charged and in the second section with a (for example annular) solid catalyst molding available according to the invention with a high active mass density based on its space requirement (for example 6, 5mm x 3mm x 4.5mm [Outer Diameter x Height x Inner Diameter] in the first section, and 5 x 2 x 2mm [A x H x I] in the second section).
  • a bed of inert shaped bodies can be applied, which has the purpose, for example, of increasing the inlet temperature of the reaction gas mixture to the temperature of the heat exchange medium.
  • the catalyst feed (in particular the fresh one) of the reactor and the process conditions of the catalyzed partial oxidation in the case of the heterogeneously catalyzed partial oxidation of propene to acrolein (or in the case of a heterogeneously catalyzed partial oxidation for the production of methacrolein) is preferably chosen (designed) so that in the partial oxidation operation at no point in the fixed catalyst bed is the difference between the temperature of this point of the fixed catalyst bed and the temperature of the heat exchange medium at this point > 120 ° C.
  • this temperature difference is positive at any point but ⁇ 100°C (in particular 40 to 100°C), particularly advantageously ⁇ 90°C (in particular 50 to 90°C).
  • this (positive) temperature difference can also be ⁇ 50°C or ⁇ 40°C.
  • the embodiment is preferably such that this temperature difference increases by > 0°C but ⁇ +9°C, better ⁇ +7°C, preferably ⁇ +5°C, particularly preferably ⁇ +3°C increases (see also EP 1 106 598 A1).
  • a heterogeneously catalyzed partial oxidation for the production of acrolein (from propene) or methacrolein (from the C4 precursor compounds mentioned in the present document) can advantageously be carried out with annular solid catalyst moldings produced according to the invention in complete accordance with the statements in WO 2015/067656 .
  • the catalyst charge, the reaction gas starting mixture, the load and the reaction temperature are generally selected so that when the reaction gas mixture passes through the catalyst charge once a conversion of the organic compound to be partially oxidized (propene, iso-butene, tert-butanol or its methyl ether) of at least 90 mol%, or at least 92 mol%, preferably of at least 93 mol% or at least 94 mol- % or at least 95 mol% or at least 97 mol%, but normally ⁇ 99 mol% results.
  • the selectivity of the valuable products (sum of acrolein and acrylic acid or sum of methacrolein and methacrylic acid) will regularly be > 80 mol%, or > 85 mol% or > 90 mol%.
  • solid catalyst moldings according to the invention that are available as described also have an advantageous fracture behavior when filling the reactor.
  • the commissioning of a fresh catalyst feed (fixed catalyst bed) containing (for example ring-shaped) solid catalyst bodies available according to the invention can, for. B. as described in DE 103 37 788 A1 or as described in DE 10 2009 047291 A1.
  • unsupported catalyst moldings obtainable according to the invention can be accelerated by carrying it out with essentially constant conversion under increased loading of the catalyst feed with reaction gas input mixture.
  • solid catalysts available according to the invention are generally used to catalyze the gas phase partial (amm) oxidation of an alkanol, alkanal, aikene, alkane and alkenal containing 3 to 6 (that is, 3, 4, 5 or 6) carbon atoms to form, for example, olefinically unsaturated aldehydes and/or carboxylic acids and the corresponding nitriles, and suitable for gas phase catalytic oxidative dehydrogenations of the aforementioned organic compounds containing 3, 4, 5 or 6 carbon atoms.
  • 3 to 6 that is, 3, 4, 5 or 6
  • a process for producing unsupported shaped catalyst bodies for the gas phase oxidation of an aikene and/or an alcohol to form an ⁇ ,ß-unsaturated aldehyde and/or an ⁇ ,ß-unsaturated carboxylic acid wherein the unsupported shaped catalyst bodies comprise at least the elements molybdenum, bismuth, iron and cobalt, where a) an aqueous solution or aqueous suspension is produced from at least one source of the elemental constituents molybdenum, bismuth, iron, cobalt and optionally at least one source of the elemental constituent nickel, b) by drying the aqueous solution or aqueous suspension obtained in a) and optionally comminution, a powder P is produced, c) that powder P obtained in b), optionally with the addition of one or more auxiliaries and after uniform mixing and optional compaction, is compacted into precursor moldings with a cylindrical structure, and d) those obtained in c).
  • Precursor moldings are thermally treated to form the solid catalyst moldings, characterized in that the pressure during compression in c) is selected so that the density of the precursor moldings is from 1.70 to 2.30 g / cm 3 , the density of the precursor moldings being The quotient of the mass and the geometric volume is, and the weight loss during the thermal treatment in d) is from 25 to 40% by weight.
  • Method according to embodiment 1 or 2 characterized in that the pressure during compression in c) is selected so that the density of the precursor moldings is from 1.74 to 2.26 g/cm 3 .
  • Unsupported shaped catalyst body with a cylindrical structure for the gas phase oxidation of an Aikens and/or an alcohol to an ⁇ ,ß-unsaturated aldehyde and/or an ⁇ ,ß-unsaturated carboxylic acid obtainable by a process of embodiments 1 to 26, wherein the unsupported shaped catalyst body at least Elements include molybdenum, bismuth, iron and cobalt, the density of the solid catalyst shaped body being from 1.20 to 1.70 g/cm 3 , the density of the solid catalyst shaped body being the quotient of the mass and the geometric volume, the total pore volume of the solid catalyst shaped body being of 0.33 to 0.60 cm 3 /g and the pore volume of the solid catalyst shaped body is in the range of 0.1 to 1 pm from 85 to 99% of the total pore volume, the total pore volume and the pore volume being in the range of 0.1 to 1 pm is determined by mercury porosimetry.
  • Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 39, wherein the pore volume of the unsupported shaped catalyst body is in the range from 0.1 to 1 ⁇ m from 88 to 96% of the total pore volume.
  • Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 40 wherein the pore volume of the unsupported shaped catalyst body is in the range from 0.1 to 1 ⁇ m of 89 to 95% of the total pore volume.
  • Solid catalyst molding according to embodiment 42 wherein the shortest distance between the outer wall of the cylindrical body and the next through opening is from 0.75 to 2.5 mm.
  • Solid catalyst molding according to embodiment 48 wherein the wall thickness of the hollow cylinder is from 0.75 to 2.5 mm.
  • Solid catalyst molding according to embodiment 48 or 49, wherein the wall thickness of the hollow cylinder is from 0.8 to 2.0 mm.
  • Y Ca, Sr, Ba, Li, Na, Cr, W, Mn, Cu, Zn, Ga, P, B, As, Sn, Sb, Te, Nb, Ta, Pb, Ce and/or La
  • the spray drying of the aqueous mixture M took place immediately after its production.
  • the aqueous mixture (suspension) M which was further stirred (also during spray drying) at 60 ° C using the stirrer (40 rpm), was removed in a spray tower (type S-50-N/R from Niro A/S).
  • Stainless steel 1.4541) with a centrifugal atomizer type FS-15 and an atomizer wheel type AM8-150 spray-dried in hot air co-current (gas inlet temperature: 350 ⁇ 10°C, gas outlet temperature: 140 ⁇ 5°C, gas flow rate: 2200 ⁇ 100 Nm 3 /h, speed of the atomizer wheel: 20000 rpm).
  • the spray powder obtained was temporarily stored (10 calendar days) in airtight containers (200 l or 1000 l internal volume, 25 ° C, atmospheric pressure) until further processing; shorter or longer interim storage (up to 30 calendar days) had no influence on the resulting results ).
  • the loss on ignition of the spray powder obtained (annealing for 3 hours at 600 ° C (powder temperature) under standing air in excess) was 31 ⁇ 2% by weight of its initial weight.
  • the spray powder had a D50 of 35 ⁇ 10 pm (D50 means that 50% of the particles are smaller than the specified value) at a dispersion pressure of 2.0 bar absolute.
  • the resulting mixture was then placed in a compact type K200/100 from Hosokawa Bepex GmbH with concave, fluted smooth rollers (roll diameter 100 mm, roller length 200 mm, gap width: 2.8 mm, roller speed: 5 rpm, press force setpoint: 80 kN , length-specific pressing force setpoint 8 kN / cm).
  • a compact with a particle size mostly between 200 pm and 1.5 mm was isolated using integrated vibrating screens from Allgaier (screen width oversize: 1.5 mm, screen width undersize: 200 pm) with ball sieve aids (diameter 22 mm).
  • the end face of a mass (M v ) of 188 mg was compacted (tableted).
  • the applied pre-compression force (pressing force) was 0.7 kN
  • the applied main compressive force (pressing force) was 2.7 kN.
  • the rotor speed was 40 rpm.
  • the lateral compressive strength (SDF V ) of the resulting ring-like precursor moldings was 23 N.
  • the formed rings were placed on the belt of a belt calciner (as in the
  • Chambers 1 to 8 each had a fan to generate air circulation and were thermostated at 150 ° C, 190 ° C, 220 ° C, 265 ° C, 380 ° C, 430 ° C, 520 ° C and 520 ° C. Heated air was metered into each chamber. The amount of supply air to chambers 1 to 8 were 90 Nm 3 /h, 130 Nm 3 /h, 255 Nm 3 /h, 90 Nm 3 /h, 150 Nm 3 /h, 90 Nm 3 /h, 90 Nm, respectively 3 /h and 140 Nm 3 /h.
  • Exhaust air was removed from each chamber using a fan.
  • the amount of exhaust air to chambers 1 to 8 were 130 Nm 3 /h, 290 Nm 3 /h, 305 Nm 3 /h, 144 Nm 3 /h, 135 Nm 3 /h, 80 Nm 3 /h, 80 Nm, respectively 3 /h and 130 Nm 3 /h.
  • the filling height of chambers 1 to 4 was 40 mm.
  • the filling height of chambers 5 to 8 was 75 mm.
  • the temporal and spatial deviation of the temperature from the target value was always ⁇ 10°C.
  • the belt speeds were such that the residence time in the first four chambers was 105 minutes each and 270 minutes in the fifth to eighth chambers.
  • the production of the solid catalyst moldings K2 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst molding K1 with a modification in f).
  • the precursor moldings were compressed (tableted) to a mass (M v ) of 220 mg.
  • the applied pre-compression force (pressing force) was 1.3 kN
  • the applied main compressive force (pressing force) was 6.8 kN.
  • the lateral compressive strength (SDF V ) of the resulting ring-like precursor moldings was 48 N.
  • the production of the solid catalyst moldings K3 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst molding K1 with modifications in f) and g).
  • the rotor speed was 25 rpm.
  • the lateral compressive strength (SDFv) of the resulting ring-like precursor moldings was 6 N.
  • 1000 g of the precursor moldings produced in f) were evenly divided into four grids arranged next to one another, each with a base area of 150 mm x 150 mm (filling height: 15 mm) in an air previously dried with 4500 Nl / h (which has an inlet temperature of 140 ° C (the circulating air oven was in an environment at 25 ° C).
  • the temperature in the circulating air shaft furnace was then varied as follows while maintaining the air flow (including its inlet temperature) (the temperature information means the temperature in the respective applied bulk material; this was determined using four thermocouples, each of which is located in the geometric center of the four grids in the center of the the bulk material placed on the respective grid; one of the thermocouples provided the actual value for temperature control of the circulating air shaft furnace ready; the other thermocouples confirmed that the temperatures were identical within the interval ⁇ 0.1 °C).
  • the temperature increases were essentially linear over time. It was heated from 25°C to 130°C within 72 minutes. The 130°C was held for 72 minutes before the temperature was increased to 190°C over 36 minutes.
  • the 190°C was held for 72 minutes before the temperature was increased to 220°C over 36 minutes.
  • the 220°C was held for 72 minutes before the temperature was increased to 265°C over 36 minutes.
  • the 265°C was held for 72 minutes before the temperature was increased to 380°C over 93 minutes.
  • the 380°C was held for 187 minutes before the temperature was increased to 430°C over 93 minutes.
  • the 430 ° C was held for 187 minutes before increasing to the final calcination temperature of 500 ° C within 93 minutes. This was maintained for 463 minutes.
  • the mixture was then cooled to 25°C within 12 hours. For this purpose, both the heating of the circulating air shaft furnace and the air flow preheating were switched off (however, the air flow of 4500 Nl/h as such was maintained; the inlet temperature of the air flow was then 25 °C).
  • the production of the solid catalyst moldings K4 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst moldings K3 with a modification in f).
  • the precursor moldings were compressed (tableted) to a mass (M v ) of 122 mg.
  • the lateral compressive strength (SDFv) of the resulting ring-like precursor moldings was 22 N.
  • the spray drying of the aqueous mixture M took place immediately after its production.
  • the aqueous mixture (suspension) M which was further stirred (also during spray drying) at 60 ° C using the stirrer (40 rpm), was removed in a spray tower (type S-50-N/R from Niro A/S).
  • Stainless steel 1.4541) spray-dried in hot air direct current (gas inlet temperature: 350 ⁇ 10 C, gas outlet temperature: 140 ⁇ 5 ° C, gas flow rate: 2200 ⁇ 100 Nm 3 /h, speed of the atomizer wheel: 20,000 rpm).
  • the spray powder obtained was temporarily stored (10 calendar days) in airtight containers (200 l or 1000 l internal volume, 25 ° C, atmospheric pressure) until further processing; shorter or longer interim storage (up to 30 calendar days) had no influence on the resulting results ).
  • the loss on ignition of the spray powder obtained (annealing for 3 hours at 600 ° C (powder temperature) under standing air in excess) was 31 ⁇ 2% by weight of its initial weight.
  • the spray powder had a D50 of 35 ⁇ 10 pm (D50 means that 50% of the particles are smaller than the specified value) at a dispersion pressure of 2.0 bar absolute.
  • the resulting mixture was then placed in a compact type K200/100 from Hosokawa Bepex GmbH) with concave, fluted smooth rollers (roll diameter 100 mm, roller length 200 mm, gap width: 2.8 mm, roller speed: 5 ll/min, press force setpoint: 80 kN, length-specific pressing force setpoint 8 kN / cm).
  • a compact with a particle size mostly between 200 pm and 1.5 mm was isolated using integrated vibrating screens from Allgaier (screen width oversize: 1.5 mm, screen width undersize: 200 pm) with ball sieve aids (diameter 22 mm).
  • 1000 g of the precursor moldings produced were evenly divided into four grids arranged next to one another, each with a base area of 150 mm x 150 mm (filling height: 15 mm) in a flow of previously dried air (which had an inlet temperature of 140 ° C) with 4500 Nl / h Circulating air shaft furnace (company Nabertherm GmbH, D-28865 Lilienthal; furnace model S60/65A) was applied (the circulating air furnace was in an environment at 25 ° C).
  • the temperature in the circulating air shaft furnace was then varied as follows while maintaining the air flow (including its inlet temperature) (the temperature information means the temperature in the respective applied bulk material; this was determined using four thermocouples, each of which is located in the geometric center of the four grids in the center of the the bulk material applied to the respective grid; one of the thermocouples provided the actual value for temperature control of the circulating air shaft furnace; the other thermocouples confirmed that the temperatures were identical within the interval ⁇ 0.1 °C).
  • the temperature increases were essentially linear over time. It was heated from 25°C to 130°C within 72 minutes. The 130°C was maintained for 72 minutes before the temperature was increased to 190°C over 36 minutes. The 190°C was held for 72 minutes before the temperature was increased to 220°C over 36 minutes.
  • the production of the solid catalyst moldings K6 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst moldings K5 with a modification in f).
  • the precursor moldings were compressed (tableted) to a mass (M v ) of 119 mg.
  • the lateral compressive strength (SDFv) of the resulting ring-like precursor moldings was 26 N.
  • the production of the solid catalyst moldings K7 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst moldings K5 with a modification in f).
  • the speed of the rotor was 40 rpm.
  • the lateral compressive strength (SDFv) of the resulting ring-like precursor moldings was 10 N.
  • the production of the solid catalyst moldings K8 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst moldings K7 with a modification in f).
  • the precursor moldings were compressed (tableted) to a mass (M v ) of 185 mg.
  • the lateral compressive strength (SDF V ) of the resulting ring-like precursor moldings was 16 N.
  • the production of the solid catalyst moldings K9 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst moldings K7 with a modification in f).
  • the precursor moldings were compressed (tableted) to a mass (M v ) of 205 mg.
  • the lateral compressive strength (SDFv) of the resulting ring-like precursor moldings was 26 N.
  • the solid catalyst moldings K10 were produced according to Example I of WO 2010/000720.
  • the ring-like precursor moldings with the geometry A x H x I 5 mm x 5 mm x 2 mm with a non-curved (i.e. planar) end face had a mass (Mv) of 129 mg.
  • reaction tube stainless steel type 1.4541 (EU standard number EN 10088-3); 33.7 mm outer diameter; 2 mm wall thickness; 29.7 mm inner diameter; 400 cm length, 4 mm thermal sleeve was used for the solid catalyst moldings K1 to K6.
  • reaction tube stainless steel type 1.4541 (EU standard number EN 10088-3); 30 mm outside diameter; 2 mm wall thickness; 26 mm inside diameter; 400 cm length, without thermal sleeve) was used for the solid catalyst moldings K7 to K10.
  • the respective reaction tube was charged from bottom to top as follows:
  • Section 1 60 cm length
  • Reaction zone consisting of 2 sections (see Table 3; zone 1 is closest to the reactor entrance)
  • Table 3 shows the structure of the reaction zone.
  • solid catalyst moldings with inert steatite rings of the geometry 5 mm x 3 mm x 2 mm (outer diameter x length x inner diameter, C220 steatite from CeramTec) or the geometry 5 mm x 5 mm x 2 mm (outer diameter x length x inner diameter) were used , C220 Steatite from CeramTec).
  • reaction gas mixture which had the following contents was passed through the respective reaction tube charged as described above, flowing from top to bottom through the reaction tube:
  • the length of the reaction tube was surrounded by a stirred and electrically heated salt bath (mixture of 53% by weight potassium nitrate, 40% by weight sodium nitrite and 7% by weight sodium nitrate; 50 kg of molten salt) (the flow velocity on the tube was 3 m 3 /h (in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the pipe)).
  • a stirred and electrically heated salt bath mixture of 53% by weight potassium nitrate, 40% by weight sodium nitrite and 7% by weight sodium nitrate; 50 kg of molten salt
  • the temperature in the catalyst bed of the solid catalysts K1 to K6 was moved from bottom to top in the reactor bed by a thermocouple, which was placed in a thermosleeve located inside the reactor tube, with the help of a tractor was measured continuously.
  • the maximum temperature of this measurement corresponded to the hot spot temperature T H .
  • V (0.01-0.1) volumetric proportion of pores with a diameter of >0.01 to ⁇ 0.1 pm in the total pore volume
  • V (0.1-1 ) volumetric proportion of pores with a diameter of >0.1 to ⁇ 1 pm in the total pore volume
  • V (1-10) volumetric proportion of pores with a diameter of >1 to ⁇ 10 pm in the total pore volume
  • (10-300): volumetric Proportion of pores with a diameter of >10 to ⁇ 300 pm in the total pore volume

Abstract

The present invention relates to a method for producing bulk catalyst shaped bodies for gas-phase oxidation of an alkene and/or an alcohol to form an α,β-unsaturated aldehyde and/or an α,β-unsaturated carboxylic acid, wherein a precursor shaped body with a density of from 1.20 to 1.70 g/cm³ is produced by compression, the precursor shaped body is thermally treated and the weight loss during the thermal treatment is from 25 to 45 wt.%.

Description

Verfahren zur Herstellung von Vollkatalysatorformkörpern zur Gasphasenoxidation eines Aikens und/oder eines Alkohols zu einem a,ß-ungesättigtem Aldehyd und/oder einer a,ß-ungesättigten Carbonsäure Process for the production of unsupported shaped catalyst bodies for the gas phase oxidation of an aiken and/or an alcohol to form an α,β-unsaturated aldehyde and/or an α,β-unsaturated carboxylic acid
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vollkatalysatorformkörpern zur Gasphasenoxidation eines Aikens und/oder eines Alkohols zu einem a,ß-ungesättigtem Aldehyd und/oder einer a,ß-ungesättigten Carbonsäure, wobei durch Verdichtung ein Vorläuferformkörper mit einer Dichte von 1 ,20 bis 1,70 g/cm3 hergestellt wird, der Vorläuferformkörper thermisch behandelt wird und der Gewichtsverlust bei der thermischen Behandlung von 25 bis 45 Gew.-% beträgt. The present invention relates to a process for producing unsupported catalyst moldings for the gas phase oxidation of an Aiken and/or an alcohol to form an α,β-unsaturated aldehyde and/or an α,β-unsaturated carboxylic acid, whereby compression produces a precursor molding with a density of 1.20 up to 1.70 g/cm 3 is produced, the precursor shaped body is thermally treated and the weight loss during the thermal treatment is 25 to 45% by weight.
Außerdem betrifft vorliegende Erfindung die erfindungsgemäß erhältlichen Vollkatalysatorformkörper und deren Verwendung zur heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation an einem Katalysatorfestbett. The present invention also relates to the shaped solid catalyst bodies obtainable according to the invention and their use for heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation on a fixed catalyst bed.
US 2005/0065371 beschreibt Katalysatorformköper, enthaltend wenigstens die Elemente Molybdän, Wismut und Eisen, zur Gasphasenoxidation. US 2005/0065371 describes shaped catalyst bodies containing at least the elements molybdenum, bismuth and iron, for gas phase oxidation.
US 2006/0036111 offenbart ein Verfahren zur Gasphasenoxidation zur Herstellung eines a,ß- ungesättigten Aldehyds und/oder einer a,ß-ungesättigten Carbonsäure. Der Glühverlust beim Kalzinieren muss dabei in einem definierten Bereich liegen. US 2006/0036111 discloses a gas phase oxidation process for producing an α,β-unsaturated aldehyde and/or an α,β-unsaturated carboxylic acid. The ignition loss during calcination must be within a defined range.
WO 2010/000720 lehrt ein Verfahren zur Herstellung von Vollkatalysatorformkörpern. WO 2010/000720 teaches a process for producing shaped solid catalyst bodies.
WO 2013/007736 offenbart Katalysatorformköper, enthaltend wenigstens die Elemente Molybdän, Wismut, Eisen und Kobalt, zur Gasphasenoxidation. Die Elemente Wismut, Eisen und Kobalt müssen dabei in einem definierten Verhältnis vorliegen. WO 2013/007736 discloses shaped catalyst bodies containing at least the elements molybdenum, bismuth, iron and cobalt, for gas phase oxidation. The elements bismuth, iron and cobalt must be present in a defined ratio.
WO 2015/067659 beschreibt hohlzylindrische Katalysatorformköper mit einer definierten Geometrie. Die Vollkatalysatorformkörper weise eine hohe Stabilität und eine hohe Wertproduktselektivität bei der Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein und Acrylsäure auf.WO 2015/067659 describes hollow cylindrical shaped catalyst bodies with a defined geometry. The solid catalyst moldings have a high stability and a high selectivity of valuable products in the gas phase oxidation of propene to acrolein and acrylic acid.
WO 2021/239483 offenbart Vollkatalysatorformkörper mit einer definierten zylindrischen Struktur. Die Vollkatalysatorformkörper ermöglichen eine hohe Packungsdicht und einen niedrigen Druckverlust im Katalysatorfestbett. WO 2021/239483 discloses shaped solid catalyst bodies with a defined cylindrical structure. The solid catalyst moldings enable high packing density and a low pressure loss in the fixed catalyst bed.
Keine der oben genannten Patentanmeldungen misst dem bei der Herstellung der Vorläuferformkörper aufgewendeten Drucke bzw. der Dichte des Vorläuferformkörper irgendeine Bedeutung zu. None of the above-mentioned patent applications attaches any importance to the pressure used in the production of the precursor moldings or the density of the precursor molding.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Vollkatalysatoren zur Gasphasenoxidation eines Aikens und/oder eines Alkohols zu einem a,ß-ungesättigtem Aldehyd und/oder einer a,ß-ungesättigten Carbonsäure. Die Katalysatoren sollten eine verbesserte Wertproduktselektivität und eine verbesserte Wertproduktausbeute zeigen. Unter Wertprodukt wird dabei die Summe aus Acrolein und Acrylsäure verstanden. The object of the present invention was to provide an improved process for producing unsupported catalysts for the gas phase oxidation of an Aikens and/or an alcohol to an α,β-unsaturated aldehyde and/or an α,β-unsaturated carboxylic acid. The catalysts should show improved selectivity of valuable products and an improved yield of valuable products. The value product is the sum of acrolein and acrylic acid.
Gelöst wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Vollkatalysatorformkörpern zur Gasphasenoxidation eines Aikens und/oder eines Alkohols zu einem a,ß-ungesättigtem Aldehyd und/oder einer a,ß-ungesättigten Carbonsäure, wobei die Vollkatalysatorformkörper wenigstens die Elemente Molybdän, Wismut, Eisen, Kobalt und optional Nickel umfasst, wobei a) aus jeweils mindestens einer Quelle der elementaren Konstituenten Molybdän, Wismut, Eisen, Kobalt und optional mindestens einer Quelle des elementaren Konstituenten Nickel eine wässrige Lösung oder wässrige Suspension erzeugt wird, b) durch Trocknung der in a) erhaltenen wässrigen Lösung oder wässrigen Suspension und optional Zerkleinerung ein Pulver P erzeugt wird, c) dass in b) erhaltene Pulver P, optional unter Zusatz eines oder mehrerer Hilfsmittel und nach gleichmäßiger Vermischung und optionaler Kompaktierung, zu Vorläuferformkörpern mit einer zylindrischen Struktur verdichtet wird, und d) die in c) erhaltenen Vorläuferformkörper unter Ausbildung der Vollkatalysatorformkörper thermisch behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bei der Verdichtung in c) so gewählt wird, dass die Dichte der Vorläuferformkörper von 1 ,70 bis 2,30 g/cm3 beträgt, wobei die Dichte der Vorläuferformkörper der Quotient aus der Masse und des geometrischen Volumens ist, und der Gewichtsverlust bei der thermischen Behandlung in d) von 25 bis 40 Gew.-% beträgt. The object according to the invention is achieved by a process for producing unsupported shaped catalyst bodies for the gas phase oxidation of an aikene and/or an alcohol to form an α,ß-unsaturated aldehyde and/or an α,ß-unsaturated carboxylic acid, the unsupported shaped catalyst bodies containing at least the elements molybdenum, bismuth, Iron, cobalt and optionally nickel, wherein a) an aqueous solution or aqueous suspension is produced from at least one source of the elemental constituents molybdenum, bismuth, iron, cobalt and optionally at least one source of the elemental constituent nickel, b) by drying the aqueous solution or aqueous suspension obtained in a) and optionally comminution, a powder P is produced, c) that powder P obtained in b), optionally with the addition of one or more auxiliaries and after uniform mixing and optional compaction, is compacted into precursor moldings with a cylindrical structure, and d) those obtained in c). Precursor moldings are thermally treated to form the solid catalyst moldings, characterized in that the pressure during compression in c) is selected so that the density of the precursor moldings is from 1.70 to 2.30 g / cm 3 , the density of the precursor moldings being The quotient of the mass and the geometric volume is, and the weight loss during the thermal treatment in d) is from 25 to 40% by weight.
Das geometrische Volumen ist das makroskopische Volumen des Vorläuferformkörpers einschließlich der Poren. Der Vollständigkeit halber wird betont, dass die durchgehenden, im Wesentlichen kreisförmigen Löcher sowie beliebige Oberflächenstrukturen wie Rillen, Kerben oder Zacken nicht Teil des makroskopischen Volumens sind. The geometric volume is the macroscopic volume of the precursor molding including the pores. For the sake of completeness, it is emphasized that the continuous, essentially circular holes as well as any surface structures such as grooves, notches or serrations are not part of the macroscopic volume.
Eine zylindrische Struktur ist ein zylindrischer Körper, vorzugsweise mit mindestens einer kreisrunden in Längsrichtung durchgehenden Öffnung. Im Falle einer durchgehenden Öffnung ist diese mittig angeordnet (Hohlzylinder). Im Falle mehrerer durchgehender Öffnungen sind diese gleichmäßig über den Querschnitt der zylindrischen Struktur verteilt. Eine zylindrische Struktur mit drei durchgehenden Öffnungen beschreibt beispielsweise WO 2021/239483. A cylindrical structure is a cylindrical body, preferably with at least one circular opening continuous in the longitudinal direction. In the case of a continuous opening, this is arranged in the middle (hollow cylinder). In the case of multiple continuous openings, these are evenly distributed across the cross section of the cylindrical structure. A cylindrical structure with three through openings is described, for example, in WO 2021/239483.
Die thermische Behandlung umfasst eine optionale thermische Vorbehandlung und die eigentliche Kalzination. The thermal treatment includes an optional thermal pretreatment and the actual calcination.
Der Druck bei der Verdichtung in c) wird so gewählt, dass die Dichte der Vorläuferformkörper vorzugsweise von 1 ,72 bis 2,28 g/cm3, bevorzugt von 1 ,74 bis 2,26 g/cm3, besonders bevorzugt von 1 ,76 bis 2,24 g/cm3, ganz besonders bevorzugt von 1 ,78 bis 2,22 g/cm3, am meisten bevorzugt von 1 ,80 bis 2,20 g/cm3, beträgt. The pressure during compression in c) is selected so that the density of the precursor moldings is preferably from 1.72 to 2.28 g/cm 3 , preferably from 1.74 to 2.26 g/cm 3 , particularly preferably from 1. 76 to 2.24 g/cm 3 , very particularly preferably from 1.78 to 2.22 g/cm 3 , most preferably from 1.80 to 2.20 g/cm 3 .
Der Gewichtsverlust bei der thermischen Behandlung in d) beträgt vorzugsweise von 26 bis 39 Gew.-%, bevorzugt von 27 bis 38 Gew.-%, besonders bevorzugt von 28 bis 37 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 29 bis 36 Gew.-%, am meisten bevorzugt von 30 bis 35 Gew.-%, beträgt. The weight loss during the thermal treatment in d) is preferably from 26 to 39% by weight, preferably from 27 to 38% by weight, particularly preferably from 28 to 37% by weight, very particularly preferably from 29 to 36% by weight. -%, most preferably from 30 to 35% by weight.
Der Gewichtsverlust bei der thermischen Behandlung kann beispielsweise durch Einsatz von bei der thermischen Behandlung zersetzender Substanzen eingestellt werden. The weight loss during the thermal treatment can be adjusted, for example, by using substances that decompose during the thermal treatment.
Geeignete zylindrische Strukturen sind zylindrische Körper mit einer in Längsrichtung mittigen kreisrunden durchgehenden Öffnung (Hohlzylinder) und gleichmäßig in Längsrichtung 3-fach eingekerbte zylindrische Körper mit drei in Längsrichtung gleichmäßig angeordneten kreisrunden durchgehenden Öffnungen. Die letztgenannten zylindrischen Strukturen werden in der WO 2021/239483 beschrieben. Suitable cylindrical structures are cylindrical bodies with a circular through-hole in the center in the longitudinal direction (hollow cylinder) and cylindrical bodies with three notches evenly in the longitudinal direction and three circular through-holes arranged evenly in the longitudinal direction. The latter cylindrical structures are described in WO 2021/239483.
Der kürzeste Abstand zwischen der Außenwand des zylindrischen Körpers und der nächsten durchgehenden Öffnung beträgt vorzugsweise von 0,75 bis 2,5 mm, bevorzugt von 0,8 bis 2,0 mm, besonders bevorzugt von 1 ,0 bis 1 ,8 mm, ganz besonders bevorzugt von 1 ,2 bis 1 ,7 mm, am meisten bevorzugt von 1 ,3 bis 1 ,6 mm. Im Falle eines Hohlzylinders entspricht der kürzeste Abstand zwischen der Außenwand des zylindrischen Körpers und der nächsten durchgehenden Öffnung der Wandstärke des Hohlzylinders. The shortest distance between the outer wall of the cylindrical body and the next through opening is preferably from 0.75 to 2.5 mm, preferably from 0.8 to 2.0 mm, particularly preferably from 1.0 to 1.8 mm, in total particularly preferably from 1.2 to 1.7 mm, most preferably from 1.3 to 1.6 mm. In the case of a hollow cylinder, the shortest distance between the outer wall of the cylindrical body and the next through opening corresponds to the wall thickness of the hollow cylinder.
Der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Molybdän, berechnet als MoOs, vorzugsweise von 45 bis 75 Gew.-%, besonders bevorzugt von 50 bis 70 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 55 bis 65 Gew.-%. The molybdenum content of the unsupported catalyst moldings, calculated as MoOs, preferably from 45 to 75% by weight, particularly preferably from 50 to 70% by weight, very particularly preferably from 55 to 65% by weight.
Der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Wismut, berechnet als Bi2Ö3, von 1 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt von 2 bis 15 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 3 bis 10 Gew.-%.The bismuth content of the unsupported catalyst moldings, calculated as Bi2Ö3, is from 1 to 20% by weight, particularly preferably from 2 to 15% by weight, very particularly preferably from 3 to 10% by weight.
Der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Eisen, berechnet als Fe2Ö3, von 2 bis 12 Gew.-%, besonders bevorzugt von 3 bis 11 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 4 bis 10 Gew.-%.The iron content of the unsupported catalyst moldings, calculated as Fe2Ö3, is from 2 to 12% by weight, particularly preferably from 3 to 11% by weight, very particularly preferably from 4 to 10% by weight.
Der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Kobalt und Nickel, berechnet als CoO und NiO, insgesamt von 9 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt von 12 bis 27 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 15 bis 24 Gew.-%. The content of cobalt and nickel in the solid catalyst moldings, calculated as CoO and NiO, is in total from 9 to 30% by weight, particularly preferably from 12 to 27% by weight, very particularly preferably from 15 to 24% by weight.
Die Vollkatalysatorformkörper können zusätzlich die Elemente Kalium und/oder Silizium enthalten. The solid catalyst moldings can additionally contain the elements potassium and/or silicon.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Vollkatalysatorformkörper mit einer zylindrischen Struktur zur Gasphasenoxidation eines Aikens und/oder eines Alkohols zu einem a,ß-ungesättigtem Aldehyd und/oder einer a,ß-ungesättigten Carbonsäure, wobei der Vollkatalysatorformkörper wenigstens die Elemente Molybdän, Wismut, Eisen und Kobalt umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Vollkatalysatorformkörpers von 1 ,20 bis 1 ,70 g/cm3 beträgt, wobei die Dichte des Vollkatalysatorformkörpers der Quotient aus der Masse und des geometrischen Volumens ist, das Gesamtporenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers von 0,33 bis 0,60 cm3/g beträgt und das Porenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers im Bereich von 0,1 bis 1 pm von 85 bis 99% des Gesamtporenvolumens beträgt, wobei das Gesamtporenvolumen und das Porenvolumen im Bereich von 0,1 bis 1 pm durch Quecksilberporosimetrie bestimmt wird. A further subject of the present invention is the solid catalyst moldings produced according to the process according to the invention with a cylindrical structure for the gas phase oxidation of an Aikens and/or an alcohol to an α,β-unsaturated aldehyde and/or an α,β-unsaturated carboxylic acid, wherein the solid catalyst molding at least which comprises the elements molybdenum, bismuth, iron and cobalt, characterized in that the density of the solid catalyst shaped body is from 1.20 to 1.70 g/cm 3 , the density of the solid catalyst shaped body being the quotient of the mass and the geometric volume, which Total pore volume of the unsupported shaped catalyst body is from 0.33 to 0.60 cm 3 /g and the pore volume of the unsupported shaped catalyst body is in the range of 0.1 to 1 pm from 85 to 99% of the total pore volume, the total pore volume and the pore volume being in the range of 0. 1 to 1 pm is determined by mercury porosimetry.
Das geometrische Volumen ist das makroskopische Volumen des Vollkatalysatorformkörpers einschließlich der Poren. Der Vollständigkeit halber wird betont, dass die durchgehenden, im Wesentlichen kreisförmigen Löcher sowie beliebige Oberflächenstrukturen wie Rillen, Kerben oder Zacken nicht Teil des makroskopischen Volumens sind. The geometric volume is the macroscopic volume of the solid catalyst molding including the pores. For the sake of completeness, it is emphasized that the continuous, essentially circular holes as well as any surface structures such as grooves, notches or serrations are not part of the macroscopic volume.
Die Dichte des Vollkatalysatorformkörpers beträgt vorzugsweise von 1 ,22 bis 1 ,68 g/cm3, bevorzugt von 1 ,24 bis 1 ,66 g/cm3, besonders bevorzugt von 1 ,26 bis 1 ,64 g/cm3, ganz besonders bevorzugt von 1 ,28 bis 1 ,62 g/cm3, am meisten bevorzugt von 1 ,30 bis 1 ,60 g/cm3,The density of the unsupported catalyst shaped body is preferably from 1.22 to 1.68 g/cm 3 , preferably from 1.24 to 1.66 g/cm 3 , particularly preferably from 1.26 to 1.64 g/cm 3 , very particularly preferably from 1.28 to 1.62 g/cm 3 , most preferably from 1.30 to 1.60 g/cm 3 ,
Das Gesamtporenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers beträgt vorzugsweise von 0,34 bis 0,58 cm3/g, bevorzugt von 0,35 bis 0,56 cm3/g, besonders bevorzugt von 0,36 bis 0,54 cm3/g, ganz besonders bevorzugt von 0,37 bis 0,52 cm3/g, am meisten bevorzugt von 0,38 bis 0,50 cm3/g, The total pore volume of the unsupported shaped catalyst body is preferably from 0.34 to 0.58 cm 3 /g, preferably from 0.35 to 0.56 cm 3 /g, particularly preferably from 0.36 to 0.54 cm 3 /g, very particularly preferably from 0.37 to 0.52 cm 3 /g, most preferably from 0.38 to 0.50 cm 3 /g,
Das Porenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers im Bereich von 0,1 bis 1 pm beträgt vorzugsweise von 86 bis 98%, bevorzugt von 87 bis 97%, besonders bevorzugt von 88 bis 96%, ganz besonders bevorzugt von 89 bis 95% des Gesamtporenvolumens. The pore volume of the unsupported shaped catalyst body in the range from 0.1 to 1 μm is preferably from 86 to 98%, preferably from 87 to 97%, particularly preferably from 88 to 96%, very particularly preferably from 89 to 95% of the total pore volume.
Bevorzugte Vollkatalysatorformkörper sind Multielementoxide der allgemeinen Formel IPreferred unsupported shaped catalyst bodies are multi-element oxides of the general formula I
Moi2BiaFebCOcNidXeYfZgOn (I) mit Moi 2 BiaFebCOcNidXeYfZgO n (I) with
X = K, Cs und/oder Rb X = K, Cs and/or Rb
Y = Ca, Sr, Ba, Li, Na, Cr, W, Mn, Cu, Zn, Ga, P, B, As, Sn, Sb, Te, Nb, Ta, Pb, Ce und/oder La Z = Si, AI, Ti, Zr und/oder Mg a = 0,2 bis 2 b = 1 bis 4 c = 3 bis 9 d = 0 bis 4 c + d = 4 bis 9,5 e = 0,01 bis 0,5 f = 0 bis 10 g = 0 bis 10 n = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in der allgemeinen Formel I bestimmt wird. Y = Ca, Sr, Ba, Li, Na, Cr, W, Mn, Cu, Zn, Ga, P, B, As, Sn, Sb, Te, Nb, Ta, Pb, Ce and/or La Z = Si , Al, Ti, Zr and/or Mg a = 0.2 to 2 b = 1 to 4 c = 3 to 9 d = 0 to 4 c + d = 4 to 9.5 e = 0.01 to 0.5 f = 0 to 10 g = 0 to 10 n = a number determined by the valence and frequency of the elements other than oxygen in general formula I.
Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind Verfahren zur Herstellung eines a,ß- ungesättigtem Aldehyds und/oder einer a,ß-ungesättigten Carbonsäure, wobei ein Alken und/oder ein Alkohol, insbesondere Propen, mit molekularem Sauerstoff über ein Katalysatorfestbett, das eine Schüttung aus erfindungsgemäßen Vollkatalysatorformkörpern umfasst, geleitet wird und Festbettreaktoren, enthaltend eine Schüttung aus erfindungsgemäßen Vollkatalysatorformkörpern. Further objects of the present invention are processes for producing an α,β-unsaturated aldehyde and/or an α,β-unsaturated carboxylic acid, wherein an alkene and/or an alcohol, in particular propene, is reacted with molecular oxygen over a fixed catalyst bed comprising a bed comprises unsupported shaped catalyst bodies according to the invention, is passed and fixed bed reactors containing a bed of unsupported shaped catalyst bodies according to the invention.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der bei der Herstellung der Vorläuferformkörper aufgewendete Druck und der bei der thermischen Behandlung auftretende Gewichtsverlust einen signifikanten Einfluss auf die Wertproduktselektivität und die Wertproduktausbeute haben. The present invention is based on the knowledge that the pressure used in the production of the precursor moldings and the weight loss that occurs during the thermal treatment have a significant influence on the selectivity of the valuable product and the yield of the valuable product.
Die Herstellung der Vollkatalysatorformkörper wird im Folgenden beschrieben: The production of the solid catalyst moldings is described below:
Die erfindungsgemäß erhältlichen Vollkatalysatorformkörper werden üblicherweise in Substanz zu geometrischen Formkörpern geformt, kalziniert und zur Katalyse der jeweiligen heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidation (insbesondere derjenigen von Propen zu Acrolein) eingesetzt. Grundsätzlich unterliegt die angestrebte Geometrie der Vollkatalysatoren keiner Beschränkung. The solid catalyst moldings obtainable according to the invention are usually formed in bulk into geometric moldings, calcined and used to catalyze the respective heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation (in particular that of propene to acrolein). In principle, the desired geometry of the solid catalytic converters is not subject to any restrictions.
Prinzipiell können Vollkatalysatorformkörper in einfacher Weise dadurch hergestellt werden, dass man von geeigneten Quellen ihrer (insbesondere der von Sauerstoff verschiedenen) elementaren Konstituenten ein möglichst inniges, vorzugsweise feinteiliges, der jeweiligen Stöchiometrie der herzustellenden Vollkatalysatorformkörper entsprechend zusammengesetztes Trockengemisch erzeugt und dieses nach zuvor erfolgter Formung zu Vorläuferformkörpern, die optional unter Mitverwendung von Formgebungshilfsmitteln erfolgt, bei Temperaturen von 350 bis 650°C kalziniert. Die Kalzination kann sowohl unter Inertgas als auch unter einer oxidativen Atmosphäre wie zum Beispiel Luft (oder ein anderes Gemisch aus Inertgas und molekularem Sauerstoff, das in vergleichsweise geringeren Anteilen auch reduzierend wirkende Bestandteile enthalten kann) sowie auch unter reduzierender Atmosphäre (zum Beispiel ein Gemisch aus Inertgas, NH3, CO und/oder H2, das in vergleichsweise geringeren Anteilen auch oxidierend wirkende Bestandteile enthalten kann) erfolgen oder unter Vakuum. Die Kalzinationsdauer kann einige Minuten bis einige Tage betragen und ist üblicherweise bei erhöhter Kalzinationstemperatur geringer. In principle, shaped solid catalyst bodies can be produced in a simple manner by using suitable sources of their elemental constituents (in particular those other than oxygen) to produce a dry mixture that is as intimate as possible, preferably finely divided, and has a composition corresponding to the respective stoichiometry of the shaped solid catalyst bodies to be produced, and this after previous shaping into precursor shaped bodies , which optionally takes place with the use of shaping aids, calcined at temperatures of 350 to 650 ° C. The calcination can be carried out both under an inert gas and under an oxidative atmosphere such as air (or another mixture of inert gas and molecular oxygen, which can also contain reducing components in comparatively smaller proportions) as well as under a reducing atmosphere (for example a mixture of Inert gas, NH 3 , CO and/or H 2 , which can also contain oxidizing components in comparatively smaller proportions) or under vacuum. The calcination time can be from a few minutes to a few days and is usually shorter at elevated calcination temperatures.
Als Quellen für die elementaren Konstituenten der Vollkatalysatorformkörper (das heißt, als Ausgangsverbindungen, die wenigstens einen elementaren Konstituenten (wenigstens ein im Vollkatalysatorformkörper enthaltenes Element) chemisch gebunden enthalten) kommen solche Verbindungen in Betracht, bei denen es sich bereits um Oxide (die bei Normalbedingungen (1 atm, 0°C) in der Regel im festen Aggregatzustand vorliegen) handelt (zum Beispiel Metalloxide) und/oder solche Verbindungen, die durch Erhitzen (thermisches Behandeln bei erhöhter Temperatur), wenigstens in Anwesenheit von gasförmigem Sauerstoff und/oder von gasförmigen (zum Beispiel molekularen) Sauerstoff freisetzenden Komponenten, in (bei Normalbedingungen in der Regel im festen Aggregatzustand befindliche) Oxide überführbar sind. Prinzipiell kann die Sauerstoffquelle zum Beispiel in Form eines Peroxids Bestandteil des zu kalzinierenden Gemischs sein. Ganz generell kann eine Ausgangsverbindung Quelle für mehrere elementare Konstituenten der Vollkatalysatorformkörper sein. Sources for the elemental constituents of the unsupported shaped catalyst bodies (that is, as starting compounds which contain chemically bound at least one elemental constituent (at least one element contained in the unsupported shaped catalyst body)) come from these Compounds into consideration which are already oxides (which are generally in the solid state under normal conditions (1 atm, 0 ° C)) (for example metal oxides) and/or those compounds which can be formed by heating (thermal treatment). elevated temperature), at least in the presence of gaseous oxygen and / or gaseous (for example molecular) oxygen-releasing components, can be converted into oxides (usually in the solid state under normal conditions). In principle, the oxygen source can be part of the mixture to be calcined, for example in the form of a peroxide. In general, a starting compound can be a source for several elementary constituents of the unsupported shaped catalyst bodies.
Neben den Oxiden kommen als solche Ausgangsverbindungen (Quellen) vor allem Halogenide, Nitrate, Formiate, Acetate, Oxalate, Citrate, Carbonate, Amminkomplexe, Ammoniumsalze und/oder Hydroxide sowie Hydrate der vorgenannten Salze in Betracht. In addition to the oxides, suitable starting compounds (sources) include halides, nitrates, formates, acetates, oxalates, citrates, carbonates, ammine complexes, ammonium salts and/or hydroxides and hydrates of the aforementioned salts.
Verbindungen wie NH4OH, (NH4)2CO3, NH4NO3, NH4CHO2, CH3COOH, NH4CH3CO2 und/oder Ammoniumoxalat, die spätestens beim späteren Kalzinieren im Wesentlichen vollständig zu gasförmig entweichenden Verbindungen (beispielsweise Ammoniak, CO2, CO, H2O, Stickstoffoxide) zerfallen und/oder zersetzt werden, können in das innige Trockengemisch zusätzlich eingearbeitet werden. Als solche sich beim Kalzinieren zersetzenden Substanzen kommen auch organische Materialien wie beispielsweise Stearinsäure, Malonsäure, Ammoniumsalze der vorgenannten Säuren, Stärken (zum Beispiel Kartoffelstärke, Maisstärke), gemahlene Nussschalen und feinteiliges Kunststoffmehl (zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen etc.) in Betracht. Compounds such as NH 4 OH, (NH 4 ) 2 CO3, NH 4 NO 3 , NH 4 CHO 2 , CH3COOH, NH 4 CH 3 CO 2 and/or ammonium oxalate, which, at the latest during subsequent calcination, essentially completely form gaseous compounds (for example Ammonia, CO 2 , CO, H2O, nitrogen oxides) decompose and/or decompose can also be incorporated into the intimate dry mixture. Organic materials such as stearic acid, malonic acid, ammonium salts of the aforementioned acids, starches (e.g. potato starch, corn starch), ground nut shells and finely divided plastic flour (e.g. polyethylene, polypropylene, etc.) can also be considered as substances that decompose during calcination.
Eine Ausbildung (Freisetzung) von gasförmigen Verbindungen im Rahmen der skizzierten thermischen Behandlung ist normalerweise auch dann gegeben, wenn die Elementquellen, mit denen das möglichst innige und vorzugsweise feinteilige Trockengemisch erzeugt wird, teilweise organischer Natur sind (zum Beispiel im Fall von Acetaten, Formiaten, Oxalaten und/oder Citraten) beziehungsweise Hydroxidionen, Carbonationen, Hydrogencarbonationen, Ammoniumionen, Halogenidionen, Hydrogenphosphationen und/oder Nitrationen enthalten, die sich bei der Kalzinierung normalerweise zersetzen. A formation (release) of gaseous compounds in the context of the thermal treatment outlined normally occurs even if the element sources with which the most intimate and preferably finely divided dry mixture is produced are partly organic in nature (for example in the case of acetates, formates, Oxalates and/or citrates) or hydroxide ions, carbonate ions, hydrogen carbonate ions, ammonium ions, halide ions, hydrogen phosphate ions and/or nitrate ions, which normally decompose during calcination.
Das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen (Quellen) zur Herstellung von Vollkatalysatorformkörpern kann in trockener oder in nasser Form erfolgen. Erfolgt es in trockener Form, so werden die Ausgangsverbindungen (die Quellen) zweckmäßigerweise als feinteilige Pulver eingesetzt und nach dem Mischen und dem Verdichten zum geometrischen Vorläuferformkörper der Kalzination unterworfen. The intimate mixing of the starting compounds (sources) to produce shaped unsupported catalyst bodies can be carried out in dry or wet form. If it is done in dry form, the starting compounds (the sources) are expediently used as finely divided powders and are subjected to calcination after mixing and compacting to form the geometric precursor shaped body.
Erfindungsgemäß bevorzugt erfolgt das innige Vermischen der (Element)Quellen jedoch in nasser Form. According to the invention, however, the intimate mixing of the (elemental) sources preferably takes place in wet form.
Dabei werden die Ausgangsverbindungen in Form von Lösungen und/oder Suspensionen miteinander vermischt und die dabei resultierende nasse (vorzugsweise wässrige) Mischung M anschließend zum innigen Trockengemisch getrocknet. Als Lösungs- und/oder Suspendiermittel wird bevorzugt Wasser beziehungsweise eine wässrige Lösung eingesetzt, wobei als nasse Mischung M eine wässrige Mischung M resultiert. The starting compounds are mixed together in the form of solutions and/or suspensions and the resulting wet (preferably aqueous) mixture M is then dried to form an intimate dry mixture. Water or an aqueous solution is preferably used as the solvent and/or suspending agent, with an aqueous mixture M resulting as the wet mixture M.
Ganz besonders innige Trockengemische werden beim vorstehend beschriebenen Mischverfahren dann erhalten, wenn ausschließlich von in gelöster Form vorliegenden Quellen und/oder von kolloidal gelösten Quellen der elementaren Konstituenten ausgegangen wird. Wie bereits erwähnt, kann eine Ausgangsverbindung Quelle für nur einen oder für mehrere elementare Konstituenten sein. In dementsprechender Weise kann eine vorstehend aufgeführte Lösung beziehungsweise kolloidale Lösung nur einen oder auch mehrerer elementarer Konstituenten des herzustellenden relevanten Vollkatalysatorformkörpers gelöst aufweisen. Bevorzugtes Lösungsmittel ist dabei, wie bereits gesagt, Wasser. Die Trocknung der resultierenden wässrigen Gemische erfolgt vorzugsweise durch Sprühtrocknung. Particularly intimate dry mixtures are obtained in the mixing process described above if only sources of the elemental constituents present in dissolved form and/or colloidally dissolved sources are used. As already mentioned, a starting compound can be a source for only one or for several elementary constituents. In a corresponding manner, a solution or colloidal solution listed above can have dissolved only one or more elementary constituents of the relevant shaped solid catalyst body to be produced. As already mentioned, the preferred solvent is water. The resulting aqueous mixtures are preferably dried by spray drying.
Wird in vorliegender Schrift von einer Lösung einer Quelle (Ausgangsverbindung, Ausgangssubstanz) in einem Lösungsmittel (insbesondere Wasser) gesprochen, so ist dabei der Begriff „Lösen“ im Sinn einer molekularen beziehungsweise ionischen Lösung gemeint. Das heißt, die in der Lösung befindliche größte geometrische Einheit der gelösten Ausgangssubstanz (Quelle) weist unabdingbar „molekulare“ Ausmaße auf, und die Lösung erscheint „optisch leer“. If this document speaks of a solution of a source (starting compound, starting substance) in a solvent (particularly water), the term “dissolving” is meant in the sense of a molecular or ionic solution. This means that the largest geometric unit of the dissolved starting substance (source) in the solution necessarily has “molecular” dimensions, and the solution appears “visually empty”.
Demgegenüber stellen kolloidale Lösungen eine Verbindung zwischen echten (molekularen und/oder ionischen) Lösungen und Suspensionen dar. In diesen kolloiddispersen Systemen befinden sich kleinere Anhäufungen von Molekülen oder Atomen, welche jedoch weder mit bloßen Augen noch mit dem Mikroskop erkennbar sind. Die kolloidale Lösung erscheint optisch völlig klar (wenn auch oft gefärbt), da die in ihr enthaltenen Teilchen nur einen Durchmesser von 1 bis 250 nm (vorzugsweise bis 150 nm und besonders bevorzugt bis 100 nm) haben.In contrast, colloidal solutions represent a connection between real (molecular and/or ionic) solutions and suspensions. These colloidally disperse systems contain smaller accumulations of molecules or atoms, which, however, cannot be seen with the naked eye or with a microscope. The colloidal solution appears optically completely clear (although often colored) because the particles it contains only have a diameter of 1 to 250 nm (preferably up to 150 nm and particularly preferably up to 100 nm).
Aufgrund der geringen Größe ist eine Abtrennung der kolloidal gelösten Partikel durch konventionelle Filtration nicht möglich. Sie können jedoch durch Ultrafiltration mit Membranen pflanzlichen, tierischen oder künstlichen Ursprungs (zum Beispiel Pergament, Schweinsblase oder Cellophan) von ihrem „Lösungsmittel“ abgetrennt werden. Im Gegensatz zu den „optisch leeren“ echten (molekularen und/oder ionischen) Lösungen, kann ein Lichtstrahl nicht ohne Ablenkung durch eine kolloidale Lösung hindurchtreten. Der Lichtstrahl wird von den kolloidal gelösten Partikeln gestreut und abgelenkt. Um kolloidale Lösungen stabil zu halten und weitergehende Partikelagglomeration zu verhindern, enthalten sie häufig Netz- und Dispergierhilfsmittel sowie andere Additive zugesetzt. Due to the small size, separation of the colloidally dissolved particles by conventional filtration is not possible. However, they can be separated from their “solvent” by ultrafiltration using membranes of plant, animal or artificial origin (e.g. parchment, pig bladder or cellophane). In contrast to the “optically empty” real (molecular and/or ionic) solutions, a beam of light cannot pass through a colloidal solution without being deflected. The light beam is scattered and deflected by the colloidally dissolved particles. In order to keep colloidal solutions stable and prevent further particle agglomeration, they often contain wetting and dispersing aids as well as other additives.
Während von Silizium verschiedene Elemente (elementare Konstituenten) eines Vollkatalysatorformkörpers vorzugsweise von in Form einer Lösung (besonders bevorzugt in einer wässrigen Lösung) gelöst vorliegenden Quellen zur Herstellung der nassen (vorzugsweise wässrigen) Mischung M eingebracht werden, wird das Element Silizium bevorzugt in Form eines Kieselsols zur Herstellung der nassen (vorzugsweise wässrigen) Mischung M eingebracht.While elements other than silicon (elementary constituents) of a solid catalyst molding are preferably introduced from sources dissolved in the form of a solution (particularly preferably in an aqueous solution) to produce the wet (preferably aqueous) mixture M, the element silicon is preferably in the form of a silica sol to produce the wet (preferably aqueous) mixture M.
Kieselsole sind wässrige kolloidale Lösungen von nahezu kugelförmigen Polykieselsäurepartikeln. Der Durchmesser der Partikel liegt im kolloiden Bereich und beträgt je nach Typ 5 bis 75 nm. Die Partikel sind porenfrei. Sie weisen einen Kern aus SiÜ2 auf, der an seiner Oberfläche hydroxyliert ist. Die kugelförmigen Einzelpartikel sind untereinander nicht vernetzt. Aus Gründen der Stabilität, liegt in Kieselsolen häufig eine Teilmenge der Hydroxylgruppen in mit Alkalihydroxid und/oder Ammoniumhydroxid neutralisierter Form vor. Das heißt, die Gegenionen sind dann teilweise keine Protonen, sondern Alkaliionen (zum Beispiel Na+) und/oder NH4+-Kationen. Der SiO2-Gehalt von zur Herstellung einer nassen (vorzugsweise wässrigen) Mischung M geeigneten Kieselsolen kann zum Beispiel 30% bis 60% des Gewichts des Kieselsols betragen. Kieselsole sind normalerweise wasserflüssig und enthalten keine sedimentierbaren Bestandteile. Sie sind ohne Sedimentation oft jahrelang haltbar. Silica sols are aqueous colloidal solutions of almost spherical polysilicic acid particles. The diameter of the particles is in the colloid range and, depending on the type, is 5 to 75 nm. The particles are pore-free. They have a core made of SiÜ2, which is hydroxylated on its surface. The spherical individual particles are not cross-linked with each other. For reasons of stability, a subset of the hydroxyl groups in silica sols is often present in a form neutralized with alkali metal hydroxide and/or ammonium hydroxide. This means that the counterions are then sometimes not protons, but alkali ions (for example Na + ) and/or NH4 + cations. The SiO2 content of silica sols suitable for producing a wet (preferably aqueous) mixture M can be, for example, 30% to 60% of the weight of the silica sol. Silica sols are normally water-liquid and do not contain any sedimentable components. They often last for years without sedimentation.
Besonders geeignete Si-Quellen sind die Kieselsole LUDOX® der Firma Grace GmbH & KG, In der Hollerecke 1, D-67545 Worms. Ihre Partikel sind diskrete gleichmäßige Kugeln aus Siliziumdioxid ohne innere Oberfläche oder feststellbare Kristallinität. Ihr überwiegender Anteil ist in einem alkalischen Medium dispergiert, das mit der hydroxylierten Oberfläche reagiert und abstoßend wirkende negative Ladungen ergibt. Particularly suitable Si sources are the LUDOX® silica sols from Grace GmbH & KG, In der Hollerecke 1, D-67545 Worms. Their particles are discrete, uniform spheres of silicon dioxide with no internal surface or detectable crystallinity. The majority of them are dispersed in an alkaline medium, which reacts with the hydroxylated surface and produces repulsive negative charges.
Die Partikeldurchmesser von geeigneten Kieselsolen können sehr eng (im Wesentlichen monodispers) oder sehr breit (polydispers) sein. Ein für die erfindungsgemäßen Zwecke (zur Herstellung einer nassen (vorzugsweise wässrigen) Mischung M) besonders geeignetes Kieselsol ist das Kieselsol LUDOX TM50 der Firma Grace. Das Kieselsol LUDOX TM50 weist eine weitestgehend monodisperse (d = 22 nm) Partikeldurchmesserverteilung auf. Sein pH-Wert (1 atm, 25°C) beträgt 9,0. Das eine Teilmenge der Hydroxylprotonen ersetzende Alkaliion ist das Na+. Der SiC>2-Anteil von LUDOX TM50 beträgt 50% des Gewichts dieses Hydrogels. Die spezifische Oberfläche der in LUDOX TM50 kolloidal gelöst enthaltenen SiO2-Partikel beträgt 140 m2/g. Die Massendichte (1 atm, 25°C) von LUDOX TM50 ist 1 ,40 g/cm3. Der titrierbare Alkaligehalt von LUDOX TM50 liegt (gerechnet als Na2Ü) bei 0,21 Gew.-% (bezogen auf das Gewicht des Kieselsols). The particle diameters of suitable silica sols can be very narrow (essentially monodisperse) or very wide (polydisperse). A silica sol that is particularly suitable for the purposes according to the invention (for producing a wet (preferably aqueous) mixture M) is the LUDOX TM50 silica sol from Grace. The LUDOX TM50 silica sol has a largely monodisperse (d = 22 nm) particle diameter distribution. Its pH value (1 atm, 25°C) is 9.0. The alkali ion that replaces a subset of the hydroxyl protons is Na + . The SiC>2 content of LUDOX TM50 is 50% of the weight of this hydrogel. The specific surface area of the colloidally dissolved SiO2 particles contained in LUDOX TM50 is 140 m 2 /g. The mass density (1 atm, 25°C) of LUDOX TM50 is 1.40 g/cm 3 . The titratable alkali content of LUDOX TM50 (calculated as Na2Ü) is 0.21% by weight (based on the weight of the silica sol).
Die dynamische Viskosität von LUDOX TM50 beträgt 40 mPas (1 atm, 25°C). Der Gehalt an CI' (gerechnet als NaCI) von LUDOX TM50 beträgt 0,03 Gew.-% und der Gehalt an SO42'von LUDOX TM50 (gerechnet als Na2SÜ4) beträgt 0,08 Gew.-% (jeweils auf das Gewicht von LUDOX TM50 bezogen). The dynamic viscosity of LUDOX TM50 is 40 mPas (1 atm, 25°C). The CI' content (calculated as NaCI) of LUDOX TM50 is 0.03% by weight and the SO4 2 'content of LUDOX TM50 (calculated as Na2SÜ4) is 0.08% by weight (each based on the weight of LUDOX TM50).
Selbstverständlich können in einer zur Herstellung einer nassen (insbesondere wässrigen) Mischung M zu verwendenden Lösung auch wenigstens eine Elementquelle molekular und /oder ionisch gelöst sowie eine oder mehr als eine andere Elementquelle kolloidal gelöst nebeneinander vorliegen. Of course, in a solution to be used to produce a wet (in particular aqueous) mixture M, at least one element source can also be present in molecular and/or ionically dissolved form and one or more than one other element source can be colloidally dissolved next to one another.
Eine günstige Mo-Quelle ist Ammoniumheptamolybdattetrahydrat. Dies vor allem deshalb, weil es eine ausgezeichnete Löslichkeit in Wasser aufweist. Laut Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume 22, 2003, WILEY-VCH, Seiten 320/321 weist eine Lösung von Ammoniummolybdattetrahydrat in Wasser bei 25°C und 1 atm eine Sättigungslöslichkeit von 30 Gew.-% (gerechnet als wasserfreies Salz) auf. A favorable source of Mo is ammonium heptamolybdate tetrahydrate. This is mainly because it has excellent solubility in water. According to Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume 22, 2003, WILEY-VCH, pages 320/321, a solution of ammonium molybdate tetrahydrate in water at 25 ° C and 1 atm has a saturation solubility of 30% by weight (calculated as an anhydrous salt).
Herstellungsbedingt kann Ammoniummolybdattetrahydrat (als Folge von bei seiner Herstellung nicht genau eingehaltenen Verfahrensparametern) in geringen Mengen (meist ppm) mit in Wasser nicht löslichem Isopolymolybdat verunreinigt sein. Löst man in dieser Weise verunreinigtes Ammoniumheptamolybdattetrahydrat in Wasser, so entsteht eine wässrige Lösung, die aufgrund der geringen Mengen an ungelöst enthaltenem feinteiligem Isopolymolybdat eine gewisse Trübigkeit aufweist. Eigene Untersuchungen der Anmelderin haben ergeben, dass selbst mit Isopolymolybdat verunreinigtes Ammoniummolybdattetrahydrat, dessen Lösung in Wasser (wie in der WO 2016/147324 beschrieben bestimmt) eine Trübheit von 20 NTU, oder von 50 NTU, oder von 70 NTU, oder von 100 NTU, oder von 150 NTU, oder von 200 NTU, oder von 250 NTU, oder von 300 NTU hat, zur Herstellung erfindungsgemäßer Vollkatalysatorformkörper geeignet ist, ohne deren Performance bei einer Verwendung als Katalysatoren für die heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein als Hauptprodukt und Acrolein als Nebenprodukt spürbar zu beeinträchtigen. Due to the manufacturing process, ammonium molybdate tetrahydrate can be contaminated in small amounts (usually ppm) with water-insoluble isopolymolybdate (as a result of process parameters not being strictly adhered to during its production). If contaminated ammonium heptamolybdate tetrahydrate is dissolved in water in this way, an aqueous solution is formed which has a certain turbidity due to the small amounts of undissolved, finely divided isopolymolybdate. The applicant's own investigations have shown that even ammonium molybdate tetrahydrate contaminated with isopolymolybdate, the solution of which in water (determined as described in WO 2016/147324) has a turbidity of 20 NTU, or 50 NTU, or 70 NTU, or 100 NTU, or of 150 NTU, or of 200 NTU, or of 250 NTU, or of 300 NTU, is suitable for the production of solid catalyst moldings according to the invention, without their performance when used as catalysts for the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein as the main product and acrolein noticeably impaired as a by-product.
Weitere geeignete Mo-Quellen sind zum Beispiel Ammoniumorthomolybdat ((NH4)2MoO4), Ammoiniumdimolybdat ((NH4)2Mo2O7), Ammoniumtetramolybdatdihydrat ((NH4)2Mo4Oi3 x 2 H2O) und Ammoniumdecamolybdatdihydrat ((NH4)4MOIOOS2 x 2 H2O). Grundsätzlich ist aber auch Molybdäntrioxid einsetzbar. Other suitable Mo sources are, for example, ammonium orthomolybdate ((NH4)2MoO4), ammonium dimolybdate ((NH 4 )2Mo 2 O7), ammonium tetramolybdate dihydrate ((NH 4 )2Mo 4 Oi3 x 2 H2O) and ammonium decamolybdate dihydrate ((NH4)4MOIOOS2 x 2 H2O). ). In principle, molybdenum trioxide can also be used.
Bevorzugte Quelle für Alkalimetalle sind im Rahmen einer Herstellung von Vollkatalysatorformkörpern deren Hydroxide. Grundsätzlich kommen aber auch die Nitrate dieser Elemente sowie die Hydrate dieser Nitrate als solche Quellen in Betracht. Das heißt, bevorzugte K-Quelle ist KOH, grundsätzlich kann aber auch KNO3 beziehungsweise dessen Hydrat als K-Quelle verwendet werden. The preferred source of alkali metals in the context of the production of shaped unsupported catalyst bodies are their hydroxides. In principle, the nitrates of these elements and the hydrates of these nitrates also come into consideration as such sources. This means that the preferred K source is KOH, but in principle KNO3 or its hydrate can also be used as a K source.
Als Bi-Quelle werden vorzugsweise Salze des Wismuts eingesetzt, die das Bi als Bi3+ aufweisen. Als solche Salze kommen beispielsweise Wismut(lll)oxid, Wismut(lll)oxidnitrat (Wismutsubnitrat), Wismut(lll)halogenid (beispielsweise Fluorid, Chlorid, Bromid, Jodid) und insbesondere Wismut(lll)nitratpentahydrat in Betracht. Selbstverständlich kann als Bi-Quelle auch eine Lösung von elementarem Bi in wässriger Salpetersäure verwendet werden, in welcher das Bi als Bi3+ vorliegt. Im Fall der (erfindungsgemäß bevorzugten) Verwendung einer wässrigen Lösung von Bi3+-Nitrat oder dessen Hydrat als Quelle (eine solche Lösung kann auch durch Lösen von elementarem Bi in wässriger Salpetersäure erzeugt werden) ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn deren pH-Wert (1 atm, 25°C) gering ist, da dies einer unerwünschten Ausbildung von Bi3+ enthaltenden Niederschlägen in der wässrigen Lösung entgegenwirkt. Bevorzugt ist dieser pH-Wert < 1 , besonders bevorzugt < 0,5. In der Regel ist dieser pH-Wert aber > -2, meist > 0. Zweckmäßigerweise ist eine solche wässrige Lösung salpetersauer. Das heißt, ihr geringer pH-Wert wird von überschüssiger Salpetersäure bewirkt (in diesem Fall ist das molare Verhältnis (HNOS-) / (nßj3+) von der in der wässrigen Lösung enthaltenen molaren Menge an NO3' (nNos-) zu der in der wässrigen Lösung enthaltenen molaren Menge an Bi3 + (nßj3+) > 3). Salts of bismuth, which have the Bi as Bi 3+ , are preferably used as the Bi source. Possible salts of this type are, for example, bismuth (III) oxide, bismuth (III) oxide nitrate (bismuth subnitrate), bismuth (III) halide (for example fluoride, chloride, bromide, iodide) and in particular bismuth (III) nitrate pentahydrate. Of course it can be used as a bi-source a solution of elemental Bi in aqueous nitric acid can also be used, in which the Bi is present as Bi 3+ . In the case of using (preferred according to the invention) an aqueous solution of Bi 3+ nitrate or its hydrate as a source (such a solution can also be produced by dissolving elemental Bi in aqueous nitric acid), it is advantageous according to the invention if its pH value ( 1 atm, 25°C) is low, as this counteracts the undesirable formation of precipitates containing Bi 3+ in the aqueous solution. This pH value is preferably <1, particularly preferably <0.5. As a rule, this pH value is > -2, usually > 0. Such an aqueous solution is expediently nitric acid. That is, their low pH is caused by excess nitric acid (in this case the molar ratio (HNOS-) / (nßj 3 +) is of the molar amount of NO 3 'contained in the aqueous solution (n N os-) to the molar amount of Bi 3 + contained in the aqueous solution (nßj 3 +) > 3).
Bevorzugte Fe-Quellen sind Salze des Fe3+, unter denen die verschiedenen Eisen(lll)nitrathydrate besonders bevorzugt sind (vergleiche beispielsweise die DE 10 2007 003076 A1). Besonders bevorzugt wird erfindungsgemäß für vorgenannten Zweck Eisen(lll)nitratnonahydrat als Fe-Quelle eingesetzt. Selbstverständlich können auch Salze des Fe2+ als Fe-Quelle verwendet werden. Preferred Fe sources are salts of Fe 3+ , among which the various iron (III) nitrate hydrates are particularly preferred (compare, for example, DE 10 2007 003076 A1). According to the invention, iron (III) nitrate nonahydrate is particularly preferably used as the Fe source for the aforementioned purpose. Of course, salts of Fe 2+ can also be used as an Fe source.
Vorteilhaft wird zur Herstellung der Vollkatalysatorformkörper, bezogen auf die in ihnen enthaltene molare Gesamtmenge an Fe, wenigstens 50 mol-%, besser wenigstens 75 mol-% und bevorzugt wenigstens 95 mol-% oder 100 mol-% in Form einer Fe-Quelle eingebracht, die das Fe als Fe3+ aufweist. Auch können für diesen Zweck Fe-Quellen verwendet werden, die sowohl Fe3+ als auch Fe3+ aufweisen. To produce the solid catalyst moldings, based on the total molar amount of Fe contained in them, at least 50 mol%, better at least 75 mol% and preferably at least 95 mol% or 100 mol% are introduced in the form of an Fe source, which has the Fe as Fe 3+ . Fe sources that contain both Fe 3+ and Fe 3+ can also be used for this purpose.
Gut geeignete Co-Quellen sind insbesondere dessen Salze, die das Co als Co2+ und/oder Co3+ aufweisen. Als solche seien beispielhaft das Kobalt(ll)nitrathexahydrat, das Co3O4, das CoO, das Kobalt(ll)formiat und das Kobalt(l I l)nitrat genannt. Besonders bevorzugt für den vorgenannten Zweck ist die erstere dieser Quellen. Selbstverständlich kann als Co-Quelle auch eine Lösung von elementarem Co in wässriger Salpetersäure verwendet werden, in welcher das Co als Co2+ vorliegt. Well-suited sources of Co are, in particular, its salts, which have the Co as Co 2+ and/or Co 3+ . Examples of such examples include cobalt(II) nitrate hexahydrate, Co 3 O4, CoO, cobalt(II) formate and cobalt(II) nitrate. The former of these sources is particularly preferred for the aforementioned purpose. Of course, a solution of elemental Co in aqueous nitric acid, in which the Co is present as Co 2+ , can also be used as a Co source.
Im Fall des elementaren Konstituenten Ni werden vorzugsweise Ni2+-Salze verwendet. Als solche sind insbesondere Nickel(ll)carbonat, Nickel(ll)sulfat, Nickel(ll)oxid, Nickel(ll)acetat, Nickel(ll)formiat, Nickel(ll)hydroxid, Nickel(ll)oxalat und Nickel(ll)nitrat und die jeweiligen Hydrate dieser Salze zu nennen. Ganz besonders bevorzugt werden Hydrate von Nickel(ll)nitrat (beispielsweise dessen Hexahydrat) als Ni-Quellen verwendet. In the case of the elemental constituent Ni, Ni 2+ salts are preferably used. As such, in particular nickel(II) carbonate, nickel(II) sulfate, nickel(II) oxide, nickel(II) acetate, nickel(II) formate, nickel(II) hydroxide, nickel(II) oxalate and nickel(II) nitrate and the respective hydrates of these salts. Hydrates of nickel(II) nitrate (for example its hexahydrate) are particularly preferably used as Ni sources.
Zur Verbesserung der Löslichkeit von beispielsweise Salzen des Fe, Co und/oder Ni in wässrigem Medium kann der jeweiligen Lösung nach Bedarf Ammoniak (auch als dessen wässrige Lösung) und/oder Salpetersäure (insbesondere als dessen wässrige Lösung) zugesetzt werden. To improve the solubility of, for example, salts of Fe, Co and/or Ni in an aqueous medium, ammonia (also as its aqueous solution) and/or nitric acid (in particular as its aqueous solution) can be added to the respective solution as required.
Grundsätzlich kann die Herstellung einer nassen (beispielsweise wässrigen) Mischung M an unterschiedlichsten Gasatmosphären erfolgen (beispielsweise an Luft, Argon, Stickstoff, Wasserdampf und/oder Kohlendioxid). Erfindungsgemäß bevorzugt erfolgt die Herstellung einer nassen (beispielsweis wässrigen) Mischung M an Luft (vorteilhaft ist die wässrige Mischung M an Luft gesättigt). Dies gilt insbesondere dann, wenn als Kobalt- und Eisen-Quelle Salze des Co2+ sowie Salze des Fe2+ verwendet werden. Vor allem dann, wenn es sich bei diesen Salzen um Nitrate und/oder deren Hydrate handelt. In principle, the production of a wet (for example aqueous) mixture M can take place in a wide variety of gas atmospheres (for example air, argon, nitrogen, water vapor and/or carbon dioxide). According to the invention, a wet (for example aqueous) mixture M is preferably produced in air (the aqueous mixture M is advantageously saturated in air). This is particularly true if salts of Co 2+ and salts of Fe 2+ are used as cobalt and iron sources. Especially when these salts are nitrates and/or their hydrates.
Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei der nassen Mischung M erfindungsgemäß bevorzugt um eine wässrige Mischung M, die mit besonderem Vorteil auf folgende Weise hergestellt wird. Aus wenigstens einer Quelle des Elements Fe, aus wenigstens einer Quelle des Elements Bi, aus wenigstens einer Quelle des Elemente Co und optional wenigstens einer Quelle des Elements Ni, wird eine wässrige Lösung A hergestellt, deren pH-Wert < 3, vorzugsweise < 2, besonders bevorzugt < 1 und ganz besonders bevorzugt < 0 beträgt (pH-Werte wässriger Lösungen beziehen sich in dieser Schrift generell (soweit nicht explizit etwas anderes gesagt wird) auf eine Messung mit einer als Einstabmesskette ausgeführten Glaselektrode bei 1 atm und bei der Temperatur, bei der die jeweilige wässrige Lösung hergestellt wird; die diesbezüglich erforderliche Eichung der Einstabmesskette erfolgt unter denselben Bedingungen mittels wässriger Pufferlösungen, deren pH-Wert unter diesen Bedingungen bekannt ist und in der Nähe des gesuchten Messwertes liegt; zur Bestimmung solcher pH-Werte eignet sich insbesondere die Mettler Toledo pH-Elektrode Inpro 4260/425/Pt 100, die eine Einstabmesskette mit integriertem Temperaturfühler Pt 100 zur automatischen Temperaturkompensation ist). In der Regel beträgt der pH-Wert der wässrigen Lösung A nicht weniger als -2 und liegt besonders vorteilhaft im Bereich -1 bis 0. Bevorzugt ist die wässrige Lösung A eine wässrige Lösung der Nitrate bzw. Nitrat-Hydrate der vorgenannten Elemente. Besonders bevorzugt ist die wässrige Lösung A eine wässrige Lösung dieser Nitrate bzw. Nitrat-Hydrate in wässriger Salpetersäure. Insbesondere zur Herstellung einer solchen Lösung eignen sich als Elementquellen auch Lösungen der relevanten Elemente in wässriger Salpetersäure. As already mentioned, according to the invention the wet mixture M is preferably an aqueous mixture M, which is particularly advantageously prepared in the following manner. An aqueous solution A is prepared from at least one source of the element Fe, from at least one source of the element Bi, from at least one source of the element Co and optionally at least one source of the element Ni, the pH value of which is <3, preferably <2, particularly preferably <1 and very particularly preferably <0 (pH values of aqueous solutions in this document generally (unless explicitly stated otherwise) refer to a measurement with a glass electrode designed as a combination electrode at 1 atm and at the temperature at which the respective aqueous solution is prepared; the required calibration of the combination electrode is carried out under the same conditions using aqueous buffer solutions whose pH value is known under these conditions and is close to the desired measured value; the pH value is particularly suitable for determining such pH values Mettler Toledo pH electrode Inpro 4260/425/Pt 100, which is a combination electrode with an integrated Pt 100 temperature sensor for automatic temperature compensation). As a rule, the pH of the aqueous solution A is not less than -2 and is particularly advantageously in the range -1 to 0. The aqueous solution A is preferably an aqueous solution of the nitrates or nitrate hydrates of the aforementioned elements. The aqueous solution A is particularly preferably an aqueous solution of these nitrates or nitrate hydrates in aqueous nitric acid. Solutions of the relevant elements in aqueous nitric acid are also suitable as element sources, particularly for producing such a solution.
Aus wenigstens einer Quelle des Elements Mo sowie optional wenigstens einer der Quellen eines Alkalimetalls, wird eine wässrige Lösung B hergestellt. Der pH-Wert der wässrigen Lösung B beträgt vorteilhaft (bei 1 atm und derjenigen Temperatur, bei der die Lösung B hergestellt wird) < 7. Besonders bevorzugt beträgt der pH-Wert der wässrigen Lösung B < 6,5 und ganz besonders vorteilhaft < 6. In der Regel wird der pH-Wert der wässrigen Lösung B > 3 betragen. Günstige erfindungsgemäß zu verwendende Lösungen B weisen einen pH-Wert von 4 bis 6 auf. Erfindungsgemäß bevorzugt wird zur Zubereitung der wässrigen Lösung B als Quelle eines Alkalimetalls dessen Elementhydroxid verwendet (beispielsweise KOH). Bevorzugte Mo-Quelle zur Zubereitung einer wässrigen Lösung B ist in Wasser bei 25°C (1 atm) bis zur Sättigungslöslichkeit (30 Gew.-%, wasserfrei gerechnet) vollständig lösliches Ammoniumheptamolybdattetrahydrat ((NH4)6Mo?O24 x 4 H2O). An aqueous solution B is prepared from at least one source of the element Mo and optionally at least one of the sources of an alkali metal. The pH value of the aqueous solution B is advantageously (at 1 atm and the temperature at which the solution B is produced) <7. The pH value of the aqueous solution B is particularly preferably <6.5 and very particularly advantageously <6 As a rule, the pH value of the aqueous solution B will be > 3. Cheap solutions B to be used according to the invention have a pH of 4 to 6. According to the invention, the element hydroxide (for example KOH) is preferably used as a source of an alkali metal to prepare the aqueous solution B. The preferred Mo source for preparing an aqueous solution B is ammonium heptamolybdate tetrahydrate ((NH4)6Mo?O24 x 4 H2O), which is completely soluble in water at 25 ° C (1 atm) up to saturation solubility (30% by weight, calculated anhydrous).
Der Gesamtgehalt der wässrigen Lösung A an den Metallkonstituenten Bi, Fe, Co, Ni, u.s.w. beträgt erfindungsgemäß zweckmäßig, bezogen auf die Gesamtmenge der wässrigen Lösung A 5 bis 20 Gew.-%, vorteilhaft 10 bis 15 Gew.-%. The total content of the aqueous solution A of the metal constituents Bi, Fe, Co, Ni, etc. According to the invention, is expediently 5 to 20% by weight, advantageously 10 to 15% by weight, based on the total amount of the aqueous solution A.
Der Gesamtgehalt der wässrigen Lösung B an Mo beträgt erfindungsgemäß zweckmäßig, bezogen auf die Gesamtmenge der wässrigen Lösung B, 2 bis 25 Gew.-%, vorteilhaft 3 bis 20 Gew.-% und besonders vorteilhaft 5 bis 15 Gew.-%. According to the invention, the total content of Mo in the aqueous solution B is expediently, based on the total amount of the aqueous solution B, 2 to 25% by weight, advantageously 3 to 20% by weight and particularly advantageously 5 to 15% by weight.
Anschließend werden die wässrige Lösung A und die wässrige Lösung B zweckmäßig miteinander vermischt. Vorteilhaft wird dabei so verfahren, dass die wässrige Lösung A kontinuierlich in die wässrige Lösung B eingerührt wird. Vorteilhaft wird die vorgelegte wässrige Lösung B dabei intensiv gerührt. The aqueous solution A and the aqueous solution B are then expediently mixed with one another. It is advantageous to proceed in such a way that the aqueous solution A is continuously stirred into the aqueous solution B. The aqueous solution B presented is advantageously stirred intensively.
Der Gesamtgehalt der resultierenden wässrigen Mischung aus wässriger Lösung A und wässriger Lösung B an den Metallkonstituenten Bi, Fe, Co, Ni, Mo u.s.w. beträgt erfindungsgemäß zweckmäßig, bezogen auf die Gesamtmenge der wässrigen Mischung, 3 bis 20 Gew.-%, vorteilhaft 5 bis 15 Gew.-%. The total content of the resulting aqueous mixture of aqueous solution A and aqueous solution B of the metal constituents Bi, Fe, Co, Ni, Mo, etc. according to the invention, based on the total amount of the aqueous mixture, is expediently 3 to 20% by weight, advantageously 5 to 15% by weight.
Die Temperatur der vorgelegten wässrigen Lösung B sowie der beim Einrühren der wässrigen Lösung A beträgt, ebenso wie die Temperatur der wässrigen Lösung A selbst, vorteilhaft (vorzugsweise während des gesamten Mischvorgangs) < 80°C und > 0°C. Bevorzugt betragen vorgenannte Temperaturen < 75°C und > 30°C, und besonders bevorzugt liegen sie bei < 70°C und > 50°C beziehungsweise bei < 65°C und > 55°C. Mit Vorteil weisen die wässrigen Lösungen A und B sowie die beim Einrühren der wässrigen Lösung A in die wässrige Lösung B resultierende wässrige Mischung die gleiche Temperatur auf. Diese beträgt am besten 60°C. Vorzugsweise sind die Temperaturen der wässrigen Lösung A, der wässrigen Lösung B und der aus diesen resultierenden wässrigen Mischungen über den Verlauf des beschriebenen Einrührprozesses konstant. Zu diesem Zweck kann beispielsweise mit Hilfe eines Wasserbades thermostatisiert werden. Der Arbeitsdruck liegt beim Einrühren der wässrigen Lösung A in die wässrige Lösung B zweckmäßig bei 1 atm (1 ,01 bar). The temperature of the aqueous solution B presented and that when the aqueous solution A is stirred in, as well as the temperature of the aqueous solution A itself, is advantageously (preferably during the entire mixing process) <80 ° C and > 0 ° C. The aforementioned temperatures are preferably <75°C and >30°C, and particularly preferably they are <70°C and >50°C or <65°C and >55°C. Advantageously, the aqueous solutions A and B as well as the aqueous mixture resulting when the aqueous solution A is stirred into the aqueous solution B have the same temperature. This is best 60°C. Preferably, the temperatures of the aqueous solution A, the aqueous solution B and the aqueous mixtures resulting from these are constant over the course of the stirring process described. For this purpose, thermostatization can be carried out, for example, using a water bath. When stirring the aqueous solution A into the aqueous solution B, the working pressure is expediently 1 atm (1.01 bar).
Vorzugsweise wird die wässrige Lösung A innerhalb eines Zeitraums im Bereich von 5 bis 60 Minuten, besonders bevorzugt innerhalb eines Zeitraums von 10 bis 30 Minuten und ganz besonders bevorzugt innerhalb eines Zeitraums von 15 bis 25 Minuten in die vorgelegte wässrige Lösung B eingerührt. Das resultierende wässrige Gemisch wird nachfolgend, vorzugsweise unter Beibehalt der Einrührtemperatur, zweckmäßig 5 bis 60 Minuten, vorzugsweise 10 bis 30 Minuten und besonders vorteilhaft 15 bis 25 Minuten nachgerührt.The aqueous solution A is preferably stirred into the aqueous solution B presented within a period of 5 to 60 minutes, more preferably within a period of 10 to 30 minutes and most preferably within a period of 15 to 25 minutes. The resulting aqueous mixture is subsequently stirred, preferably while maintaining the stirring temperature, expediently for 5 to 60 minutes, preferably 10 to 30 minutes and particularly advantageously for 15 to 25 minutes.
Der pH-Wert der wässrigen Mischung aus der wässrigen Lösung A und der wässrigen Lösung B beträgt mit Vorteil < 3, besser < 2. In der Regel liegt er bei Werten > 0. The pH value of the aqueous mixture of the aqueous solution A and the aqueous solution B is advantageously <3, better <2. As a rule, it is values >0.
Enthält der Vollkatalysatorformkörper den elementaren Konstituenten Si, so wird erfindungsgemäß bevorzugt als Quelle desselben wässriges Kieselsol in die wässrige Mischung aus wässriger Lösung A und wässriger Lösung B eingerührt, wobei dieser wässrigen Mischung vorab dieses Einrührens in vorteilhafter Weise noch Wasser zugesetzt werden kann. In zweckmäßiger Weise kann sowohl das wässrige Kieselsol als auch das Wasser auf einmal zugesetzt werden. Sowohl die Temperatur des Wassers als auch die Temperatur des wässrigen Kieselsols entspricht dabei in vorteilhafter Weise der Temperatur der wässrigen Mischung aus der wässrigen Lösung A und der wässrigen Lösung B. Abschließend wird in zweckmäßiger Weise noch bis zu 30 Minuten nachgerührt. Während des Nachrührens wird die vorgenannte Temperatur vorteilhaft beibehalten. Der SiO2-Gehalt des zugesetzten wässrigen Kieselsols kann 15 bis 60 Gew.-%, oder 20 bis 60 Gew.-%, oder 30 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-% und besonders bevorzugt 45 bis 55 Gew.-% betragen (jeweils bezogen auf sein Gesamtgewicht). If the unsupported shaped catalyst body contains the elemental constituent Si, then according to the invention, aqueous silica sol is preferably stirred into the aqueous mixture of aqueous solution A and aqueous solution B as the source of the same, water can advantageously be added to this aqueous mixture before this stirring. Both the aqueous silica sol and the water can expediently be added at once. Both the temperature of the water and the temperature of the aqueous silica sol advantageously correspond to the temperature of the aqueous mixture of the aqueous solution A and the aqueous solution B. Finally, stirring is expediently continued for up to 30 minutes. The aforementioned temperature is advantageously maintained during subsequent stirring. The SiO2 content of the added aqueous silica sol can be 15 to 60% by weight, or 20 to 60% by weight, or 30 to 60% by weight, preferably 40 to 60% by weight and particularly preferably 45 to 55% by weight .-% (based on its total weight).
Anstelle die wässrige Lösung B in einem thermostatisierten gerührten Behälter vorzulegen und anschließend unter Rühren in selbigen die wässrige Lösung A zulaufen zu lassen, können auch beide, die wässrige Lösung B und die wässrige Lösung A, dem gerührten Behälter kontinuierlich zugeführt werden (beispielsweise durch einen „3-Wege-T-Mischer“ hindurch). Grundsätzlich kann auch die wässrige Lösung B kontinuierlich in eine vorgelegte wässrige Lösung A eingerührt werden. Diese Verfahrensweise ist jedoch weniger bevorzugt. Instead of placing the aqueous solution B in a thermostated stirred container and then allowing the aqueous solution A to run into the same while stirring, both the aqueous solution B and the aqueous solution A can also be fed continuously to the stirred container (for example by a " 3-way T-mixer). In principle, the aqueous solution B can also be continuously stirred into an aqueous solution A provided. However, this procedure is less preferred.
In der Regel handelt es sich bei der wie beschrieben erhältlichen wässrigen Mischung M um eine wässrige Suspension (vorzugsweise liegen in der wässrigen Mischung M ebenfalls die als vorteilhaft beschriebenen Verhältnisse V vor (enthaltene molare Gesamtmenge an NH3 + NH4+ zu enthaltener molarer Menge an Mo); darüber hinaus beträgt auch der pH-Wert der wie beschrieben erhältlichen wässrigen Mischung M vorteilhaft < 3, in der Regel 0 bis 2). Vorteilhaft enthalten wie beschrieben erhältliche wässrige Mischungen M nicht mehr oder weniger als 60 mol-% der in ihnen enthaltenen molaren Gesamtmenge an Co und/oder Ni in im wässrigen Medium gelöster Form (bei derjenigen Temperatur und dem Arbeitsdruck, bei dem die wässrige Mischung M erzeugt wurde). Bevorzugt liegt der vorstehend aufgeführte, im wässrigen Medium der wässrigen Mischung M gelöst vorliegende Anteil AT der in der wässrigen Mischung M insgesamt enthaltenen molaren Menge an Co und/oder Ni bei Werten < 50 mol-% und besonders bevorzugt bei Werten < 40 mol-%, beziehungsweise < 30 mol-% oder < 20 mol-%. Der Gesamtgehalt der zu trocknenden (vorzugsweise sprüh zu trocknenden) wässrigen Mischung M an Bi, Fe, Mo u.s.w. beträgt erfindungsgemäß zweckmäßig, bezogen auf die Menge der wässrigen Mischung M, 3 bis 20 Gew.-%, vorteilhaft 5 bis 15 Gew.-%. In der Regel beträgt AT > 10 mol-%, oder < 15 mol-%. As a rule, the aqueous mixture M obtainable as described is an aqueous suspension (preferably the ratios V described as advantageous are also present in the aqueous mixture M (total molar amount of NH3 + NH4 + contained to molar amount of Mo contained) ; In addition, the pH value of the aqueous mixture M obtainable as described is also advantageously <3, generally 0 to 2). Aqueous mixtures M available as described advantageously contain no more or less than 60 mol% of the total molar amount of Co and/or Ni contained in them in dissolved form in the aqueous medium (at the temperature and working pressure at which the aqueous mixture produces M became). Preferably, the proportion AT of the molar amount of Co and/or Ni contained in the aqueous mixture M as a whole, dissolved in the aqueous medium of the aqueous mixture M, is at values <50 mol% and particularly preferably at values <40 mol%. , or <30 mol% or <20 mol%. According to the invention, the total content of Bi, Fe, Mo, etc. in the aqueous mixture M to be dried (preferably spray-dried) is expedient, based on the Amount of the aqueous mixture M, 3 to 20% by weight, advantageously 5 to 15% by weight. As a rule, AT is > 10 mol% or < 15 mol%.
Die Überführung der wässrigen Mischung M in ein feinteiliges inniges Trockengemisch erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt durch Sprühtrocknung der wässrigen Mischung M (die Trocknung der wässrigen Mischung M erfolgt vorzugsweise möglichst zeitnah zu ihrer Herstellung). Das heißt, die wässrige Mischung M wird in einem Sprühtrockner zunächst in feinteilige Tröpfchen zerteilt (versprüht) und anschließend im Sprühtrockner getrocknet. Bevorzugt erfolgt die Sprühtrocknung im Heißluftstrom. Grundsätzlich können zur vorgenannten Sprühtrocknung aber auch andere heiße Gase verwendet werden (beispielsweise Stickstoff oder mit Stickstoff verdünnte Luft sowie sonstige inerte Gase). According to the invention, the aqueous mixture M is converted into a finely divided, intimate dry mixture preferably by spray drying the aqueous mixture M (the aqueous mixture M is preferably dried as close as possible to its production). This means that the aqueous mixture M is first divided into finely divided droplets (sprayed) in a spray dryer and then dried in the spray dryer. Spray drying is preferably carried out in a stream of hot air. In principle, other hot gases can also be used for the aforementioned spray drying (for example nitrogen or air diluted with nitrogen and other inert gases).
Die Sprühtrocknung kann dabei sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom der Tröpfchen zum heißen Gas erfolgen. Typische Gaseintrittstemperaturen liegen dabei im Bereich von 250 bis 450°C, vorzugsweise 270 bis 370°C. Typische Gasaustrittstemperaturen liegen dabei im Bereich von 100 bis 160°C. Vorzugsweise erfolgt die Sprühtrocknung im Gleichstrom der Tröpfchen zum heißen Gas. Spray drying can take place both in cocurrent and in countercurrent of the droplets to the hot gas. Typical gas inlet temperatures are in the range from 250 to 450°C, preferably 270 to 370°C. Typical gas outlet temperatures are in the range from 100 to 160°C. Spray drying is preferably carried out in cocurrent flow of the droplets to the hot gas.
Der mittlere Partikeldurchmesser des resultierenden Sprühpulvers beträgt in typischer Weise 10 bis 100 pm, vorzugsweise 15 bis 60 pm und besonders bevorzugt 25 bis 50 pm (die Durchmesserbestimmung erfolgt nach der ISO 13320-1 mittels Lichtstreuung an in Luft dispergiertem Sprühpulver (Dispergierluftdruck 1,0 bar). Generell beziehen sich in dieser Schrift Bezugnahmen auf eine Norm jeweils auf diejenige Ausgabe der Norm, die am Prioritätstag dieser Patentanmeldung in Kraft war und deren Erscheinungsdatum (Ausgabedatum) den geringsten Zeitunterschied zum Prioritätstag dieser Patentanmeldung aufweist. The average particle diameter of the resulting spray powder is typically 10 to 100 pm, preferably 15 to 60 pm and particularly preferably 25 to 50 pm (the diameter is determined according to ISO 13320-1 by means of light scattering on spray powder dispersed in air (dispersing air pressure 1.0 bar In general, references in this document to a standard refer to the edition of the standard that was in force on the priority date of this patent application and whose publication date (issue date) has the smallest time difference to the priority date of this patent application.
Die Rüttelmassendichte (25°C, 1 atm) des Sprühpulvers beträgt typisch 500 bis 1300 g/l und vorzugsweise 700 bis 1100 g/l. The shaken mass density (25°C, 1 atm) of the spray powder is typically 500 to 1300 g/l and preferably 700 to 1100 g/l.
Der Glühverlust des Sprühpulvers (3 h bei 600°C (Pulvertemperatur) unter stehender, im Überschuss vorhandener Luft glühen) beträgt typisch 20 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 25 bis 35 Gew.-% seines Ausgangsgewichts. The ignition loss of the spray powder (annealing for 3 hours at 600 ° C (powder temperature) under standing, excess air) is typically 20 to 40% by weight, preferably 25 to 35% by weight, of its initial weight.
Bis zu seiner Weiterverarbeitung kann das Sprühpulver vorzugsweise in luftdicht verschlossenen Behältern (beispielsweise aus Kunststoff gefertigten Fässern) zwischengelagert werden. Die Aufbewahrungstemperatur sollte dabei 70°C nicht überschreiten und beträgt vorzugsweise < 50°C. In der Regel wird die Aufbewahrungstemperatur 10°C nicht unterschreiten. Da das Sprühpulver in der Regel hygroskopisch ist, sollte ausgedehnter Kontakt desselben mit feuchter Luft vermieden werden. Kontakt mit feuchter Luft kann die Handhabungseigenschaften des Sprühpulvers (beispielsweise dessen Fließfähigkeit) beeinträchtigen und letztendlich die katalytische Aktivität der mit diesem hergestellten Vollkatalysatorformkörper mindern. Until it is processed further, the spray powder can preferably be temporarily stored in airtight containers (for example barrels made of plastic). The storage temperature should not exceed 70°C and is preferably <50°C. As a rule, the storage temperature will not fall below 10°C. Since the spray powder is usually hygroscopic, extensive contact with moist air should be avoided. Contact with moist air can impair the handling properties of the spray powder (for example its flowability) and ultimately reduce the catalytic activity of the solid catalyst moldings produced with it.
Selbstverständlich kann die wässrige Mischung M auch durch andere Trocknungsmethoden beispielsweise konventionelles Eindampfen (vorzugsweise bei vermindertem Druck; die Trocknungstemperatur wird im Regelfall 150 °C nicht überschreiten) getrocknet werden. Grundsätzlich kann die Trocknung einer wässrigen Mischung M auch durch Gefriertrocknung oder Spin-Flash®-Trocknung erfolgen. Of course, the aqueous mixture M can also be dried by other drying methods, for example conventional evaporation (preferably at reduced pressure; the drying temperature will generally not exceed 150 ° C). In principle, an aqueous mixture M can also be dried by freeze-drying or Spin-Flash® drying.
Das Sprühpulver beispielsweise durch nachfolgendes Kompaktieren zunächst vergröbert werden. Erfolgt die Kompaktierung trocken, kann vorab der Kompaktierung beispielsweise feinteiliger Graphit und/oder andere in dieser Schrift genannte Formgebungshilfsmittel (beispielsweise Gleitmittel, Verstärkungsmittel und/oder Porenbildner) unter das Sprühpulver gemischt werden (beispielsweise mit einem Röhnradmischer). Beispielsweise kann die Kompaktierung mit einem, zwei gegenläufige Stahlwalzen aufweisenden Kalander durchgeführt werden. Anschließend kann das Kompaktat zielgerichtet auf die für die ins Auge gefasste Weiterverwendung angemessene Partikelgröße zerkleinert werden. Dies kann in einfachster Weise beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Kompaktat durch ein Sieb mit definierter Maschenweite gedrückt wird. The spray powder, for example, is initially coarsened by subsequent compaction. If the compaction is carried out dry, fine-particle graphite and/or other shaping aids mentioned in this document (for example lubricants, reinforcing agents and/or pore formers) can be mixed into the spray powder before compaction (for example with a rotary wheel mixer). For example, compaction can be carried out with a calender having two counter-rotating steel rollers become. The compact can then be comminuted to the appropriate particle size for the intended further use. This can be done in the simplest way, for example, by pressing the compact through a sieve with a defined mesh size.
Grundsätzlich kann die Kompaktierung aber auch feucht erfolgen. Beispielsweise kann das Sprühpulver unter Zusatz von Wasser geknetet werden. Im Anschluss an die Knetung kann die geknetete Masse auf die Folgeverwendung abgestimmt wieder zur gewünschten Feinteiligkeit zerkleinert (vgl. z.B. DE 10049 873 A1) und getrocknet werden. In principle, compaction can also be carried out wet. For example, the spray powder can be kneaded with the addition of water. Following kneading, the kneaded mass can be comminuted to the desired fine particle size for subsequent use (see e.g. DE 10049 873 A1) and dried.
Aus der feinteiligen Vorläufermasse (aus dem feinteiligen innigen Trockengemisch der Quellen der elementaren Konstituenten) werden durch Verdichten (Komprimieren oder Kompaktieren) Vorläuferformkörper von regelmäßiger oder unregelmäßiger Geometrie geformt und daran anschließend durch thermische Behandlung die Vollkatalysatorformkörper hergestellt. Precursor moldings of regular or irregular geometry are formed from the finely divided precursor mass (from the finely divided intimate dry mixture of the sources of the elemental constituents) by compacting (compressing or compacting) and the solid catalyst moldings are then produced by thermal treatment.
Als weitere feinteilige Formgebungshilfsmittel können dabei vorab und/oder während der Formgebung beispielsweise wieder Gleitmittel wie z.B. Graphit, Ruß, Polyethylenglykol, Polyacrylsäure, Stearinsäure, Stärke, Mineralöl, Pflanzenöl, Wasser, Bortrifluorid und/oder Bornitrid zur feinteiligen Vorläufermasse zugegeben werden. Ferner kommen als Formgebungshilfsmittel Verstärkungsmittel wie Mikrofasern aus Glas, Asbest, Siliciumcarbid oder Kaliumtitanat in Betracht, die sich nach Beendigung der Formgebung durch Verdichten förderlich auf den Zusammenhalt des erhaltenen Komprimats (des resultierenden Formkörpers) auswirken. Ferner kommen als Formgebungshilfsmittel auch Porenbildner wie Ammoniumnitrat, Ammoniumcarbonat, Wasser und/oder Malonsäure in Betracht. Die Porenbildner zersetzen sich bzw. verdampfen unter Bildung von Poren während der thermischen Behandlung. Eine Mitverwendung von Gleitmitteln im Rahmen einer entsprechenden Formgebung findet sich z.B. in den Schriften DE 10 2007 004961 A1 , WO 2008/087116, WO 2005/030393, US 2005/0131253, WO 2007/017431, DE 102007 005606 A1 und in der DE 10 2008 040093 A1 beschrieben. As further fine-particle shaping aids, lubricants such as graphite, carbon black, polyethylene glycol, polyacrylic acid, stearic acid, starch, mineral oil, vegetable oil, water, boron trifluoride and/or boron nitride can be added to the fine-particle precursor mass beforehand and/or during shaping. Reinforcing agents such as microfibers made of glass, asbestos, silicon carbide or potassium titanate can also be considered as shaping aids, which have a beneficial effect on the cohesion of the resulting compact (the resulting molded body) after the shaping has been completed by compression. Pore formers such as ammonium nitrate, ammonium carbonate, water and/or malonic acid can also be considered as shaping aids. The pore formers decompose or evaporate to form pores during the thermal treatment. The use of lubricants as part of a corresponding shaping can be found, for example, in the documents DE 10 2007 004961 A1, WO 2008/087116, WO 2005/030393, US 2005/0131253, WO 2007/017431, DE 102007 005606 A1 and in the DE 10 2008 040093 A1 described.
Bevorzugt, wird ausschließlich feinteiliger Graphit als Gleitmittel mitverwendet. Dabei kommen als zu verwendende feinteilige Graphite insbesondere jene in Betracht, die in WO 2005/030393, US 2005/0131253, WO 2008/087116 und DE 10 2007 005606 A1 empfohlen werden. Dies gilt insbesondere für jene Graphite, die in diesen Schriften in den Beispielen und Vergleichsbeispielen eingesetzt werden. Ganz besonders bevorzugte Graphite sind Asbury 3160 und Asbury 4012 der Firma Asbury Graphite Mills, I nc. , New Jersey 08802, USA und Timrex®T44 der Firma Timcal Ltd., 6743 Bodio, Schweiz. Preferably, only finely divided graphite is used as a lubricant. Particularly suitable fine-particle graphites to be used are those recommended in WO 2005/030393, US 2005/0131253, WO 2008/087116 and DE 10 2007 005606 A1. This applies in particular to those graphites that are used in the examples and comparative examples in these documents. Particularly preferred graphites are Asbury 3160 and Asbury 4012 from Asbury Graphite Mills, Inc. , New Jersey 08802, USA and Timrex®T44 from Timcal Ltd., 6743 Bodio, Switzerland.
Bezogen auf das Gewicht der zu formenden feinteiligen Vorläufermasse kann diese, bezogen auf ihr Gesamtgewicht, beispielsweise bis zu 15 Gew.-% an feinteiligem Gleitmittel (beispielsweise Graphit) enthalten. Meist liegt der Gleitmittelgehalt in der zu formenden feinteiligen Vorläufermasse (in dem feinteiligen innigen Trockengemisch) jedoch bei < 9 Gew.- %, vielfach bei < 5 Gew.-%, oft bei < 4 Gew.-%; dies insbesondere dann, wenn das feinteilige Gleitmittel Graphit ist. In der Regel beträgt die vorgenannte Zusatzmenge > 0,5 Gew.-%, meist > 2,5 Gew.-%. Based on the weight of the finely divided precursor mass to be molded, it can contain, for example, up to 15% by weight of finely divided lubricant (for example graphite), based on its total weight. However, the lubricant content in the finely divided precursor mass to be molded (in the finely divided intimate dry mixture) is usually <9% by weight, often <5% by weight, often <4% by weight; This is particularly true if the finely divided lubricant is graphite. As a rule, the aforementioned additional amount is > 0.5% by weight, usually > 2.5% by weight.
Im Regelfall erfolgt die Verdichtung der feinteiligen optional Formgebungshilfsmittel umfassenden Vorläufermasse (des feinteiligen innigen Trockengemischs) zur gewünschten Geometrie des Vorläuferformkörpers durch Einwirkung äußerer Kräfte (Druck) auf die Vorläufermasse. Der dabei anzuwendende Formgebungsapparat, beziehungsweise die dabei anzuwendende Formgebungsmethode unterliegt keiner Beschränkung. As a rule, the fine-particle precursor mass (the fine-particle intimate dry mixture) containing optional shaping aids is compacted to the desired geometry of the precursor molding by the action of external forces (pressure) on the precursor mass. The shaping apparatus to be used or the shaping method to be used is not subject to any restrictions.
Beispielsweise kann die verdichtende Formgebung durch Tablettieren erfolgen. Dabei wird die feinteilige Vorläufermasse (das feinteilige innige Trockengemisch) vorzugsweise anfasstrocken eingesetzt. Sie kann jedoch beispielsweise noch bis zu 10 % ihres Gesamtgewichts Substanzen zugesetzt enthalten, die bei Normalbedingungen (25 °C, 1 atm (1 ,01 bar)) flüssig sind. Auch kann die feinteilige Vorläufermasse (das feinteilige innige Trockengemisch) feste Solvate (z.B. Hydrate) enthalten, die solche flüssigen Substanzen in chemisch und/oder physikalisch gebundener Form aufweisen. Selbstverständlich kann die feinteilige Vorläufermasse auch völlig frei von solchen Substanzen sein. For example, the compacting shaping can be done by tableting. The finely divided precursor mass (the finely divided, intimate dry mixture) is preferably used dry to the touch. However, for example, it can still hold up to 10% of its total weight Contain added substances that are liquid under normal conditions (25 °C, 1 atm (1.01 bar)). The finely divided precursor mass (the finely divided intimate dry mixture) can also contain solid solvates (eg hydrates) which have such liquid substances in chemically and/or physically bound form. Of course, the finely divided precursor mass can also be completely free of such substances.
Bevorzugtes Formgebungsverfahren durch Verdichten der feinteiligen Vorläufermasse (des feinteiligen innigen Trockengemischs) ist die Tablettierung. Die Grundzüge des Tablettierens sind beispielsweise in „Die Tablette“, Handbuch der Entwicklung, Herstellung und Qualitätssicherung, W.A.Ritschel und A. Bauer-Brandl, 2. Auflage, Edition Verlag Aulendorf, 2002 beschrieben und in völlig entsprechender Weise auf ein erfindungsgemäßes T ablettierungsverfahren übertragbar. The preferred shaping process by compacting the finely divided precursor mass (the finely divided, intimate dry mixture) is tabletting. The basic principles of tableting are described, for example, in “The Tablet”, Handbook of Development, Manufacturing and Quality Assurance, W.A.Ritschel and A. Bauer-Brandl, 2nd edition, Edition Verlag Aulendorf, 2002 and can be transferred to a tabletting process according to the invention in a completely corresponding manner .
Tablettierung ist ein Prozess der Pressagglomeration. Die frei fließende Zufuhrmischung wird in ein Presswerkzeug mit einer Matrize zwischen zwei Stempeln eingeführt und durch einachsige Kompression verdichtet und zu einem festen verdichteten Körper geformt. Die Tablettierung kann in vier Teile unterteilt werden: dosiertes Einbringen, Verdichtung (elastische Verformung), plastische Verformung und Auswurf. Die Tablettierung erfolgt beispielsweise auf Rotationspressen oder Exzenterpressen. Tableting is a process of press agglomeration. The free-flowing feed mixture is inserted into a pressing tool with a die between two punches and compacted by uniaxial compression and formed into a solid compacted body. Tableting can be divided into four parts: metered introduction, compaction (elastic deformation), plastic deformation and ejection. Tableting is carried out, for example, on rotary presses or eccentric presses.
Die äußere Oberfläche des tablettierten Katalysatorträgers besteht aus einer umlaufenden Oberfläche, die der Innenwand des Matrizenhohlraums entspricht, und einer ersten Stirnseitenfläche und einer zweiten Seitenfläche, die den operativen Köpfen der Stempel entsprechen. Der tablettierte Katalysatorträger kann flach sein oder gewölbte Enden haben, d.h. mindestens eine der ersten Seitenflächen und die zweite Seitenfläche sind gekrümmt. Gekrümmte Seitenflächen können z.B. durch Verwendung eines konkaven unteren und/oder oberen Stempels erhalten werden. Falls gewünscht, kann der obere Stempel und/oder der untere Stempel vorspringende Stifte umfassen, um interne Durchgänge zu bilden. Es ist auch möglich, die Pressstempel mit einer Vielzahl von Stiften zu versehen, so dass ein Stempel beispielsweise mit vier Stiften hergestellt werden kann, um Formkörper mit vier Löchern (Durchgängen) zu erzeugen. Typische Konstruktionsmerkmale solcher Presswerkzeuge finden sich z.B. in US 8,865,614. The outer surface of the tableted catalyst carrier consists of a peripheral surface corresponding to the inner wall of the die cavity and a first face surface and a second side surface corresponding to the operative heads of the punches. The tableted catalyst support can be flat or have curved ends, i.e. at least one of the first side surfaces and the second side surface are curved. Curved side surfaces can be obtained, for example, by using a concave lower and/or upper punch. If desired, the upper punch and/or the lower punch may include projecting pins to form internal passages. It is also possible to provide the press punches with a large number of pins, so that a punch can be produced with four pins, for example, in order to produce moldings with four holes (passages). Typical design features of such pressing tools can be found, for example, in US 8,865,614.
Presswerkzeuge bestehen typischerweise aus einer Matrize, einem oberen Stempel, einem unteren Stempel und Stiften (falls der geformte Körper Durchgänge hat). Geeignete Werkstoffe für Presswerkzeuge sind Werkzeugstähle, Hartmetalle auf Hartmetallbasis auf Wolframkarbid (WC) und keramische Werkstoffe. Werkzeugwerkstoffe mit einer Härte von mehr als 55 im Rockwell C-Maßstab werden bevorzugt. Beispiele für Werkzeugstahlwerkstoffe sind die DIN- Werkzeugstähle 1.2210, 1.2343, 1.2436, 1.2379, 1.2601, 1.2080, 1.25550 sowie Schnellarbeitsstähle, Vanadis 4 Extra von Uddeholm D-40549 Düsseldorf, Vanadis 8 von Uddeholm D-40549 Düsseldorf. Geeignete WC-basierte Materialien sind in US8,865,614 beschrieben. Beispiele für solche WC-basierten Materialien sind G10-Ni von der Hartmetall® Gesellschaft in D70497 Stuttgart und htc-KR17® von Hightech-Cerarn® Beispiele für keramische Materialien sind Yttrium-stabilisiertes Zirkonoxid (YSZ). Press tools typically consist of a die, an upper punch, a lower punch, and pins (if the formed body has passages). Suitable materials for pressing tools are tool steels, hard metals based on tungsten carbide (WC) and ceramic materials. Tool materials with a hardness greater than 55 on the Rockwell C scale are preferred. Examples of tool steel materials are the DIN tool steels 1.2210, 1.2343, 1.2436, 1.2379, 1.2601, 1.2080, 1.25550 as well as high-speed steels, Vanadis 4 Extra from Uddeholm D-40549 Düsseldorf, Vanadis 8 from Uddeholm D-40549 Düsseldorf. Suitable WC-based materials are described in US8,865,614. Examples of such WC-based materials are G10-Ni from Hartmetall® Gesellschaft in D70497 Stuttgart and htc-KR17® from Hightech-Cerarn®. Examples of ceramic materials are yttrium-stabilized zirconium oxide (YSZ).
WC-basierte Hartmetalle und keramische Werkstoffe eignen sich besonders für den Werkzeugeinsatz, bei dem eine ausgekleidete Matrize aus WC-basiertem Hartmetall oder Keramik in ein Stahlgehäuse aus Werkzeugstahl, z.B. 1.2379, eingelegt wird. WC-based hard metals and ceramic materials are particularly suitable for tool use in which a lined die made of WC-based hard metal or ceramic is inserted into a steel housing made of tool steel, e.g. 1.2379.
Das Presswerkzeug hat üblicherweise eine Oberflächenbeschichtung zur Verbesserung der Oberflächenhärte, Korrosionsbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Reibung und Antihafteigenschaft. Beispiele für Oberflächenbeschichtungstypen sind Diamant wie Kohlenstoff (DLC), Bornitrid, Titannitrid, Chromnitrid, Plasmachrombeschichtung, Hartverchromung. Die Dicke der Schichtschicht beträgt 1 bis 10 pm, vorzugsweise 1 bis 5 pm. Die Oberfläche von Presswerkzeugen, die mit der Zuführmischung und der resultierenden Tablette in Berührung kommen, weist vorzugsweise eine geringe Oberflächenrauheit auf. Der arithmetische mittlere Rauheitswert Ra nach DIN 4768 von Presswerkzeugoberflächen sollte vorzugsweise 0,01 bis 0,5 pm, besonders bevorzugt 0,02 bis 0,3 pm, noch besonders bevorzugt 0,02 bis 0,2 pm, ganz besonders bevorzugt 0,02 bis 0,1 pm betragen. The pressing tool usually has a surface coating to improve surface hardness, corrosion resistance, wear resistance, friction and non-stick properties. Examples of surface coating types include diamond such as carbon (DLC), boron nitride, titanium nitride, chromium nitride, plasma chrome plating, hard chrome plating. The thickness of the layer layer is 1 to 10 pm, preferably 1 to 5 pm. The surface of pressing tools that come into contact with the feed mixture and the resulting tablet preferably has a low surface roughness. The arithmetic mean roughness value Ra according to DIN 4768 of pressing tool surfaces should preferably be 0.01 to 0.5 pm, particularly preferably 0.02 to 0.3 pm, even more particularly preferably 0.02 to 0.2 pm, very particularly preferably 0.02 to 0.1 pm.
Die Länge der Spitze gerade des unteren Stempels beträgt vorzugsweise 2 bis 7 mm, besonders bevorzugt 2 bis 6 mm, ganz besonders bevorzugt 2,5 bis 5 mm. Zu hohe Spitzengeraden können zu einer hohen Reibung führen, insbesondere wenn das Verkleben des Vorläuferformkörpers auftritt. Es wird bevorzugt, dass die oberen und unteren Kanten der Spitze gerade des unteren Schlages nicht abgerundet, sondern scharf sind. Die scharfe Kante mildert das Verklemmen des Pulvers in die Abstände an der Stanz-Stanz-Schnittstelle und der Pin- Hole-Schnittstelle (bei Tablettenformen mit Durchgängen). Das Pulverklemmen führt sowohl zum Verkleben als auch zum Auslaufen von Pulver. The length of the tip of the lower punch is preferably 2 to 7 mm, particularly preferably 2 to 6 mm, very particularly preferably 2.5 to 5 mm. Tip straight lines that are too high can lead to high friction, especially if the precursor molded body sticks together. It is preferred that the upper and lower edges of the tip of the lower stroke are not rounded but sharp. The sharp edge mitigates powder jamming into the gaps at the punch-punch interface and the pin-hole interface (on tablet molds with passages). Powder clamping results in both sticking and powder leakage.
Die Länge der Spitze gerade des oberen Stempels ist vorzugsweise größer als 2 mm und liegt typischerweise im Bereich von 2 bis 10 mm. Im Gegensatz zum unteren Stempel verursacht eine hohe Spitzengeradenlänge keine Reibungsprobleme, da der obere Stempel in den Tablettierzyklen nur wenige Millimeter in die Matrize eingeführt wird. The length of the tip of the upper punch is preferably greater than 2 mm and is typically in the range of 2 to 10 mm. In contrast to the lower punch, a high tip straight length does not cause friction problems because the upper punch is only inserted a few millimeters into the die in the tableting cycles.
Falls die Tablettenform Durchgänge hat, haben der untere Stempel und der obere Stempel Löcher, um die Stifte unterzubringen. Die oberen Stempel sollten mindestens ein Lüftungsloch haben, das es der Luft ermöglicht, während der Verdichtung durch die oberen Stanzlöcher zur Außenseite der oberen Stanzlöcher aus dem Matrizenhohlraum zu entweichen. Solche oberen Stempel mit Lüftungsöffnungsloch(en) sind in US 2010/0010238 angegeben (siehe Abb. 4a, 4b, 4c und 4d). If the tablet mold has passages, the bottom punch and top punch will have holes to accommodate the pins. The top punches should have at least one vent hole that allows air to escape from the die cavity through the top punch holes to the outside of the top punch holes during compression. Such upper punches with vent hole(s) are specified in US 2010/0010238 (see Figs. 4a, 4b, 4c and 4d).
Der Abstand zwischen der Düsenbohrung und der unteren Stanzaußenfläche beträgt vorzugsweise 3 bis 50 pm, besonders bevorzugt 5 bis 35 pm, ganz besonders bevorzugt 6 bis 26 pm. Analog dazu beträgt der Abstand zwischen dem Matrizenloch und der oberen Stanzaußenfläche bevorzugt 3 bis 50 pm, besonders bevorzugt 5 bis 35 pm, ganz besonders bevorzugt 6 bis 26 pm. Der Abstand wird durch die Auswahl einer geeigneten Kombination der Maßtoleranzen der Matrize und des unteren Stempels sichergestellt. Die Bemaßungstoleranz wird typischerweise gemäß der in ISO 286-2 definierten ISO-Wellentoleranz dargestellt. Beispiele für die in ISO-Toleranzcodes dargestellten Kombinationen der Maßtoleranz der Düsenbohrung und der Stanzaußenseite sind H6/f7, H6/g6, H6/g7, H7/g6, H7/f7, F8/h6, G7/h6, F7/h6 (Düsenbohrung/unterere Stanzaußenseite). The distance between the nozzle bore and the lower outer punching surface is preferably 3 to 50 pm, particularly preferably 5 to 35 pm, very particularly preferably 6 to 26 pm. Analogously, the distance between the die hole and the upper outer punching surface is preferably 3 to 50 pm, particularly preferably 5 to 35 pm, very particularly preferably 6 to 26 pm. The clearance is ensured by selecting an appropriate combination of the dimensional tolerances of the die and the lower punch. The dimensional tolerance is typically represented according to the ISO shaft tolerance defined in ISO 286-2. Examples of the combinations of the dimensional tolerance of the nozzle bore and the outside of the punch shown in ISO tolerance codes are H6/f7, H6/g6, H6/g7, H7/g6, H7/f7, F8/h6, G7/h6, F7/h6 (nozzle bore /lower punching outside).
In Fällen, in denen die Tablettenform Durchgänge hat, enthält das Presswerkzeug Stifte. Der Abstand zwischen der Stiftbohrung des unteren Stempels und dem Stift beträgt vorzugsweise 3 bis 50 pm, besonders bevorzugt 5 bis 35 pm, ganz besonders bevorzugt 6 bis 26 pm. Analog zum Abstand zwischen der Matrizenbohrung und dem Stanzaußen wird dieser Abstand durch die Wahl einer geeigneten Kombination der Maßtoleranzen der Matrize und des unteren Stempels sichergestellt. In cases where the tablet mold has passages, the pressing tool includes pins. The distance between the pin bore of the lower punch and the pin is preferably 3 to 50 pm, particularly preferably 5 to 35 pm, very particularly preferably 6 to 26 pm. Analogous to the distance between the die bore and the punching outside, this distance is ensured by choosing a suitable combination of the dimensional tolerances of the die and the lower punch.
Die Matrizenbohrung weist vorzugsweise eine leichte Verjüngung auf, die von einer definierten Tiefe in Richtung der Matrizenoberseite beginnt. Der sich verjüngende Teil der Düsenbohrung weist eine allmähliche Vergrößerung der Bohrungsgröße in Richtung der Düsenoberseite auf, wodurch ein zusätzlicher Abstand zwischen der Düsenbohrungswand und der spitzengeraden äußeren Seitenfläche des unteren Stempels entsteht. Der zusätzliche Platz erleichtert die Entlüftung der im Mischfutter enthaltenen Luft während der Kompression in der Matrize, wodurch das Abblasen des Pulvers und die daraus resultierende instabile Tablettierung aufgrund der schlechten Luftentlüftung gemildert werden. Ein weiterer Vorteil von konischen Matrizen ist die Erleichterung des Auswurfs nach der Verdichtung. Die Verdichtung zu einer Tablette an der Stelle, an der die Matrizenbohrung eine Verjüngung aufweist, ergibt eine Tablette mit leicht verjüngter äußerer Seitenfläche aufgrund der Prägung durch die konische Matrizenbohrung. In der Auswurfphase, in der der untere Stempel die Tablette in der Matrize nach oben drückt, erfolgt der Auswurf der Tablette aus der Matrizenwand leicht, da ein leichtes Anheben der Tablette aufgrund der sich verjüngenden Struktur die Ablösung der Tablette von der Matrizenwand erzwingt. Wenn die Matrizenbohrung keine Verjüngung aufweist, tritt die Ablösung der Tablette von der Matrizenwand nicht auf, so dass der gesamte Auswurfprozess (d.h. das Hochschieben der Tablette von der Tiefe, in der die Kompression auf die Düsenoberseite aufgetreten ist) unter der Reibung zwischen der äußeren Oberfläche der Tablette und der Matrizenwand und zwischen der geraden Außenseite der Spitze und der Düsenwand leidet. Die Reibung führt zu einer ungünstig hohen Auswurfkraft. The die bore preferably has a slight taper that starts from a defined depth towards the top of the die. The tapered portion of the nozzle bore has a gradual increase in bore size toward the top of the nozzle, creating additional clearance between the nozzle bore wall and the sharply straight outer side surface of the lower punch. The additional space makes it easier to vent the air contained in the compound feed during compression in the die, thereby mitigating powder blow-off and resulting unstable tableting due to poor air venting. Another advantage of conical dies is the ease of ejection after compaction. Compression into a tablet at the point where the die bore has a taper results in a Tablet with slightly tapered outer side surface due to the embossing of the conical die bore. In the ejection phase, in which the lower punch pushes the tablet upwards in the die, the ejection of the tablet from the die wall occurs easily, as a slight lifting of the tablet forces the tablet to detach from the die wall due to the tapered structure. If the die bore has no taper, the separation of the tablet from the die wall does not occur, so the entire ejection process (i.e. pushing the tablet up from the depth at which compression occurred to the die top) occurs under the friction between the outer surface the tablet and the die wall and between the straight outside of the tip and the nozzle wall suffers. The friction leads to an unfavorably high ejection force.
Die Tiefe (d.h. Tiefe von der Die-Oberseite) der Matrizenverjüngung sollte so gewählt werden, dass sich die gebildete Tablette vor dem Auswurf überwiegend in der konischen Zone befindet. Um eine solche Situation zu realisieren, kann die Tiefe der Matrizenverjüngung orientiert werden, indem die Höhe der In-Die-Tablette vor der elastischen Erholung (d.h. Mindestabstand zwischen dem oberen und dem unteren Stempel) und die Einstecktiefe des oberen Stempels summiert werden. Zum Beispiel kann eine Verjüngungstiefe von 12 bis 15 mm für eine In-Die- Tablettenhöhe von 12 mm mit einer Einstecktiefe von 2 mm des oberen Stempels verwendet werden. The depth (i.e. depth from the die top) of the die taper should be chosen so that the formed tablet is predominantly in the conical zone before ejection. To realize such a situation, the depth of die taper can be oriented by summing the height of the in-die tablet before elastic recovery (i.e., minimum distance between the upper and lower punches) and the insertion depth of the upper punch. For example, a taper depth of 12 to 15 mm can be used for an in-die tablet height of 12 mm with a top punch insertion depth of 2 mm.
Der Winkel der Matrizenverjüngung beträgt typischerweise 0,1 bis 0,6°, und die Größenvergrößerung der Matrizenbohrung an der oberen Seite beträgt vorzugsweise 0,03 bis 0,2 mm, besonders bevorzugt 0,05 bis 0,14 mm. Die Größenvergrößerung lässt sich mathematisch aus dem Winkel der Verjüngung und der Verjüngungstiefe ableiten. The angle of the die taper is typically 0.1 to 0.6°, and the size increase of the die bore on the upper side is preferably 0.03 to 0.2 mm, particularly preferably 0.05 to 0.14 mm. The increase in size can be derived mathematically from the angle of the taper and the depth of the taper.
In Fällen, in denen die Tablettenform Durchgänge hat, enthält das Presswerkzeug Stifte. Die Stifte sind am Revolver befestigt, so dass sich die Stifte im Matrizenhohlraum befinden, in dem die Tablette gebildet wird, um die Durchgänge der Tablette zu verlassen. Analog zum Matrizen bewegen sich die Pins während des Tablettierzyklus nicht senkrecht, im Gegensatz zum oberen und unteren Stempel. Die senkrechte Ebene des oberen Endes der Stifte ist gleich oder leicht unter der Höhe der oberen Stirnfläche der Matrize. Insbesondere in Fällen, in denen die Tablette gewölbte Seitenflächen aufweist, bei denen die untere Stanzfläche eine konkave Oberfläche aufweist, sollte die senkrechte Ebene des oberen Endes des Stifts etwas unter dem Niveau der oberen Vorderseite der Matrizen liegen, damit die Stifte nicht aus der unteren Stanzfläche herausragen. In cases where the tablet mold has passages, the pressing tool includes pins. The pins are attached to the turret so that the pins are in the die cavity where the tablet is formed to exit the passages of the tablet. Similar to the dies, the pins do not move vertically during the tabletting cycle, unlike the upper and lower punches. The vertical plane of the top end of the pins is equal to or slightly below the height of the top face of the die. Especially in cases where the tablet has curved side surfaces, where the lower punching surface has a concave surface, the vertical plane of the upper end of the pin should be slightly below the level of the upper front of the dies so that the pins do not come out of the lower punching surface stand out.
In Fällen, in denen die Tablettenform Durchgänge hat, kommt es häufig zu einem Kleben auf der Oberfläche der Pins, was zu Nachteilen führt, z.B. eine hohe Auswurfkraft aufgrund einer hohen Reibung an Pins-Tablet-Schnittstellen. Das Problem ist besonders ausgeprägt bei Mehrgangformen mit mehreren Stiften. Typischerweise zeigen die Stifte eine höhere Neigung zum Verkleben als die Matrizenwand und die Spitze gerade des unteren Schlags. In cases where the tablet mold has passages, sticking on the surface of the pins often occurs, resulting in disadvantages such as high ejection force due to high friction at pin-tablet interfaces. The problem is particularly pronounced in multi-gang forms with multiple pins. Typically the pins show a higher tendency to stick than the die wall and the tip of just the bottom punch.
In Fällen, in denen die Tablettenform Durchgänge hat, weisen die Stifte vorzugsweise eine leichte Verjüngung im oberen Bereich für eine definierte Länge auf. Der sich verjüngende Teil der Stifte zeigt eine allmähliche Verringerung des Stiftdurchmessers zum oberen Stiftenende. Der wesentliche Vorteil der konischen Stifte ist die Erleichterung des Auswurfs nach der Verdichtung. Die Verdichtung zu einer Tablette an der Stelle, an der die Stifte eine Verjüngung aufweisen, führt zu Tablettendurchgängen mit leicht verjüngter innerer Seitenfläche als Folge der Prägung durch die sich verjüngenden Stifte. Die Durchmesser der Tablettendurchgänge nehmen entlang der axialen Achse von unten nach oben leicht ab. In der Auswurfphase, in der der untere Stempel die Tablette in der Matrize nach oben drückt, während die Stifte und die Matrize senkrecht unbewegt bleiben, erfolgt der Auswurf der Tablette aus den Stiften leicht, da ein leichtes Anheben der Tablette die Ablösung der Tablette von den Stiften aufgrund der sich verjüngenden Struktur erzwingt. Wenn die Stifte keine Verjüngung aufweisen, tritt die Ablösung der Tablette von den Stiften nicht auf, so dass der gesamte Auswurfprozess (d.h. Das Hochdrücken der Tablette aus der Tiefe, in der die Kompression auf die obere Stirnfläche der Matrize erfolgte) unter der Reibung an den Tabletten-Pins-Schnittstellen leidet, was zu einer hohen Auswurfkraft führt. Die konischen Pins sind besonders vorteilhaft, wenn die Tablette mehrere Durchgänge hat. In cases where the tablet form has passages, the pins preferably have a slight taper at the top for a defined length. The tapered part of the pins shows a gradual reduction in pin diameter towards the top of the pin. The main advantage of the conical pins is the ease of ejection after compaction. Compression into a tablet at the point where the pins have a taper results in tablet passages with a slightly tapered inner side surface as a result of the embossing by the tapered pins. The diameters of the tablet passages decrease slightly from bottom to top along the axial axis. In the ejection phase, in which the lower punch pushes the tablet upwards in the die while the pins and die remain vertically stationary, the tablet is ejected from the pins easily, as a slight lifting of the tablet causes the tablet to detach from the die pins due to the tapered structure. If the pins do not have a taper, the separation of the tablet from the pins does not occur, so the entire ejection process (i.e Pushing the tablet up from the depth at which compression occurred on the upper face of the die) suffers from friction at the tablet pin interfaces, resulting in high ejection force. The tapered pins are particularly advantageous when the tablet has multiple passes.
Die Länge der Verjüngung der Pins sollte so gewählt werden, dass sich die gebildete Tablette vor dem Auswurf überwiegend in der konischen Zone befindet. Um eine solche Situation zu realisieren, kann die Länge der Verjüngung der Stifte orientiert werden, indem die Höhe der In- Die-Tablette vor der elastischen Erholung (d.h. Mindestabstand zwischen dem oberen und dem unteren Stempel) und der Einführtiefe des oberen Stempels summiert wird. Zum Beispiel kann eine sich verjüngende Länge von 12 bis 15 mm für eine In-Die-Tablettenhöhe von 12 mm mit einer Einstecktiefe von 2 mm des oberen Stempels verwendet werden. The length of the taper of the pins should be chosen so that the formed tablet is predominantly in the conical zone before ejection. To realize such a situation, the length of taper of the pins can be oriented by summing the height of the in-die tablet before elastic recovery (i.e., minimum distance between the upper and lower punches) and the insertion depth of the upper punch. For example, a tapered length of 12 to 15 mm can be used for an in-die tablet height of 12 mm with a top punch insertion depth of 2 mm.
Der Winkel der Matrizenverjüngung beträgt typischerweise 0,1 bis 0,6°, und die Verringerung des Stiftdurchmessers an der oberen Seite beträgt vorzugsweise 0,05 bis 0,3 mm, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,2 mm. Die Reduktion lässt sich mathematisch aus dem Winkel der Verjüngung und der Verjüngungslänge ableiten. The die taper angle is typically 0.1 to 0.6°, and the reduction in pin diameter at the top is preferably 0.05 to 0.3 mm, particularly preferably 0.1 to 0.2 mm. The reduction can be derived mathematically from the angle of the taper and the taper length.
Die industrielle Massenproduktion der Tabletten erfolgt vorzugsweise auf einer rotierenden Tabletten presse. Handelsübliche Rotationspressen können für diese Erfindung verwendet werden. Beispiele für Rotationstablettenpressen sind Korsch XT-600 HD, Korsch XT-600, Korsch TPR 700, Korsch TRP 1200, Korsch XL 400 MFP, Kilian RX und Kilian Synthesis. The industrial mass production of the tablets is preferably carried out on a rotating tablet press. Commercially available rotary presses can be used for this invention. Examples of rotary tablet presses include Korsch XT-600 HD, Korsch XT-600, Korsch TPR 700, Korsch TRP 1200, Korsch XL 400 MFP, Kilian RX and Kilian Synthesis.
Rotationspressen haben typischerweise zwei Verdichtungswalzen, um eine zweistufige Verdichtung durchzuführen, die eine Vorverdichtung und eine Hauptverdichtung umfasst. Der Hauptverdichtungsdruck liegt im Bereich von 5 bis 500 MPa, vorzugsweise 8 bis 400 MPa, besonders bevorzugt 10 bis 300 MPa. Der Vorverdichtungsdruck liegt typischerweise im Bereich von 5 bis 50 %, bevorzugt 7 bis 40 %, besonders bevorzugt 10 bis 35 % des angelegten Hauptverdichtungsdrucks. Rotary presses typically have two compaction rolls to perform two-stage compaction, which includes pre-compaction and main compaction. The main compression pressure is in the range from 5 to 500 MPa, preferably 8 to 400 MPa, particularly preferably 10 to 300 MPa. The pre-compression pressure is typically in the range from 5 to 50%, preferably 7 to 40%, particularly preferably 10 to 35% of the main compression pressure applied.
Das Presswerkzeug wird entsprechend den gewünschten geometrischen Abmessungen des verdichteten Körpers ausgewählt. Die Größe und Form des verdichteten Körpers und damit des Katalysators wird so gewählt, dass eine geeignete Packung der aus verdichteten Körpern erhaltenen Katalysatorkörper in einem Reaktorrohr möglich ist. Die aus den für die erfindungsgemäßen Katalysatoren geeigneten verdichteten Körpern erhaltenen Katalysatoren werden vorzugsweise in Reaktorrohren mit einer Länge von 6 bis 14 m und einem Innendurchmesser von 20 mm bis 50 mm eingesetzt. Im Allgemeinen besteht der Träger aus einzelnen Körpern mit einer maximalen Ausdehnung im Bereich von 3 bis 20 mm, wie 4 bis 15 mm, insbesondere 5 bis 12 mm. Unter der maximalen Ausdehnung versteht man die längste gerade Linie zwischen zwei Punkten am äußeren Umfang des Trägers. The pressing tool is selected according to the desired geometric dimensions of the compacted body. The size and shape of the compressed body and thus of the catalyst is selected so that suitable packing of the catalyst bodies obtained from compressed bodies in a reactor tube is possible. The catalysts obtained from the compacted bodies suitable for the catalysts according to the invention are preferably used in reactor tubes with a length of 6 to 14 m and an inner diameter of 20 mm to 50 mm. In general, the carrier consists of individual bodies with a maximum dimension in the range of 3 to 20 mm, such as 4 to 15 mm, in particular 5 to 12 mm. The maximum extension is the longest straight line between two points on the outer circumference of the beam.
Die Form der verdichteten Körper ist nicht besonders begrenzt und kann in jeder technisch machbaren Form vorliegen, abhängig z.B. vom Umformprozess. Zum Beispiel kann die Unterstützung eine feste Tablette oder eine hohle Tablette, wie ein hohler Zylinder, sein. In einer weiteren Ausführungsform kann die Stütze durch eine Multilappenstruktur gekennzeichnet sein. Eine Multilappenstruktur soll eine Zylinderstruktur bezeichnen, die eine Vielzahl von Hohlräumen, z.B. Rillen oder Furchen, aufweist, die in der Zylinderperipherie entlang der Zylinderhöhe verlaufen. Im Allgemeinen sind die Hohlräume im Wesentlichen äquidistant um den Umfang des Zylinders angeordnet. The shape of the compacted bodies is not particularly limited and can be in any technically feasible shape, depending, for example, on the forming process. For example, the support may be a solid tablet or a hollow tablet such as a hollow cylinder. In a further embodiment, the support can be characterized by a multi-lobe structure. A multi-lobe structure is intended to refer to a cylinder structure that has a large number of cavities, e.g. grooves or grooves, which run in the cylinder periphery along the cylinder height. In general, the cavities are arranged substantially equidistantly around the circumference of the cylinder.
Die Presskraft beim Tablettieren beeinflusst die Verdichtung der rieselfähigen Futtermischung und damit z.B. die Dichte und/oder mechanische Stabilität des verdichteten Körpers. In der Praxis hat es sich als sinnvoll erwiesen, die laterale Druckfestigkeit des tablettierten Katalysatorträgers durch Auswahl der geeigneten Presskraft gezielt einzustellen und durch Stichproben zu überprüfen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist die laterale Druckfestigkeit die Kraft, die die tablettierte Katalysatorstütze bricht, die sich zwischen zwei flachen parallelen Platten befindet, wobei die beiden flachen parallelen Endflächen der Katalysatorstütze im rechten Winkel zu den flachen parallelen Platten stehen. The pressing force during tabletting influences the compaction of the free-flowing feed mixture and thus, for example, the density and/or mechanical stability of the compacted body. In practice, it has proven to be useful to specifically adjust the lateral compressive strength of the tableted catalyst carrier by selecting the appropriate pressing force and to check it through spot checks. For the purposes of the present invention, the lateral Compressive strength is the force that breaks the tableted catalyst support located between two flat parallel plates, with the two flat parallel end faces of the catalyst support at right angles to the flat parallel plates.
Zur Verbesserung der Tablettiereigenschaften kann das rieselfähige Futtergemisch einer Weiterverarbeitung unterzogen werden, z.B. durch Sieben, Vorwärmen und/oder Vorgranulieren, d.h. Vorverdichtung. Zur Vorgranulation kann ein Walzenverdichter, wie z.B. ein Chilsonator® von Fitzpatrick, verwendet werden. To improve the tableting properties, the free-flowing feed mixture can be subjected to further processing, for example by sieving, preheating and/or pre-granulating, i.e. pre-compacting. A roller compactor, such as a Chilsonator® from Fitzpatrick, can be used for pre-granulation.
Weitere Informationen zur Tablettierung, insbesondere zu Vorgranulation, Siebung, Schmierstoffen und Werkzeugen, finden sich in der WO 2010/000720. Weitere Informationen zur Tablettierung finden Sie im Handbook of Powder Technology, Chapter 16: Tabletting, K. Pitt und C. Sinka, Vol 11, 2007, S. 735 to 778. Further information on tabletting, in particular on pre-granulation, screening, lubricants and tools, can be found in WO 2010/000720. Further information on tabletting can be found in the Handbook of Powder Technology, Chapter 16: Tableting, K. Pitt and C. Sinka, Vol 11, 2007, pp. 735 to 778.
Mit Vorteil wird eine Tablettierung wie in den Schriften WO 2005/030393, DE 102008 040093 A1 , DE 102008 040094 A1 und WO 2007/017431 beschrieben durchgeführt. Die die Tablettiermaschine umgebende Temperatur beträgt dabei normalerweise 25 °C. Zweckmäßig liegen die Partikeldurchmesser der zu verdichtenden Vorläufermasse (des feinteiligen innigen Trockengemischs), wahlweise als Ergebnis einer Vorvergröberung durch Kompaktieren, im Bereich 100 bis 2000 pm, bevorzugt 150 bis 1500 pm, besonders bevorzugt 400 bis 1250 pm, oder 400 bis 1000 pm, oder 400 bis 800 pm (vorab der Verdichtung eingemischtes Formgebungshilfsmittel ist dabei nicht mitberücksichtigt). Tableting is advantageously carried out as described in the documents WO 2005/030393, DE 102008 040093 A1, DE 102008 040094 A1 and WO 2007/017431. The temperature surrounding the tabletting machine is normally 25 °C. The particle diameters of the precursor mass to be compacted (the finely divided, intimate dry mixture), optionally as a result of pre-coarsening by compacting, are expediently in the range 100 to 2000 pm, preferably 150 to 1500 pm, particularly preferably 400 to 1250 pm, or 400 to 1000 pm, or 400 to 800 pm (shaping aid mixed in before compaction is not taken into account).
Ebenso wie der zur Verdichtung zu verwendende Formgebungsapparat beziehungsweise die dabei anzuwendende Formgebungsmethode, unterliegt auch die angestrebte Geometrie der resultierenden Formkörper beim erfindungsgemäßen Verfahren keiner Beschränkung. Just like the shaping apparatus to be used for compaction or the shaping method to be used, the desired geometry of the resulting shaped bodies is also not subject to any restrictions in the method according to the invention.
Eine bevorzugte Ringgeometrie (die Geometrie eines nicht kalzinierten Grünlings und des aus diesem durch Kalzinierung erwachsenden Vollkatalysatorformkörpers sind normalerweise im Wesentlichen gleich) ist die Geometrie 5 mm x 5 mm x 2 mm (Außendurchmesser x Höhe (Länge) x Innendurchmesser). Dies deshalb, weil Katalysatorfestbettschüttungen aus Ringen dieser Geometrie einen besonders geringen Druckverlust beim das Katalysatorfestbett durchströmenden Reaktionsgasgemisch (insbesondere in Reaktionsrohren mit einem Innendurchmesser von 22 mm bis 30 mm) bedingen. Ein geringer Druckverlust ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die durch das Katalysatorfestbett katalysierte Partialoxidation bei einer hohen Belastung der Festbettschüttung mit Reaktionsgasgemisch (bei einer hohen Stromstärke des das Katalysatorfestbett durchströmenden Reaktionsgasgemischs) betrieben wird. Eine andere bevorzugte Ringgeometrie (sie weist insbesondere in Reaktionsrohren mit kleinerem Innendurchmesser (beispielsweise 20 mm) ein vorteilhaftes Schüttverhalten auf) ist die Geometrie 5 mm x 3 mm x 2 mm (Außendurchmesser x Höhe (Länge) x Innendurchmesser). Selbstverständlich kommen aber auch alle diejenigen Geometrien in Betracht, die in der WO 02/062737 und in der WO 2015/067656 offenbart und empfohlen werden. A preferred ring geometry (the geometry of a non-calcined green body and the solid catalyst molding resulting from this by calcination are usually essentially the same) is the geometry 5 mm x 5 mm x 2 mm (outer diameter x height (length) x inner diameter). This is because fixed catalyst beds made of rings of this geometry cause a particularly low pressure loss in the reaction gas mixture flowing through the fixed catalyst bed (particularly in reaction tubes with an inner diameter of 22 mm to 30 mm). A low pressure loss is particularly advantageous if the partial oxidation catalyzed by the fixed catalyst bed is operated at a high load on the fixed bed with reaction gas mixture (at a high current intensity of the reaction gas mixture flowing through the fixed catalyst bed). Another preferred ring geometry (it has advantageous pouring behavior, particularly in reaction tubes with a smaller inner diameter (for example 20 mm)) is the geometry 5 mm x 3 mm x 2 mm (outer diameter x height (length) x inner diameter). Of course, all those geometries that are disclosed and recommended in WO 02/062737 and in WO 2015/067656 can also be considered.
Insbesondere im Fall von ringförmigen Vorläuferformkörpern (Vorläuferformkörper werden in der Literatur unabhängig von ihrer Form auch als Grünlinge bezeichnet) soll die formgebende Verdichtung vorteilhaft so durchgeführt werden, dass die Seitendruckfestigkeit SDFV des resultierenden Formkörpers (vgl. DE 102008 040093 A1, DE 102008 040094 A1 und WO 2005/030393) die Relation 5 N < SDFV < 100 N, vorzugsweise 8 N < SDFV s 80 N, und besonders bevorzugt 12 N < SDFV < 50 N erfüllt. Particularly in the case of annular precursor moldings (precursor moldings are also referred to as green compacts in the literature, regardless of their shape), the shaping compression should advantageously be carried out in such a way that the lateral compressive strength SDF V of the resulting molding (cf. DE 102008 040093 A1, DE 102008 040094 A1 and WO 2005/030393) the relation 5 N <SDF V <100 N, preferably 8 N <SDF V s 80 N, and particularly preferably 12 N <SDF V <50 N is fulfilled.
Die experimentelle Bestimmung der Seitendruckfestigkeit wird dabei wie in den Schriften WO 2005/030393 sowie WO 2007/017431 beschrieben durchgeführt. Selbstverständlich sind ringähnliche Grünlinge, wie sie die DE 102008 040093 A1 empfiehlt, erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugt. Die Stirnflächen von ringförmigen oder ringähnlichen Formkörpern können beim beschriebenen Herstellverfahren erfindungsgemäßer Grünlinge sowohl (beide oder nur eine von beiden Stirnflächen) plan als auch nach außen (konvex) gewölbt (gekrümmt) sein (vgl. insbesondere die DE 102007 004961 A1 , die EP 0 184 790 A2, die DE 102008 040093 A1 (beispielsweise ihr Absatz [0032]) und die DE 102008 04009 A1 (beispielsweise ihr Absatz [0074]) und die in diesen Schriften individualisiert dargestellten Ausführungsformen). Bei der Ermittlung/Angabe der Höhe von solchen geometrischen Formkörpern wird eine solche konvexe Wölbung (Krümmung) in der vorliegenden Schrift generell nicht berücksichtigt. Ringe oder ringähnliche Formkörper mit konvex gewölbten (gekrümmten) Stirnflächen (vorzugsweise weisen beide Stirnflächen die gleiche Wölbung (Krümmung) auf) sind insofern von Vorteil, als Katalysatorfestbettschüttungen von ringförmigen oder ringähnlichen Formkörpern mit konvex gewölbter (gekrümmter) Stirnfläche (bei ansonsten gleicher Geometrie) einen geringeren Druckverlust beim das Katalysatorfestbett durchströmenden Reaktionsgasgemisch bedingen (vor allem bei Katalysatorfestbettschüttungen in Reaktionsrohren) als Katalysatorfestbettschüttungen von ringförmigen oder ringähnlichen Formkörpern mit planer Stirnfläche. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn die Ringgeometrie 5 mm x 5 mm x 2 mm (Außendurchmesser x Höhe (Länge) x Innendurchmesser) beträgt. Der Radius einer solchen konvexen Krümmung beträgt in der Regel das 0,4- bis 5-fache (z.B. das 0,8- bis 4-fache, oder das 1 ,2- bis 3-fache, oder das 1 ,6- bis 2,6-fache) des Außendurchmessers des Kreiszylinders des Katalysatorrings. Wie bereits erwähnt, ist ein einen geringeren Druckverlust bedingendes Katalysatorfestbett insbesondere dann von Vorteil, wenn die durch das Katalysatorfestbett katalysierte Partialoxidation bei einer hohen Belastung der Festbettschüttung mit Reaktionsgasgemisch (bei einer hohen Stromstärke des das Katalysatorfestbett durchströmenden Reaktionsgasgemischs) betrieben wird. The experimental determination of the lateral compressive strength is carried out as described in the documents WO 2005/030393 and WO 2007/017431. Of course, ring-like green bodies, as recommended by DE 102008 040093 A1, are particularly preferred according to the invention. The end faces of ring-shaped or ring-like shaped bodies can be used in the described manufacturing process of green compacts according to the invention (both or only one of the two end faces) can be flat or curved (curved) outwards (convex) (see in particular DE 102007 004961 A1, EP 0 184 790 A2, DE 102008 040093 A1 (for example its paragraph [0032]) and DE 102008 04009 A1 (for example its paragraph [0074]) and the individualized embodiments presented in these documents). When determining/specifying the height of such geometric shapes, such a convex curvature (curvature) is generally not taken into account in this document. Rings or ring-like shaped bodies with convexly arched (curved) end faces (preferably both end faces have the same curvature (curvature)) are advantageous in that fixed catalyst beds of ring-shaped or ring-like shaped bodies with a convexly arched (curved) end face (with otherwise the same geometry). lower pressure loss in the reaction gas mixture flowing through the fixed catalyst bed (especially in the case of fixed catalyst beds in reaction tubes) than fixed catalyst beds of annular or ring-like shaped bodies with a flat end face. This applies in particular if the ring geometry is 5 mm x 5 mm x 2 mm (outer diameter x height (length) x inner diameter). The radius of such a convex curvature is usually 0.4 to 5 times (e.g. 0.8 to 4 times, or 1.2 to 3 times, or 1.6 to 2 .6 times) the outer diameter of the circular cylinder of the catalyst ring. As already mentioned, a fixed catalyst bed that causes a lower pressure loss is particularly advantageous if the partial oxidation catalyzed by the fixed catalyst bed is operated at a high load on the fixed bed with reaction gas mixture (at a high current intensity of the reaction gas mixture flowing through the fixed catalyst bed).
Besonders vorteilhafte Ringgeometrien von durch Verdichten von feinteiliger Vorläufermasse (feinteiligem innigem Trockengemisch) erhältlichen Formkörpern erfüllen die Bedingung Höhe (Länge)/Außendurchmesser = H/A = 0,3 bis 1,5 oder bis 1,2. Besonders bevorzugt ist H/A = 0,5 bis 1,1 oder bis 1 ,0. Weiterhin ist es für erfindungsgemäße ringförmige beziehungsweise ringähnliche Grünlinge günstig, wenn das Verhältnis l/A (wobei I der Innendurchmesser der Ringgeometrie ist) 0,3 bis 1,5, vorzugsweise 0,6 bis 1 ,1 beträgt. Particularly advantageous ring geometries of shaped bodies obtainable by compacting finely divided precursor mass (finely divided, intimate dry mixture) meet the condition of height (length)/outer diameter = H/A = 0.3 to 1.5 or up to 1.2. H/A = 0.5 to 1.1 or up to 1.0 is particularly preferred. Furthermore, for ring-shaped or ring-like green bodies according to the invention, it is favorable if the ratio l/A (where I is the inner diameter of the ring geometry) is 0.3 to 1.5, preferably 0.6 to 1.1.
Besonders vorteilhaft sind vorgenannte Ringgeometrien, wenn sie gleichzeitig eines der vorteilhaften H/A-Verhältnisse und eines der vorteilhaften I/A-Verhältnisse aufweisen. Solche möglichen Kombinationen sind beispielsweise H/A = 0,3 bis 1,5 oder bis 1,2 und l/A = 0,3 bis 1,5 oder 0,6 bis 1 ,1. Alternativ kann H/A 0,5 bis 1 ,1 oder bis 1 ,0 und l/A gleichzeitig 0,3 bis 1 ,5 oder 0,6 bis 1,1 betragen. Ferner ist es für die relevanten Ringgeometrien günstig, wenn H 2 bis 7 mm und vorzugsweise 2 bis 6 mm oder 3 bis 6 mm beträgt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn A bei den Ringen 4 bis 8 mm, vorzugsweise 4 bis 6 mm beträgt. Die Wandstärke von bevorzugten Ringgeometrien beträgt 1 bis 2 mm oder bis 1 ,5 mm. The aforementioned ring geometries are particularly advantageous if they simultaneously have one of the advantageous H/A ratios and one of the advantageous I/A ratios. Such possible combinations are, for example, H/A = 0.3 to 1.5 or up to 1.2 and l/A = 0.3 to 1.5 or 0.6 to 1.1. Alternatively, H/A can be 0.5 to 1.1 or up to 1.0 and l/A can be 0.3 to 1.5 or 0.6 to 1.1 at the same time. Furthermore, it is favorable for the relevant ring geometries if H is 2 to 7 mm and preferably 2 to 6 mm or 3 to 6 mm. Furthermore, it is advantageous if A for the rings is 4 to 8 mm, preferably 4 to 6 mm. The wall thickness of preferred ring geometries is 1 to 2 mm or up to 1.5 mm.
Mögliche erfindungsgemäße Ringgeometrien sind somit (A x H x I) 5 mm x 5 mm x 2 mm, oder 5 mm x 2 mm x 2 mm, oder 5 mm x 3 mm x 2 mm, 5 mm x 5 mm x 2,5 mm, oder 5 mm x 3 mm x 2,5 mm, oder 5,5 mm x 5,5 mm x 2,5 mm, oder 5,5 mm x 5,5 mm x 3 mm, oder 5 mm x 3 mm x 3 mm, oder 5,5 mm x 3 mm x 3,5 mm, oder 6 mm x 3 mm x 4 mm, oder 6 mm x 6 mm x 3 mm, oder 6 mm x 6 mm x 3,5 mm, oder 6,5 mm x 3 mm x 4,5 mm, oder 7 mm x 3 mm x 5 mm, oder 7 mm x 7 mm x 3 mm, oder 7 mm x 3 mm x 4 mm, oder 7 mm x 7 mm x 4 mm. Possible ring geometries according to the invention are therefore (A x H x I) 5 mm x 5 mm x 2 mm, or 5 mm x 2 mm x 2 mm, or 5 mm x 3 mm x 2 mm, 5 mm x 5 mm x 2.5 mm, or 5mm x 3mm x 2.5mm, or 5.5mm x 5.5mm x 2.5mm, or 5.5mm x 5.5mm x 3mm, or 5mm x 3mm x 3 mm, or 5.5 mm x 3 mm x 3.5 mm, or 6 mm x 3 mm x 4 mm, or 6 mm x 6 mm x 3 mm, or 6 mm x 6 mm x 3.5 mm, or 6.5mm x 3mm x 4.5mm, or 7mm x 3mm x 5mm, or 7mm x 7mm x 3mm, or 7mm x 3mm x 4mm, or 7mm x 7mm x 4mm.
Alle Angaben in dieser Schrift zu spezifischen Oberflächen von Feststoffen beziehen sich auf Bestimmungen nach DIN 66131 (Bestimmung der spezifischen Oberfläche von Feststoffen durch Gasadsorption (N2) nach Brunauer-Emmert-Teller (BET)), soweit nicht ausdrücklich etwas anderes erwähnt wird. All information in this document on specific surface areas of solids refers to the provisions according to DIN 66131 (determination of the specific surface area of solids by gas adsorption (N2) according to Brunauer-Emmert-Teller (BET)), unless expressly stated otherwise.
Alle Angaben in dieser Schrift zu Porengesamtvolumina sowie zu Porendurchmesserverteilungen auf diese Porengesamtvolumina beziehen sich auf Bestimmungen mit der Methode der Quecksilberporosimetrie in Anwendung des Gerätes Auto Pore V 9600 (MicroActive Interactive Dara Analysis Software) der Fa. Micromeritics GmbH, D- 52072 Aachen (Bandbreite: 0,1 - 61000 psi) bei 23°C (Auswertung mit Washburn-Gleichung unter Verwendung eines Kontaktwinkels des Quecksilbers von 140° und einer Oberflächenspannung des Quecksilbers von 480 mN/m = 480 dyn/cm). All information in this document on total pore volumes and pore diameter distributions on these total pore volumes refer to determinations using the method of mercury porosimetry using the Auto Pore V 9600 device (MicroActive Interactive Dara Analysis Software) from Micromeritics GmbH, D- 52072 Aachen (range: 0.1 - 61000 psi) at 23°C (evaluation with Washburn equation using a mercury contact angle of 140° and a mercury surface tension of 480 mN/m = 480 dyn/cm).
Erfindungsgemäß vorteilhaft weisen Vorläuferformkörper eine möglichst geringe Restfeuchtigkeit auf. Dies insbesondere dann, wenn das innige Mischen der verschiedenen Quellen der von Sauerstoff verschiedenen elementaren Konstituenten nass erfolgte (insbesondere dann, wenn es unter Ausbildung einer wässrigen Mischung M erfolgte). Advantageously according to the invention, precursor moldings have the lowest possible residual moisture. This is particularly the case when the intimate mixing of the various sources of the elemental constituents other than oxygen takes place wet (particularly when it takes place with the formation of an aqueous mixture M).
Bevorzugt liegt der Restfeuchtegehalt vorteilhafter Grünlinge bei Werten < 10 Gew.-%, besser < 8 Gew.-%, noch besser < 6 Gew.-%, und am besten < 4 Gew.-% oder < 2 Gew.-% (die Restfeuchtebestimmung kann dabei wie in „Die Bibliothek der Technik“, Band 229, „Thermogravimetrische Materialfeuchtebestimmung“, Grundlagen und praktische Anwendungen, Horst Nagel, verlag moderne industrie, beschrieben erfolgen (z.B. mit Hilfe eines Computrac MAX 5000 XL von Arizona Instruments)). The residual moisture content of advantageous green compacts is preferably <10% by weight, better <8% by weight, even better <6% by weight, and best of all <4% by weight or <2% by weight (the Residual moisture determination can be carried out as described in “The Library of Technology”, Volume 229, “Thermogravimetric Material Moisture Determination”, Basics and Practical Applications, Horst Nagel, publisher moderne industrie (e.g. with the help of a Computrac MAX 5000 XL from Arizona Instruments)).
Gehen die Grünlinge auf eine wässrige Mischung M zurück (so, dass ihr Restfeuchtegehalt aus Wasser besteht), erfolgt die Restfeuchtebestimmung andwendungstechnisch zweckmäßig mit Mikrowellen (z.B. mit dem Mikrowellensystem LB 456 von BERTHOLD TECHNOLOGIES).If the green compacts are based on an aqueous mixture M (so that their residual moisture content consists of water), the residual moisture determination is expediently carried out using microwaves (e.g. with the LB 456 microwave system from BERTHOLD TECHNOLOGIES).
Die Mikrowelle durchstrahlt bei dieser Verfahrensweise mit sehr geringer Leistung (0,1 mW) das zu untersuchende Material (letzteres erfährt, infolge der vergleichsweise geringen Leistung, im Wesentlichen keine Änderung seiner Temperatur). Die Materialbestandteile werden dadurch unterschiedlich stark polarisiert. Als Reaktion verliert die Mikrowelle an Geschwindigkeit und Energie. Dabei ist der Einfluss von Wassermolekülen wesentlich größer als der Einfluss anderer Bestandteile, was die selektive Bestimmung von Restwassergehalten ermöglicht. Dies rührt daher, dass Wassermoleküle auf Grund ihrer Größe und ihrer Dipoleigenschaft einem elektromagnetischen Wechselfeld im Mikrowellenfrequenzbereich durch Dipolausrichtung besonders gut zu folgen vermögen. Dabei absorbieren sie Energie und verändern mit ihren elektrischen Eigenschaften das elektromagnetische Wechselfeld. Auf dieser Feldschwächung und Feldveränderung beruht das Messprinzip. Beispielsweise kann über der Sensorfläche eines Planarsensors ein schwaches Mikrowellenfeld aufgebaut und durch Abscannen der Mikrowellenfrequenz permanent die Resonanzfrequenz des Sensorsystems analysiert werden. Bringt man nun ein wasserhaltiges Messgut über den Sensor, so verschiebt sich die Resonanzfrequenz und ihre Amplitude wird gedämpft. Beides, Dämpfung und Resonanzfrequenz-Verschiebung steigen mit zunehmender Wassermenge, also auch mit zunehmender Schüttdichte des Messguts. Allerdings ist dabei das Verhältnis aus Frequenzverschiebung und Dämpfung ein dichteunabhängiges Maß für den prozentualen Wasseranteil und damit der Schlüssel für die Feuchtemessung. Das Verhältnis bildet den so genannten Mikrowellen-Feuchtemesswert, der die Gesamtfeuchte repräsentiert. Da es sich bei dem Mikrowellen-Resonanzverfahren um ein indirektes Feuchtemessverfahren handelt, ist eine Kalibrierung notwendig. Bei einer solchen Kalibriermessung werden mit dem Sensor Materialproben mit definierter Feuchte gemessen. Die Verknüpfung der Mikrowellen- Feuchtemesswerte mit den zugehörigen definierten absoluten Materialfeuchten bildet dann die Kalibrierung des Messsystems. Die Messgenauigkeit beträgt üblicherweise ± 0,1 % Feuchte (beispielsweise kann die Wasserfeuchte mit einem Online-Feuchte-Messgerät PMD300PA von Sartorius ermittelt werden). In this procedure, the microwave radiates through the material to be examined with very low power (0.1 mW) (the latter experiences essentially no change in its temperature due to the comparatively low power). The material components are thereby polarized to different degrees. In response, the microwave loses speed and energy. The influence of water molecules is significantly greater than the influence of other components, which enables the selective determination of residual water content. This is because water molecules, due to their size and their dipole properties, are able to follow an alternating electromagnetic field in the microwave frequency range particularly well through dipole alignment. In doing so, they absorb energy and change the alternating electromagnetic field with their electrical properties. The measuring principle is based on this field weakening and field change. For example, a weak microwave field can be built up over the sensor surface of a planar sensor and the resonance frequency of the sensor system can be permanently analyzed by scanning the microwave frequency. If you now place a sample containing water over the sensor, the resonance frequency shifts and its amplitude is dampened. Both damping and resonance frequency shift increase as the amount of water increases, and therefore also as the bulk density of the material to be measured increases. However, the ratio of frequency shift and attenuation is a density-independent measure of the percentage of water and is therefore the key to moisture measurement. The ratio forms the so-called microwave moisture reading, which represents the total moisture. Since the microwave resonance method is an indirect moisture measurement method, calibration is necessary. During such a calibration measurement, material samples with a defined moisture content are measured with the sensor. The linking of the microwave moisture measurement values with the associated defined absolute material moisture levels then forms the calibration of the measuring system. The measurement accuracy is usually ± 0.1% moisture (for example, the water moisture can be determined using an online moisture measuring device PMD300PA from Sartorius).
Vor diesem Hintergrund sollte bereits eine Sprühtrocknung einer nassen (z.B. wässrigen) Mischung M so durchgeführt werden, dass das resultierende Sprühpulver einen möglichst geringen Restfeuchtegehalt aufweist. Against this background, spray drying of a wet (e.g. aqueous) mixture M should be carried out in such a way that the resulting spray powder has the lowest possible residual moisture content.
Die Grünlinge sollten unter Berücksichtigung des eben adressierten Gesichtspunktes möglichst unter Ausschluss von (Luftfeuchtigkeit aufweisender) Umgebungsluft gelagert werden (vorzugsweise erfolgt die Lagerung bis zur Kalzinierung unter wasserfreiem Inertgas bzw. unter vorab getrockneter Luft beziehungsweise in luftdicht abgeschlossenen Behältern). Taking into account the point just addressed, the green compacts should be stored, if possible, with the exclusion of ambient air (which contains humidity). (The storage is preferably carried out until calcination under anhydrous inert gas or under previously dried air or in airtight containers).
Vorteilhaft wird bereits die Formung/Formgebung und Lagerung von feinteiligem innigem Trockengemisch unter Ausschluss von (Luftfeuchtigkeit aufweisender) Umgebungsluft (z.B. unter N2-Atmosphäre) durchgeführt. The shaping/shaping and storage of finely divided, intimate dry mixture is advantageously carried out with the exclusion of ambient air (containing humidity) (e.g. under an N2 atmosphere).
Die Kalzination der Grünlinge erfolgt normalerweise bei Temperaturen (Kalzinationstemperaturen), die wenigstens 350°C erreichen oder in der Regel überschreiten. Normalerweise wird im Rahmen der Kalzination die Temperatur von 650°C jedoch nicht überschritten (der Begriff der Kalzinationstemperatur meint dabei in dieser Schrift die im Kalzinationsgut vorliegende Temperatur (vorteilhaft weist das Kalzinationsgut eine möglichst einheitliche (homogene) Kalzinationstemperatur auf; dies gilt in entsprechender Weise für die übrigen Kalzinationsbedingungen)). Vorteilhaft wird im Rahmen der Kalzination die Temperatur 600°C, bevorzugt die Temperatur von 570°C und häufig die Temperatur von 550°C nicht überschritten. Ferner wird im Rahmen der vorstehenden Kalzination vorzugsweise die Temperatur von 380°C, mit Vorteil die Temperatur von 400°C, mit besonderem Vorteil die Temperatur von 420°C und ganz besonders bevorzugt die Temperatur von 440°C überschritten. Dabei kann die Kalzination in ihrem zeitlichen Ablauf auch in mehrere Abschnitte gegliedert sein. The green compacts are normally calcined at temperatures (calcination temperatures) that reach at least 350°C or generally exceed them. Normally, however, the temperature of 650 ° C is not exceeded during calcination (the term calcination temperature in this document means the temperature present in the calcination material (advantageously, the calcination material has a calcination temperature that is as uniform (homogeneous) as possible); this applies in the same way to the remaining calcination conditions)). During calcination, the temperature is advantageously 600°C, preferably 570°C and often 550°C. Furthermore, in the context of the above calcination, the temperature of 380 ° C is preferably exceeded, advantageously the temperature of 400 ° C, with particular advantage the temperature of 420 ° C and most preferably the temperature of 440 ° C. The calcination process can also be divided into several sections over time.
Vorteilhaft erfolgt vorab der Kalzination eine thermische Vorbehandlung bei Temperaturen von > 120°C und < 350°C, vorzugsweise > 150°C und < 320°C, besonders bevorzugt e 170°C und < 290°C. Eine solche thermische Vorbehandlung wird anwendungstechnisch zweckmäßig so lange durchgeführt, bis die innerhalb der thermisch zu behandelnden Masse enthaltenen, sich unter den Bedingungen der thermischen Behandlung zu gasförmigen Verbindungen zersetzenden, Bestandteile weitgehend (vorzugsweise vollständig) zu gasförmigen Verbindungen zersetzt worden sind (der diesbezüglich erforderliche Zeitaufwand kann beispielsweise 3 bis 15 Stunden, häufig 4 bis 10 Stunden oder 5 bis 8 Stunden betragen). Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn einerseits die in der sich daran anschließend zu kalzinierenden Masse enthaltene molare Menge an von Metallionen verschiedenen Kationen, bezogen auf die enthaltene molare Gesamtmenge an Kationen, < 20 mol-% (vorzugsweise < 10 mol-%) und andererseits die in derselben Masse enthaltene molare Menge an von O2' verschiedenen Anionen, bezogen auf die enthaltene molare Gesamtmenge an Anionen, ebenfalls < 20 mol-% (vorzugsweise < 10 mol-%) beträgt. Advantageously, prior to calcination, a thermal pretreatment is carried out at temperatures of >120°C and <350°C, preferably >150°C and <320°C, particularly preferably 170°C and <290°C. From an application point of view, such a thermal pretreatment is expediently carried out until the components contained within the mass to be thermally treated and which decompose into gaseous compounds under the conditions of the thermal treatment have been largely (preferably completely) decomposed into gaseous compounds (the time required in this regard can be, for example, 3 to 15 hours, often 4 to 10 hours or 5 to 8 hours). This is generally the case if, on the one hand, the molar amount of cations other than metal ions contained in the mass to be subsequently calcined, based on the total molar amount of cations contained, is <20 mol% (preferably <10 mol% ) and on the other hand, the molar amount of anions other than O 2 ' contained in the same mass, based on the total molar amount of anions contained, is also <20 mol% (preferably <10 mol%).
Günstige Temperaturfenster für die Endkalzinationstemperatur liegen daher im Temperaturbereich 400 bis 600°C, beziehungsweise vorzugsweise im Temperaturbereich 420 bis 570°C, oder besonders bevorzugt im Temperaturbereich 450 bis 550°C. Favorable temperature windows for the final calcination temperature are therefore in the temperature range 400 to 600 ° C, or preferably in the temperature range 420 to 570 ° C, or particularly preferably in the temperature range 450 to 550 ° C.
Die Gesamtdauer der Kalzination erstreckt sich in der Regel auf mehr als 0,5 Stunden, und häufig auf mehr als 2 Stunden. Meist werden im Rahmen der Kalzination Behandlungsdauern von 45 Stunden, bzw. von 30 Stunden nicht überschritten. Oft liegt die Gesamtkalzinationsdauer unterhalb von 25 Stunden. Grundsätzlich ist bei höheren Kalzinationstemperaturen in der Regel eine kürzere Kalzinationsdauer ausreichend als bei niedrigeren Kalzinationstemperaturen. In einer erfindungsgemäß vorteilhaften Ausführungsform der Kalzination werden 550°C nicht überschritten und die Kalzinationsdauer im Temperaturfenster > 430°C und < 550°C erstreckt sich auf > 4 bis < 25 Stunden. The total duration of the calcination usually lasts more than 0.5 hours, and often more than 2 hours. In most cases, calcination treatment times do not exceed 45 hours or 30 hours. The total calcination time is often less than 25 hours. In principle, a shorter calcination time is generally sufficient at higher calcination temperatures than at lower calcination temperatures. In an embodiment of the calcination that is advantageous according to the invention, 550 ° C is not exceeded and the calcination time in the temperature window > 430 ° C and < 550 ° C extends to > 4 to < 25 hours.
Die gesamte thermische Behandlung (einschließlich einer Zersetzungsphase) einer Vorläufermasse (beispielsweise eines Grünlings) kann sowohl unter Inertgas als auch unter einer oxidativen Atmosphäre wie beispielsweise Luft (oder ein sonstiges Gemisch aus Inertgas und molekularem Sauerstoff) sowie unter reduzierender Atmosphäre (beispielsweise ein Gemisch aus Inertgas, NH3, CO und/oder H2 oder unter Methan) erfolgen. Selbstredend kann die thermische Behandlung auch unter Vakuum ausgeführt werden. Auch kann die Atmosphäre über den Verlauf der thermischen Behandlung variabel gestaltet werden. The entire thermal treatment (including a decomposition phase) of a precursor mass (for example a green compact) can be carried out both under an inert gas and under an oxidative atmosphere such as air (or another mixture of inert gas and molecular oxygen) and under a reducing atmosphere (for example a mixture of inert gas , NH3, CO and/or H2 or under methane). Of course you can the thermal treatment can also be carried out under vacuum. The atmosphere can also be made variable over the course of the thermal treatment.
Bevorzugt erfolgt die thermische Behandlung (insbesondere die Kalzinationsphase) in einer oxidierenden Atmosphäre. Anwendungstechnisch zweckmäßig besteht diese überwiegend aus nicht bewegter oder (bevorzugt) aus bewegter Luft (besonders bevorzugt wird die thermisch zu behandelnde Masse (das Kalzinationsgut) von einem Luftstrom durchströmt). Die oxidierende Atmosphäre kann jedoch ebenso aus einem stehenden oder bewegten Gemisch aus z.B. 25 Vol.-% N2 und 75 Vol.-% Luft, oder 50 Vol.-% N2 und 50 VoL-% Luft, oder 75 Vol.-% N2 und 25 Vol.-% Luft bestehen (eine Behandlungsatmosphäre aus 100 Vol.-% N2 ist ebenfalls möglich). The thermal treatment (in particular the calcination phase) preferably takes place in an oxidizing atmosphere. From an application point of view, this consists predominantly of stationary or (preferably) moving air (particularly preferably the mass to be thermally treated (the calcination material) is flowed through by an air stream). However, the oxidizing atmosphere can also consist of a standing or moving mixture of, for example, 25 vol.% N 2 and 75 vol.% air, or 50 vol.% N 2 and 50 vol.% air, or 75 vol.% N 2 and 25 vol.% air (a treatment atmosphere of 100 vol.% N 2 is also possible).
Prinzipiell kann die thermische Behandlung (beispielsweise die Kalzination) der Vorläufermasse (beispielsweise der Grünlinge) in den unterschiedlichsten Ofentypen wie beispielsweise beheizbare Umluftkammern (Umluftöfen, beispielsweise Umluftschachtöfen), Hordenöfen, Drehrohröfen, Bandkalzinierern oder Schachtöfen durchgeführt werden. Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt die thermische Behandlung (beispielsweise die Kalzination) in einer Bandkalziniervorrichtung, wie sie die DE 100 46 957 A1 und die WO 02/24620 empfehlen. Eine Heißpunktausbildung innerhalb des zu behandelnden Gutes (innerhalb des Kalzinationsgutes) wird dabei weitestgehend dadurch vermieden, dass mit Hilfe von Ventilatoren durch ein das Kalzinationsgut tragendes gasdurchlässiges Förderband erhöhte Volumenströme an Kalzinationsatmosphäre durch das Kalzinationsgut gefördert werden (diese gewährleisten eine möglichst einheitliche Kalzinationstemperatur im Kalzinationsgut). In principle, the thermal treatment (for example calcination) of the precursor mass (for example the green compacts) can be carried out in a wide variety of oven types such as heatable circulating air chambers (circulating air ovens, for example circulating air shaft ovens), tray ovens, rotary kilns, belt calciners or shaft ovens. According to the invention, the thermal treatment (for example calcination) takes place in a belt calcining device, as recommended by DE 100 46 957 A1 and WO 02/24620. A hot spot formation within the material to be treated (within the material to be calcined) is largely avoided by using fans to convey increased volume flows of calcination atmosphere through the material to be calcined through a gas-permeable conveyor belt carrying the material to be calcined (these ensure that the calcination temperature in the material to be calcined is as uniform as possible).
Im Rahmen der wie beschrieben durchzuführenden thermischen Behandlung der Vorläufermassen (beispielsweise der Grünlinge), können mitverwendete Formgebungshilfsmittel sowohl im resultierenden Katalysatorformkörper erhalten bleiben, als auch durch thermische und/oder chemische Zersetzung zu gasförmigen Verbindungen (z.B. CO, CO2) wenigstens teilweise gasförmig aus diesen entweichen. Im Katalysatorformkörper verbleibende Formgebungshilfsmittel wirken im Rahmen einer katalytischen Verwendung desselben in selbigem im Wesentlichen ausschließlich als die Aktivmasse verdünnend. Grundsätzlich kann die thermische Behandlung dies bezüglich wie in der US 2005/0131253 beschrieben erfolgen. As part of the thermal treatment of the precursor masses (for example the green compacts) to be carried out as described, the shaping aids used can be retained both in the resulting shaped catalyst body and at least partially in gaseous form from these by thermal and/or chemical decomposition to gaseous compounds (for example CO, CO 2 ). escape. When used catalytically, shaping aids remaining in the shaped catalyst body act essentially exclusively as diluting the active material. In principle, the thermal treatment can be carried out as described in US 2005/0131253.
In typischer Weise betragen die Seitendruckfestigkeiten von erfindungsgemäß wie beschrieben erhältlichen ringförmigen Vollkatalysatorformkörpern 4 bis 16 N, häufig 5 bis 14 N oder 6 bis 12 N. Typically, the lateral compressive strengths of annular solid catalyst moldings obtainable according to the invention as described are 4 to 16 N, often 5 to 14 N or 6 to 12 N.
Die spezifische (BET) Oberfläche Vollkatalysatorformkörper beträgt vorteilhaft 2 bis 20 m2/g beziehungsweise bis 15 m2/g, vorzugsweise 3 bis 10 m2/g und besonders bevorzugt 4 bis 8 m2/g. Das dazugehörige Porengesamtvolumen (Quecksilberporosimetrie) liegt dabei erfindungsgemäß vorteilhaft im Bereich von 0,33 bis 0,60 cm3/g, vorzugsweise im Bereich 0,36 bis 0,54 cm3/g und besonders bevorzugt im Bereich 0,38 bis 0,50 cm3/g. The specific (BET) surface area of the unsupported catalyst molding is advantageously 2 to 20 m 2 /g or up to 15 m 2 /g, preferably 3 to 10 m 2 /g and particularly preferably 4 to 8 m 2 /g. According to the invention, the associated total pore volume (mercury porosimetry) is advantageously in the range from 0.33 to 0.60 cm 3 /g, preferably in the range 0.36 to 0.54 cm 3 /g and particularly preferably in the range 0.38 to 0. 50 cm3 /g.
Trägt man auf der Abszisse den Porendurchmesser in pm auf und auf der Ordinate den Logarithmus des differentiellen Beitrags in cm3/g des jeweiligen Porendurchmessers zum Porengesamtvolumen in cm3/g, so zeigen erfindungsgemäß besonders günstige Vollkatalysatorformkörper in der Regel eine im Wesentlichen monomodale Verteilung (weist lediglich ein ausgeprägtes Maximum auf). Beträgt dabei der Beitrag von Poren mit einem Porenradius < 0,1 pm zum Porengesamtvolumen < 0,05 cm3/g, resultieren besonders gute Gesamtzielproduktselektivitäten (beispielsweise im Fall einer heterogen katalysierten partiellen Oxidation von Propen zu Acrolein und/oder Acrylsäure). Für den Fall, dass der Beitrag solcher, vergleichsweise enger Poren zum Gesamtporenvolumen > 0,05 cm3/g beträgt, kann durch eine Erhöhung der Kalzinationsdauer und/oder der Kalzinationstemperatur eine erfindungsgemäß vorteilhafte Minderung dieses Beitrags bewirkt werden. Darüber hinaus erweist es sich für eine erhöhte Gesamtzielproduktselektivität als vorteilhaft, wenn der Beitrag von Poren mit einem Porenradius im Bereich von 0,1 bis 1 pm zum Porengesamtvolumen, bezogen auf das Porengesamtvolumen, 85 bis 99 Vol.-%, vorteilhaft 87 bis 97 Vol.-%, besonders bevorzugt 89 bis 95 Vol.-% beträgt. If the pore diameter in pm is plotted on the abscissa and the logarithm of the differential contribution in cm 3 /g of the respective pore diameter to the total pore volume in cm 3 /g is plotted on the ordinate, solid catalyst moldings which are particularly favorable according to the invention generally show an essentially monomodal distribution ( only has a pronounced maximum). If the contribution of pores with a pore radius <0.1 pm to the total pore volume is <0.05 cm 3 /g, particularly good overall target product selectivities result (for example in the case of a heterogeneously catalyzed partial oxidation of propene to acrolein and/or acrylic acid). In the event that the contribution of such comparatively narrow pores to the total pore volume is >0.05 cm 3 /g, an advantageous reduction in this contribution according to the invention can be achieved by increasing the calcination time and/or the calcination temperature. In addition, it proves to be advantageous for increased overall target product selectivity if the contribution of pores with a pore radius in the range of 0.1 to 1 pm to the total pore volume, based on the total pore volume, is 85 to 99 vol.%, advantageously 87 to 97 vol .-%, particularly preferably 89 to 95 vol.%.
Selbstverständlich können die Vollkatalysatorformkörper auch mit inerten Materialien verdünnt zur Katalyse von heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidationen eingesetzt werden. Als solche inerten Verdünnungsmaterialien eignen sich unter anderen bei hohen Temperaturen gebrannte und dadurch vergleichsweise an Poren arme Elementoxide wie Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Thoriumdioxid und Zirkondioxid. Aber auch feinteiliges Siliciumcarbid oder feinteilige Silikate wie Magnesium- und Aluminiumsilikat oder Steatit können zum vorgenannten Zweck eingesetzt werden. Anwendungstechnisch vorteilhaft wird man dabei beispielsweise so vorgehen, dass die kalzinierte Aktivmasse zu einem feinteiligen Pulver gemahlen wird. Dieses wird dann mit feinteiligem Verdünnungsmaterial vermischt, und das dabei resultierende Mischpulver unter Anwendung eines in dieser Schrift vorgestellten Formgebungsverfahrens (vorzugsweise durch Tablettieren) zu einem geometrischen Formkörper geformt. Durch nachfolgendes nochmaliges Kalzinieren wird selbiger dann in den zugehörigen Vollkatalysatorformkörper transformiert. Selbstredend kann das feinteilige inerte Verdünnungsmaterial aber beispielsweise auch bereits in eine nasse (beispielsweise wässrige) Mischung M vorab deren Trocknung eingearbeitet werden. Des Weiteren kann eine Einarbeitung von feinteiligem inertem Verdünnungsmaterial in das feinteilige Trockengemisch hinein erfolgen. Solche Vorgehensweisen sind jedoch erfindungsgemäß weniger bevorzugt.Of course, the solid catalyst moldings can also be used diluted with inert materials to catalyze heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidations. Suitable such inert diluent materials include element oxides fired at high temperatures and therefore comparatively poor in pores, such as aluminum oxide, silicon dioxide, thorium dioxide and zirconium dioxide. But finely divided silicon carbide or finely divided silicates such as magnesium and aluminum silicate or steatite can also be used for the aforementioned purpose. In an application-wise advantageous manner, the procedure will be, for example, that the calcined active material is ground into a finely divided powder. This is then mixed with finely divided dilution material, and the resulting mixed powder is formed into a geometric shaped body using a shaping process presented in this document (preferably by tabletting). By subsequent further calcination, the same is then transformed into the associated solid catalyst molding. Of course, the finely divided inert dilution material can also, for example, be incorporated into a wet (for example aqueous) mixture M before it has dried. Furthermore, finely divided inert diluent material can be incorporated into the finely divided dry mixture. However, such procedures are less preferred according to the invention.
Insbesondere gemäß den beschriebenen vorteilhaften Herstellverfahren erzeugte Vollkatalysatorformkörper zeichnen sich dadurch aus, dass sie im Wesentlichen keine lokalen Zentren aus Elementoxiden aufweisen. Vielmehr sind diese Elemente weitestgehend Bestandteil komplexer, gemischter, Bi, Fe und Mo enthaltender Oxomolybdate. Dies hat sich im Hinblick auf eine erfindungsgemäß angestrebte Minimierung von erfindungsgemäß unerwünschter Vollverbrennung organischer Reaktionsgasgemischbestandteile im Rahmen der relevanten heterogen katalysierten Partialoxidationen als günstig erwiesen. In particular, solid catalyst moldings produced according to the described advantageous production processes are characterized by the fact that they have essentially no local centers of element oxides. Rather, these elements are largely part of complex, mixed oxomolybdates containing Bi, Fe and Mo. This has proven to be favorable with regard to the desired minimization of the undesirable complete combustion of organic reaction gas mixture components in the context of the relevant heterogeneously catalyzed partial oxidations.
Im Übrigen wird zur Herstellung von Vollkatalysatoren unter dem Aspekt einer möglichst effizienten Materialnutzung zweckmäßig wie in der WO 2010/066645 verfahren. Furthermore, for the production of solid catalysts, the procedure is expediently as in WO 2010/066645 from the perspective of the most efficient use of materials.
Erfindungsgemäße Vollkatalysatorformkörper eignen sich nicht nur zur Katalyse der heterogen katalysierten Partialoxidation von Propen zu Acrolein, sondern generell zu Katalyse von heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidationen von 3 bis 6 C-Atome aufweisenden Alkanen, Alkanolen, Alkenen und/oder Alkenalen (unter Partialoxidationen sollen dabei in dieser Schrift insbesondere solche Umsetzungen organischer Verbindungen unter reaktiver Einwirkung von molekularem Sauerstoff verstanden werden, bei denen die partiell zu oxidierende organische Verbindung nach beendeter Umsetzung wenigstens ein Sauerstoffatom mehr chemisch gebunden enthält als vor Durchführung der Partialoxidation). Der Begriff der partiellen Oxidation soll in dieser Schrift aber auch die oxidative Dehydrierung und die partielle Ammoxidation, d.h., eine partielle Oxidation im Beisein von Ammoniak, umfassen. Shaped solid catalyst bodies according to the invention are suitable not only for catalyzing the heterogeneously catalyzed partial oxidation of propene to acrolein, but generally for catalyzing heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidations of alkanes, alkanols, alkenes and / or alkenals containing 3 to 6 carbon atoms (partial oxidations are intended in this context). In particular, those reactions of organic compounds under the reactive action of molecular oxygen are understood to be understood in writing in which the organic compound to be partially oxidized contains at least one more chemically bound oxygen atom after the reaction has ended than before the partial oxidation was carried out). In this document, the term partial oxidation is also intended to include oxidative dehydrogenation and partial ammoxidation, i.e. partial oxidation in the presence of ammonia.
Besonders eignen sich erfindungsgemäße Vollkatalysatorformkörper zur Katalyse der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein, von iso-Buten zu Methacrolein sowie zur Katalyse der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenammoxidation von Propen zu Acrylnitril sowie von iso-Buten zu Methacryl nitril. Shaped solid catalyst bodies according to the invention are particularly suitable for catalyzing the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein, of iso-butene to methacrolein and for catalyzing the heterogeneously catalyzed partial gas phase ammoxidation of propene to acrylonitrile and of iso-butene to methacrylonitrile.
Wie bereits erwähnt bildet die heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von Propen (iso-Buten und/oder tert. Butanol) zu Acrolein (Methacrolein) die erste Stufe einer zweistufigen heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Propen (iso-Buten und/oder tert. Butanol) zu Acrylsäure (Methacrylsäure), wie es beispielhaft in der WO 2006/42459 beschrieben ist. As already mentioned, the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene (iso-butene and/or tert. butanol) to acrolein (methacrolein) forms the first stage of a two-stage heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene (iso-butene and/or tert. butanol) to acrylic acid (methacrylic acid), as described for example in WO 2006/42459.
Eine mit einer heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Propen (iso-Buten) zu Acrolein (Methacrolein) einhergehende Nebenproduktbildung an Acrylsäure (Methacrylsäure) ist daher in der Regel nicht unerwünscht und subsumiert normalerweise unter der erwünschten Wertproduktbildung. A by-product formation of acrylic acid (methacrylic acid) associated with a heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene (iso-butene) to acrolein (methacrolein) is therefore generally not undesirable and is usually subsumed under the desired formation of valuable products.
Das Vorgenannte gilt insbesondere für erfindungsgemäße ringförmige Vollkatalysatorformkörper. The aforementioned applies in particular to annular shaped solid catalyst bodies according to the invention.
Die heterogen katalysierte Partialoxidation (insbesondere diejenige von Propen zu Acrolein) kann dabei beispielsweise wie in den Schriften DE 102007 004961 A1, WO 02/49757, WO 02/24620, DE 102008 040093 A1, WO 2005/030393, EP 0 575 897 A1 , WO 2007/082827, WO 2005/113127, WO 2005/047224, WO 2005/042459, WO 2007/017431, DE 102008 042060 A1 , WO 2008/087116, DE 102010 048405 A1, DE 102009 047291 A1, DE 102008 042064 A1 , DE 10 2008 042061 A1 , WO 2015/067656 und DE 10 2008 040094 A1 für ähnliche Katalysatoren beschrieben durchgeführt werden (insbesondere kann dabei in entsprechender Weise wie in den beispielhaften Ausführungsformen dieser Schriften verfahren werden). The heterogeneously catalyzed partial oxidation (in particular that of propene to acrolein) can, for example, as in the documents DE 102007 004961 A1, WO 02/49757, WO 02/24620, DE 102008 040093 A1, WO 2005/030393, EP 0 575 897 A1, WO 2007/082827, WO 2005/113127, WO 2005/047224, WO 2005/042459, WO 2007/017431, DE 102008 042060 A1, WO 2008/087116, DE 102010 048405 A1, DE 102009 047291 A1, DE 102008 042064 A1, DE 10 2008 042061 A1, WO 2015/067656 and DE 10 2008 040094 A1 for similar catalysts can be carried out (in particular, the procedure can be carried out in a corresponding manner as in the exemplary embodiments of these documents).
Die Vorteilhaftigkeit von wie beschrieben erhältlichen (insbesondere den ringförmigen) Vollkatalysatorformkörpern, liegt aber auch dann vor, wenn die Belastung der Katalysatorbeschickung eines Reaktors mit im Reaktionsgaseingangsgemisch enthaltenem Propen, iso-Buten und/oder tert. Butanol (beziehungsweise dessen Methylether) > 130 Nl/I Katalysatorbeschickung • h, oder > 140 Nl/I h, oder > 150 Nl/I h, oder > 160 Nl/I h beträgt (Vor- und/oder Nachschüttungen aus reinem Inertmaterial werden bei Belastungsbetrachtungen in dieser Schrift nicht als zur Katalysatorbeschickung gehörig betrachtet; das Volumen der Katalysatorbeschickung (des Katalysatorfestbetts) ist im Übrigen deren Schüttvolumen im Reaktor befindlich). Im Normalfall wird die vorgenannte Belastung der Katalysatorbeschickung < 600 Nl/I h, häufig < 500 Nl/I h, vielfach < 400 Nl/I h oder < 350 Nl/I h betragen. Belastungen im Bereich von > 160 Nl/I h oder > 180 Nl/I h bis < 300 beziehungsweise < 250 oder < 200 Nl/I h sind besonders zweckmäßig. However, the advantage of solid catalyst moldings available as described (in particular the annular) is also present when the catalyst charge to a reactor is loaded with propene, isobutene and/or tert contained in the reaction gas input mixture. Butanol (or its methyl ether) > 130 Nl/l catalyst charge • h, or > 140 Nl/l h, or > 150 Nl/l h, or > 160 Nl/l h (pre- and/or post-fills made of pure inert material When considering the load in this document, it is not considered to be part of the catalyst charge; the volume of the catalyst charge (of the fixed catalyst bed) is also the bulk volume of the catalyst charge located in the reactor). Normally, the aforementioned load on the catalyst feed will be <600 Nl/I h, often <500 Nl/I h, often <400 Nl/I h or <350 Nl/I h. Loads in the range of > 160 Nl/I h or > 180 Nl/I h to < 300 or < 250 or < 200 Nl/I h are particularly useful.
Unter der Belastung eines Katalysatorfestbetts mit Reaktionsgaseingangsgemisch wird in dieser Schrift die Menge an Reaktionsgaseingangsgemisch in Normlitern (= NI; das Volumen in Litern, das die entsprechende Reaktionsgaseingangsgemischmenge bei den Normbedingungen 0 °C und 1 atm (1,01 bar) einnehmen würde) verstanden, die dem Katalysatorfestbett, bezogen auf das Volumen seiner Schüttung (Schüttungsabschnitte aus reinem Inertmaterial werden nicht mit einbezogen), das heißt, auf sein Schüttvolumen, pro Stunde zugeführt wird (-> Einheit = Nl/I h). Die Normvolumeneinheiten wie NI oder Nm3 beziehen sich in dieser Schrift stets (sofern nicht etwas anderes ausdrücklich erwähnt ist) auf die Normbedingungen 0 °C und 1 atm (1 ,01 bar). In this document, the load on a fixed catalyst bed with reaction gas input mixture is understood to mean the amount of reaction gas input mixture in standard liters (= NI; the volume in liters that the corresponding amount of reaction gas input mixture would occupy under the standard conditions of 0 ° C and 1 atm (1.01 bar)), which is fed to the fixed catalyst bed, based on the volume of its bed (bed sections made of pure inert material are not included), that is, on its bed volume, per hour (-> unit = Nl / I h). The standard volume units such as NI or Nm 3 in this document always refer to the standard conditions of 0 °C and 1 atm (1.01 bar) (unless otherwise expressly stated).
Die Belastung kann auch nur auf einen Bestandteil des Reaktionsgaseingangsgemischs bezogen sein (beispielsweise nur auf die partiell zu oxidierende organische Ausgangsverbindung). Dann ist es die Volumenmenge dieses Bestandteils (beispielsweise der organischen Ausgangsverbindung der Partialoxidation), die dem Katalysatorfestbett (der Katalysatorbeschickung des Reaktors), bezogen auf das Volumen seiner Schüttung, pro Stunde zugeführt wird. The load can also be based only on one component of the reaction gas input mixture (for example only on the organic starting compound to be partially oxidized). Then it is the volume of this component (for example the organic starting compound of the partial oxidation) that is fed to the fixed catalyst bed (the catalyst feed of the reactor), based on the volume of its bed, per hour.
Selbstverständlich können erfindungsgemäß erhältliche (beispielsweise ringförmige) Vollkatalysatorformkörper als Katalysatoren für die Partialoxidation von Propen zu Acrolein bzw. von iso-Buten und/oder tert. Butanol (beziehungsweise dessen Methylether) zu Methacrolein auch bei Belastungen der Katalysatorbeschickung mit der partiell zu oxidierenden Ausgangsverbindung von < 130 Nl/I h, oder < 120 Nl/I h, oder < 110 Nl/I h, oder < 100 Nl/I h, oder < 90 Nl/I h in erfindungsgemäß vorteilhafter Weise betrieben werden. In der Regel wird diese Belastung jedoch bei Werten > 20 Nl/I h, oder > 30 Nl/I h, oder > 40 Nl/I h, oder > 50 Nl/I h, oder > 60 Nl/I h, oder > 70 Nl/I h, oder > 80 Nl/I h liegen. Of course, unsupported catalyst bodies available according to the invention (for example ring-shaped) can be used as catalysts for the partial oxidation of propene to acrolein or of iso-butene and/or tert. Butanol (or its methyl ether) to methacrolein even when the catalyst charge is loaded with the starting compound to be partially oxidized of <130 Nl/I h, or <120 Nl/I h, or <110 Nl/I h, or <100 Nl/I h, or <90 Nl/I h be operated in an advantageous manner according to the invention. As a rule, however, this load is at values > 20 Nl/I h, or > 30 Nl/I h, or > 40 Nl/I h, or > 50 Nl/I h, or > 60 Nl/I h, or > 70 Nl/I h, or > 80 Nl/I h.
Prinzipiell kann die Belastung der Katalysatorbeschickung eines Reaktors (eines Katalysatorfestbetts) mit der partiell zu oxidierenden Ausgangsverbindung (Propen, iso-Buten und/oder tert. Butanol (beziehungsweise dessen Methylether)) über zwei Stellschrauben eingestellt werden: a) die Belastung der Katalysatorbeschickung mit Reaktionsgaseingangsgemisch (das Reaktionsgasgemisch, das dem Katalysatorfestbett zugeführt wird), und/oder b) den Gehalt des Reaktionsgaseingangsgemischs mit der partiell zu oxidierenden Ausgangsverbindung. In principle, the load on the catalyst feed of a reactor (a fixed catalyst bed) with the starting compound to be partially oxidized (propene, iso-butene and/or tert. butanol (or its methyl ether)) can be adjusted using two adjusting screws: a) the load on the catalyst feed with reaction gas input mixture (the reaction gas mixture that is fed to the fixed catalyst bed), and / or b) the content of the reaction gas input mixture with the starting compound to be partially oxidized.
Die erfindungsgemäß erhältlichen (beispielsweise ringförmigen) Vollkatalysatorformkörper eignen sich insbesondere auch dann, wenn bei oberhalb von 130 Nl/I h liegenden Belastungen der Katalysatorbeschickung mit der partiell zu oxidierenden organischen Verbindung die Belastungseinstellung vor allem über die vorgenannte Stellschraube a) erfolgt. The (for example ring-shaped) solid catalyst moldings obtainable according to the invention are particularly suitable if, when the load on the catalyst charge with the organic compound to be partially oxidized is above 130 Nl / l h, the load is adjusted primarily via the aforementioned adjusting screw a).
Im Regelfall wird beispielsweise der Propenanteil (iso-Butenanteil bzw. tert. Butanolanteil (bzw. der Methyletheranteil)) im Reaktionsgaseingangsgemisch im Wesentlichen unabhängig von der Belastung der Katalysatorbeschickung 4 bis 10 Vol.-%, häufig 5 bis 9 Vol.-%, oder 5,5 bis 8,0 Vol.-%, oder 6,0 bis 7,5 Vol.-% betragen (jeweils bezogen auf das (den) dem Katalysatorfestbett zuströmenden Gesamtvolumen(strom) des Reaktionsgaseingangsgemischs). As a rule, for example, the propene content (iso-butene content or tert. butanol content (or the methyl ether content)) in the reaction gas input mixture is 4 to 10% by volume, often 5 to 9% by volume, essentially independently of the load on the catalyst feed 5.5 to 8.0% by volume, or 6.0 to 7.5% by volume (in each case based on the total volume (stream) of the reaction gas input mixture flowing into the fixed catalyst bed).
Häufig wird man das Gasphasenpartialoxidationsverfahren der mit den wie beschrieben erhältlichen erfindungsgemäßen (beispielsweise ringförmigen) Vollkatalysatorformkörpern katalysierten Partialoxidation (im Wesentlichen unabhängig von der Belastung) bei einem partiell zu oxidierende (organische) Verbindung (beispielsweise Propen): Sauerstoff : indifferente (inerte) Gase (einschließlich Wasserdampf) Volumenverhältnis im Reaktionsgaseingangsgemisch von 1 :(1 ,0 bis 3,0):(5 bis 25), vorzugsweise 1 :(1 ,5 bis 2,3):(10 bis 20), durchführen. The gas phase partial oxidation process of the partial oxidation (essentially independent of the load) catalyzed with the (for example ring-shaped) solid catalyst bodies according to the invention available as described is often used with an (organic) compound to be partially oxidized (for example propene): oxygen: indifferent (inert) gases (including Water vapor) volume ratio in the reaction gas input mixture of 1:(1.0 to 3.0):(5 to 25), preferably 1:(1.5 to 2.3):(10 to 20).
Unter indifferenten Gasen (oder auch Inertgasen) werden dabei solche Gase verstanden, die im Verlauf der Partialoxidation beim einmaligen Durchgang des Reaktionsgasgemischs durch das Katalysatorbett zu wenigstens 95 mol-%, vorzugsweise zu wenigstens 98 mol-% chemisch unverändert erhalten bleiben. Indifferent gases (or inert gases) are understood to be those gases which remain chemically unchanged to the extent of at least 95 mol%, preferably at least 98 mol%, during the course of the partial oxidation when the reaction gas mixture passes through the catalyst bed once.
Bei den vorstehend beschriebenen Reaktionsgaseingangsgemischen kann das indifferente Gas zu > 20 Vol.-%, oder zu > 30 Vol.-%, oder zu > 40 Vol.-%, oder zu In the reaction gas input mixtures described above, the indifferent gas can be >20% by volume, or >30% by volume, or >40% by volume, or
> 50 Vol.-%, oder zu > 60 Vol.-%, oder zu > 70 Vol.-%, oder zu > 80 Vol.-%, oder zu > 50 vol.-%, or > 60 vol.-%, or > 70 vol.-%, or > 80 vol.-%, or too
> 90 Vol.-%, oder zu > 95 Vol.-% aus molekularem Stickstoff bestehen. > 90% by volume, or > 95% by volume of molecular nitrogen.
Bei höheren Belastungen der Katalysatorbeschickung des Reaktors mit der partiell zu oxidierenden organischen Verbindung (beispielsweise von > 150 Nl/I h) ist jedoch die Mitverwendung von erhöhte molare Wärmen und/oder Wärmeleitfähigkeiten aufweisenden inerten Verdünnungsgasen wie Propan, Ethan, Methan, Pentan, Butan, CO2, CO, Wasserdampf und/oder Edelgasen für das Rektionsgaseingangsgemisch empfehlenswert (jedoch nicht zwingend). Generell können diese inerten Gase und ihre Gemische aber auch bereits bei geringeren Belastungen der Katalysatorbeschickung mit der partiell zu oxidierenden organischen Verbindung eingesetzt werden. Auch kann Kreisgas als Verdünnungsgas mitverwendet werden. Unter Kreisgas wird das Restgas verstanden, das verbleibt, wenn man aus dem Produktgasgemisch der Partialoxidation die Zielverbindung im Wesentlichen selektiv abtrennt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Partialoxidationen zu Acrolein oder Methacrolein mit den erfindungsgemäß erhältlichen, beispielsweise ringförmigen, Vollkatalysatorformkörpern nur die erste Stufe einer zweistufigen Partialoxidation zu Acrylsäure oder Methacrylsäure als den eigentlichen Zielverbindungen sein können, so dass die Kreisgasbildung dann meist erst nach der zweiten Stufe erfolgt (typische Kreisgaszusammensetzungen für den Fall einer heterogen katalysierten Partialoxidation von Propen zu Acrolein und/oder Acrylsäure zeigt die DE 102 32 482 A1 in ihren Absätzen [0063] und [0075]). Im Rahmen einer solchen zweistufigen Partialoxidation wird in der Regel das Produktgasgemisch der ersten Stufe als solches, gegebenenfalls nach Abkühlung und/oder Sekundärsauerstoffzugabe (in der Regel als Luft), der zweiten Partialoxidationsstufe zugeführt.However, at higher loads on the catalyst feed of the reactor with the organic compound to be partially oxidized (for example > 150 Nl / l h), the use of inert diluent gases with increased molar heats and / or thermal conductivities such as propane, ethane, methane, pentane, butane, CO2, CO, water vapor and/or noble gases are recommended for the reaction gas input mixture (but not mandatory). In general, these inert gases and their mixtures can also be used at lower loads on the catalyst feed with the organic compound to be partially oxidized. Cycle gas can also be used as diluent gas. Cycle gas is understood to mean the residual gas that remains when essentially selectively separating the target compound from the product gas mixture of the partial oxidation. It should be taken into account that the partial oxidations to acrolein or methacrolein with the, for example ring-shaped, solid catalyst bodies available according to the invention can only be the first stage of a two-stage partial oxidation to acrylic acid or methacrylic acid as the actual target compounds, so that the recycle gas formation usually only occurs after the second stage (typical cycle gas compositions for the case of a heterogeneously catalyzed partial oxidation of propene to acrolein and / or acrylic acid are shown in DE 102 32 482 A1 in its paragraphs [0063] and [0075]). As part of such a two-stage partial oxidation, the product gas mixture from the first stage as such is generally fed to the second partial oxidation stage, optionally after cooling and/or addition of secondary oxygen (usually as air).
Bei der Partialoxidation von Propen zu Acrolein, unter Anwendung der wie beschrieben erhältlichen erfindungsgemäßen (beispielsweise ringförmigen) Vollkatalysatorformkörpern, kann eine typische Zusammensetzung des Reaktionsgaseingangsgemischs gemessen am Reaktoreingang (unabhängig von der gewählten Belastung) beispielsweise die nachfolgenden Komponenten enthalten In the partial oxidation of propene to acrolein, using the (for example ring-shaped) unsupported catalyst bodies according to the invention available as described, a typical composition of the reaction gas input mixture measured at the reactor inlet (regardless of the selected load) can contain, for example, the following components
6 bis 6,5 Vol.-% Propen, 6 to 6.5 vol.% propene,
1 bis 3,5 Vol.-% H2O, 0,8 bis 1 ,7 Vol.-% COx, 0,015 bis 0,04 Vol. -% Acrolein, 1 to 3.5% by volume H 2 O, 0.8 to 1.7% by volume COx, 0.015 to 0.04% by volume acrolein,
9,4 bis 12,3 Vol.-% Sauerstoff und als Restmenge zu 100 Vol.-% molekularer Stickstoff; oder 9.4 to 12.3% by volume of oxygen and the remaining amount of 100% by volume of molecular nitrogen; or
5,6 Vol.-% Propen, 5.6 vol.% propene,
1,4 Vol. -% H2O. 1.4% by volume H2O .
1,2 Vol. -% COx, 1.2 vol. -% COx,
10,2 Vol. -% Sauerstoff und als Restmenge zu 100 Vol.-% molekularer Stickstoff; 10.2% by volume of oxygen and the remaining amount of 100% by volume of molecular nitrogen;
Erstere Zusammensetzungen eignen sich insbesondere bei Propenbelastungen von > 130 Nl/I h und letztere Zusammensetzung insbesondere bei Propenbelastungen < 130 Nl/I h, insbesondere < 100 Nl/I h (beispielsweise zur Inbetriebnahme der Partialoxidation) des Katalysatorfestbetts. The former compositions are particularly suitable for propene loads of > 130 Nl / l h and the latter composition is particularly suitable for propene loads of < 130 Nl / l h, in particular < 100 Nl / l h (for example for starting the partial oxidation) of the fixed catalyst bed.
Alternativ können auch Reaktionsgaseingangsgemische der Zusammensetzung gemäß Example 1 der EP 0 990636 A1 , oder gemäß Example 2 der EP 0 990 636 A1 , oder gemäß Example 3 der EP 1 106 598 A2, oder gemäß Example 26 der EP 1 106 598 A2, oder gemäß Example 53 der EP 1 106 598 A2, oder gemäß en Beispielen der WO 2021/013640 für eine erfindungsgemäße Propenpartialoxidation zu Acrolein verwendet werden. Alternatively, reaction gas input mixtures of the composition according to Example 1 of EP 0 990636 A1, or according to Example 2 of EP 0 990 636 A1, or according to Example 3 of EP 1 106 598 A2, or according to Example 26 of EP 1 106 598 A2, or according to Example 53 of EP 1 106 598 A2, or according to examples of WO 2021/013640 for a propene partial oxidation according to the invention to acrolein.
Auch eignen sich die wie beschrieben erhältlichen erfindungsgemäßen, beispielsweise ringförmigen, Vollkatalysatorformkörper, für die Verfahren der DE 102 46 119 A1 bzw. DE 102 45 585 A1. The inventive, for example annular, solid catalyst moldings available as described are also suitable for the processes of DE 102 46 119 A1 and DE 102 45 585 A1.
Die Reaktionstemperatur für eine erfindungsgemäße heterogen katalysierte Propenpartialoxidation zu Acrolein liegt bei Verwendung der wie beschrieben erhältlichen erfindungsgemäßen (beispielsweise ringförmigen) Vollkatalysatorformkörpern häufig bei 300 bis 450°C, oder bis 400°C, bzw. bis 380°C. Ein besonders bevorzugtes Reaktionstemperaturfenster beträgt 305 bis 345°C.Das Gleiche trifft im Fall von Methacrolein als Zielverbindung zu. Der Reaktionsdruck liegt für die vorgenannten Partialoxidationen in der Regel bei 0,5 bis 4 beziehungsweise bis 3 bar, beziehungsweise vorzugsweise bei 1,1 oder 1 ,5 bis 4 beziehungsweise bis 3 bar (gemeint sind in dieser Schrift, soweit nicht ausdrücklich etwas anderes erwähnt ist, stets Absolutdrucke). The reaction temperature for a heterogeneously catalyzed propene partial oxidation to acrolein according to the invention is often 300 to 450 ° C, or up to 400 ° C, or up to 380 ° C when using the (for example ring-shaped) unsupported catalyst bodies according to the invention available as described. A particularly preferred reaction temperature window is 305 to 345 ° C. The same applies in the case of methacrolein as the target compound. The reaction pressure for the aforementioned partial oxidations is generally 0.5 to 4 or up to 3 bar, or preferably 1.1 or 1.5 to 4 or up to 3 bar (this is what is meant in this document, unless expressly stated otherwise is, always absolute pressures).
Die Gesamtbelastung der Katalysatorbeschickung mit Reaktionsgaseingangsgemisch beläuft sich bei den vorgenannten erfindungsgemäßen Partialoxidationen typisch auf 1000 bis 10000 Nl/l-h, meist auf 1500 bis 5000 Nl/I h und oft auf 2000 bis 4000 Nl/I h. The total load on the catalyst feed with reaction gas input mixture in the aforementioned partial oxidations according to the invention is typically 1000 to 10,000 Nl/l-h, usually 1500 to 5000 Nl/l h and often 2000 to 4000 Nl/l h.
Als im Reaktionsgaseingangsgemisch zu verwendendes Propen kommen vor allem polymer grade Propen und chemical grade Propen in Betracht, wie es beispielsweise die WO 2004/007405 beschreibt. The propene to be used in the reaction gas input mixture is primarily polymer grade propene and chemical grade propene, as described, for example, in WO 2004/007405.
Als Sauerstoffquelle wird normalerweise Luft (gegebenenfalls gemeinsam mit Kreisgas) eingesetzt. Air is normally used as the oxygen source (if necessary together with cycle gas).
Die Partialoxidation in Anwendung der wie beschrieben erhältlichen erfindungsgemäßen (beispielsweise den ringförmigen) Vollkatalysatorformkörpern kann im einfachsten Fall beispielsweise in einem Einzonen- ielkontaktrohr-Festbettreaktor durchgeführt werden, wie ihn die DE 44 31 957 A1, die EP 0 700 714 A1 und die EP 0 700 893 A1 beschreiben. In the simplest case, the partial oxidation using the inventive (for example the ring-shaped) solid catalyst bodies available as described can be carried out in the simplest case, for example, in a single-zone contact tube fixed-bed reactor, such as DE 44 31 957 A1, EP 0 700 714 A1 and EP 0 700 893 A1 describe.
Üblicherweise sind in den vorgenannten Rohrbündelreaktoren die Kontaktrohre aus ferritischem Stahl gefertigt und weisen in typischer Weise eine Wanddicke von 1 bis 3 mm auf. Ihr Innendurchmesser beträgt in der Regel 20 bis 30 mm, häufig 21 bis 26 mm. Eine typische Kontaktrohrlänge beläuft sich beispielsweise auf 3,50 m, 4,00 m oder 4,50 m. Zweckmäßig beläuft sich die im Rohrbündelbehälter untergebrachte Anzahl an Kontaktrohren auf wenigstens 1000, vorzugsweise auf wenigstens 5000. Häufig beträgt die Anzahl der im Reaktionsbehälter untergebrachten Kontaktrohre 15000 bis 40000. Rohrbündelreaktoren mit einer oberhalb von 45000 liegenden Anzahl an Kontaktrohren bilden eher die Ausnahme. Innerhalb des Behälters sind die Kontaktrohre im Normalfall homogen verteilt angeordnet, wobei die Verteilung zweckmäßig so gewählt wird, dass der Abstand der zentrischen Innenachsen von zueinander nächstliegenden Kontaktrohren (die sogenannte Kontaktrohrteilung) 35 bis 45 mm beträgt (vgl. EP 0 468290 B1). Typically, in the aforementioned tube bundle reactors, the contact tubes are made of ferritic steel and typically have a wall thickness of 1 to 3 mm. Their inner diameter is usually 20 to 30 mm, often 21 to 26 mm. A typical contact tube length is, for example, 3.50 m, 4.00 m or 4.50 m. The number of contact tubes accommodated in the tube bundle container is expediently at least 1000, preferably at least 5000. The number of contact tubes accommodated in the reaction container is often 15,000 to 40,000. Tube bundle reactors with a number of contact tubes above 45,000 are rather the exception. Within the container, the contact tubes are normally arranged in a homogeneous distribution, the distribution being expediently chosen so that the distance between the central inner axes of contact tubes that are closest to one another (the so-called contact tube pitch) is 35 to 45 mm (cf. EP 0 468290 B1).
Die Partialoxidation kann aber auch in einem Mehrzonen (beispielsweise „Zwei-Zonen“)- Vielkontaktrohr-Festbettreaktor durchgeführt werden, wie es die DE 199 10 506 A1 , die DE 103 13213 A1, die DE 103 13208 A1 und die EP 1 106 598 A2 insbesondere bei erhöhten Belastungen der Katalysatorbeschickung des Vielkontaktrohrreaktors mit der partiell zu oxidierenden organischen Verbindung empfehlen. Eine typische Kontaktrohrlänge im Fall eines Zweizonen-Vielkontaktrohr-Festbettreaktors beträgt 3,50 m, 4,00 m oder 4,50 m. Alles andere gilt im Wesentlichen wie beim Einzonen-Vielkontaktrohr-Festbettreaktor beschrieben. Um die Kontaktrohre, innerhalb derer sich die Katalysatorbeschickung (das Katalysatorfestbett) befindet, wird in jeder Temperierzone (der Einzonen-Vielkontaktrohrreaktor-Festbettreaktor weist nur eine Temperierzone auf) des Einzonen- oder Mehrzonen- Vielkontaktrohr- Festbettreaktors ein Wärmeaustauschmittel geführt. Als solches eignen sich beispielsweise Schmelzen von Salzen wie Kaliumnitrat, Kaliumnitrit, Natriumnitrit und/oder Natriumnitrat, oder von niedrig schmelzenden Metallen wie Natrium, Quecksilber sowie Legierungen verschiedener Metalle. Die Fließgeschwindigkeit des Wärmeaustauschmittels innerhalb der jeweiligen Temperierzone wird in der Regel so gewählt, dass die Temperatur des Wärmeaustauschmittels von der Eintrittsstelle in die Temperierzone bis zur Austrittstelle aus der Temperierzone um 0 bis 15°C, häufig 1 bis 10°C, oder 2 bis 8°C, oder 3 bis 6°C ansteigt. Die Eingangstemperatur des Wärmeaustauschmittels, das, über die jeweilige Temperierzone betrachtet, im Gleichstrom oder im Gegenstrom zum Reaktionsgasgemisch geführt werden kann, wird vorzugsweise wie in den Schriften EP 1 106 598 A2, DE 19948 523 A1, DE 19948 248 A1 , DE 103 13 209 A1 , EP 0 700 714 A1, DE 103 13208 A1, DE 103 13213 A1 , WO 00/53557, WO 00/53558, WO 01/36364, WO 00/53557 sowie den anderen in diesen Schriften als Stand der Technik zitierten Schriften empfohlen gewählt. Innerhalb der Temperierzone wird das Wärmeaustauschmittel bevorzugt mäanderförmig geführt. Der Unterschied zwischen der höchsten und der tiefsten Temperatur des sich innerhalb einer Temperierzone befindlichen Wärmeaustauschmittels sollte, über denjenigen Längsabschnitt der Temperierzone, in welchem sich ein katalytisch aktiver (keine reine Inertschüttung) Abschnitt des Katalysatorfestbetts befindet, betrachtet, vorteilhaft > 0°C und < 5°C betragen (vorzugsweise ist dieser Unterschied klein). In der Regel verfügt der Vielkontaktrohr-Festbettreaktor zusätzlich über Thermorohre zur Bestimmung der Temperatur des Reaktionsgases im Katalysatorbett (Thermorohre und Reaktionsrohre sind mit dem gleichen Festbett beschickt). In zweckmäßiger Weise wird der Innendurchmesser der Thermorohre und der Durchmesser der in diesen zentriert innen liegenden und parallel zur Längsachse des Thermorohres verlaufenden Aufnahmehülse (Thermohülse) für das Thermoelement so gewählt, dass das Verhältnis von Reaktionswärme entwickelndem Volumen zu Wärme abführender Oberfläche bei Thermorohren und Arbeitsrohren gleich oder nur geringfügig voneinander verschieden ist. However, the partial oxidation can also be carried out in a multi-zone (for example "two-zone") multi-contact tube fixed-bed reactor, as described in DE 199 10 506 A1, DE 103 13213 A1, DE 103 13208 A1 and EP 1 106 598 A2 particularly recommended in the case of increased loads on the catalyst feed of the multi-contact tube reactor with the organic compound to be partially oxidized. A typical contact tube length in the case of a two-zone multi-contact tube fixed-bed reactor is 3.50 m, 4.00 m or 4.50 m. Everything else essentially applies as described for the single-zone multi-contact tube fixed-bed reactor. A heat exchange medium is passed around the contact tubes within which the catalyst charge (the fixed catalyst bed) is located in each temperature control zone (the single-zone multi-contact tube fixed-bed reactor has only one temperature control zone) of the single-zone or multi-zone multi-contact tube fixed-bed reactor. Suitable as such are, for example, melts of salts such as potassium nitrate, potassium nitrite, sodium nitrite and/or sodium nitrate, or low-melting metals such as sodium, mercury and alloys of various metals. The flow rate of the heat exchange medium within the respective temperature control zone is usually selected so that the temperature of the heat exchange medium from the entry point into the temperature control zone to the exit point from the temperature control zone is 0 to 15 ° C, often 1 to 10 ° C, or 2 to 8 °C, or 3 to 6°C rises. The inlet temperature of the heat exchange medium, which, viewed via the respective temperature control zone, can be conducted in cocurrent or countercurrent to the reaction gas mixture, is preferably as in the documents EP 1 106 598 A2, DE 19948 523 A1, DE 19948 248 A1, DE 103 13 209 A1, EP 0 700 714 A1, DE 103 13208 A1, DE 103 13213 A1, WO 00/53557, WO 00/53558, WO 01/36364, WO 00/53557 and the other documents cited in these documents as prior art are recommended chosen. Within the temperature control zone, the heat exchange medium is preferably guided in a meandering manner. The difference between the highest and the lowest temperature of the heat exchange medium located within a temperature control zone should, when viewed over that longitudinal section of the temperature control zone in which there is a catalytically active (not a pure inert bed) section of the fixed catalyst bed, advantageously be > 0 ° C and < 5 °C (preferably this difference is small). As a rule, the multi-contact tube fixed bed reactor also has thermal tubes for determining the temperature of the reaction gas in the catalyst bed (thermal tubes and reaction tubes are charged with the same fixed bed). The inner diameter of the thermal tubes and the diameter of the receiving sleeve (thermal sleeve) for the thermocouple, which is centered inside them and runs parallel to the longitudinal axis of the thermal tube, is expediently chosen so that the ratio of the volume developing reaction heat to the heat-dissipating surface is the same for thermal tubes and working tubes or only slightly different from each other.
Der Druckverlust sollte bei Arbeitsrohren und Thermorohren, bezogen auf gleiche GHSV (= Stärke des in das Rohr eintretenden Volumenstroms des Reaktionsgasgemischs geteilt durch das Schüttvolumen des im Rohr befindlichen Katalysatorfestbetts), gleich sein. Ein Druckverlustausgleich beim Thermorohr kann beispielsweise durch Zusatz von versplittetem Katalysator zu den Vollkatalysatorformkörpern erfolgen. Dieser Ausgleich erfolgt zweckmäßig über die gesamte Thermorohrlänge homogen. Im Übrigen kann die Befüllung von Thermorohren wie in der EP 0 873 783 A1 beschrieben gestaltet werden. The pressure loss should be the same for working tubes and thermal tubes, based on the same GHSV (= strength of the volume flow of the reaction gas mixture entering the tube divided by the bulk volume of the fixed catalyst bed in the tube). Pressure loss compensation in the thermal tube can be achieved, for example, by adding split catalyst to the solid catalyst moldings. This compensation is expediently carried out homogeneously over the entire length of the thermal tube. Furthermore, the filling of thermal tubes can be designed as described in EP 0 873 783 A1.
Zur Bereitung der Katalysatorbeschickung in den Kontaktrohren können, wie bereits erwähnt, nur wie beschrieben erhältliche (beispielsweise ringförmige) Vollkatalysatorformkörper oder beispielsweise auch weitgehend homogene Gemische aus wie beschrieben erhältlichen (beispielsweise ringförmigen) Vollkatalysatorformkörper und keine Aktivmasse aufweisenden, sich bezüglich der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation im Wesentlichen inert verhaltenden Formkörpern verwendet werden. Als Materialien für solche inerten Formkörper kommen beispielsweise poröse oder nicht poröse Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Zirkondioxid, Siliciumcarbid, Silikate wie Magnesium- oder Aluminiumsilikat und/oder Steatit (beispielsweise vom Typ C220 der Fa. CeramTec, DE) in Betracht. To prepare the catalyst charge in the contact tubes, as already mentioned, only (for example ring-shaped) solid catalyst moldings available as described or, for example, largely homogeneous mixtures of (for example ring-shaped) solid catalyst moldings available as described and which do not contain any active material, can be used with respect to the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation Essentially inert shaped bodies are used. Possible materials for such inert molded bodies are, for example, porous or non-porous aluminum oxides, silicon dioxide, zirconium dioxide, silicon carbide, silicates such as magnesium or aluminum silicate and/or steatite (for example type C220 from CeramTec, DE).
Die Geometrie von solchen inerten Verdünnungsformkörpern ist beliebig. Das heißt, es können beispielsweise Kugeln, Polygone, Vollzylinder oder auch, wie beispielsweise im Fall ringförmiger Katalysatorformkörper, Ringe sein. Häufig wird man als inerte Verdünnungsformkörper solche wählen, deren Geometrie derjenigen der mit ihnen zu verdünnenden Katalysatorformkörper entspricht. Längs der Katalysatorbeschickung können aber auch die Geometrie des Katalysatorformkörpers gewechselt oder Katalysatorformkörper unterschiedlicher Geometrie in weitgehend homogener Abmischung eingesetzt werden. In einer weniger bevorzugten Vorgehensweise kann auch die Aktivmasse des Katalysatorformkörpers längs der Katalysatorbeschickung verändert werden. The geometry of such inert dilution moldings is arbitrary. This means that they can be, for example, spheres, polygons, solid cylinders or, for example in the case of annular shaped catalyst bodies, rings. The inert dilution moldings chosen are those whose geometry corresponds to that of the catalyst moldings to be diluted with them. However, the geometry of the shaped catalyst body can also be changed along the catalyst charge or shaped catalyst bodies of different geometries can be used in a largely homogeneous mixture. In a less preferred procedure, the active mass of the shaped catalyst body can also be changed along the catalyst charge.
Ganz generell wird die Katalysatorbeschickung mit Vorteil so gestaltet, dass die volumenspezifische (das heißt, die auf die Einheit des Volumens normierte) Aktivität in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemischs entweder konstant bleibt oder zunimmt (kontinuierlich, sprunghaft oder stufenförmig). In general, the catalyst feed is advantageously designed in such a way that the volume-specific activity (that is, the activity normalized to the unit of volume) either remains constant or increases (continuously, abruptly or stepwise) in the direction of flow of the reaction gas mixture.
Eine Verringerung der volumenspezifischen Aktivität kann in einfacher Weise beispielsweise dadurch erzielt werden, dass man eine Grundmenge von erfindungsgemäß einheitlich hergestellten (beispielsweise ringförmigen) Vollkatalysatorformkörpern mit inerten Verdünnungsformkörpern homogen verdünnt. Je höher der Anteil der Verdünnungsformkörper gewählt wird, desto geringer ist die in einem bestimmten Volumen der Beschickung enthaltene Aktivmasse beziehungsweise Katalysatoraktivität. Eine Verringerung kann aber auch dadurch erzielt werden, dass man die Geometrie der erfindungsgemäß erhältlichen Vollkatalysatorformkörper so verändert, dass die in der Einheit des Reaktionsrohrinnenvolumens enthaltene Aktivmassenmenge kleiner wird. A reduction in the volume-specific activity can be achieved in a simple manner, for example, by using a basic amount of uniform according to the invention produced (for example ring-shaped) solid catalyst moldings are homogeneously diluted with inert diluent moldings. The higher the proportion of diluent shaped bodies selected, the lower the active material or catalyst activity contained in a certain volume of the feed. However, a reduction can also be achieved by changing the geometry of the shaped solid catalyst bodies obtainable according to the invention in such a way that the amount of active material contained in the unit of the reaction tube internal volume becomes smaller.
Für die heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidationen mit wie beschrieben erhältlichen (beispielsweise ringförmigen) Vollkatalysatorformkörpern wird die Katalysatorbeschickung vorzugsweise entweder auf der gesamten Länge einheitlich mit nur einem Typ von Vollkatalysatorformkörpern gestaltet oder wie folgt strukturiert. Am Reaktoreingang wird auf einer Länge von 10 bis 60 %, bevorzugt 10 bis 50 %, besonders bevorzugt 20 bis 40 % und ganz besonders bevorzugt 25 bis 35 % (das heißt, beispielsweise auf einer Länge von 0,70 bis 1,50 m, bevorzugt 0,90 bis 1 ,20 m), jeweils der Gesamtlänge der Katalysatorbeschickung, ein im Wesentlichen homogenes Gemisch aus (beispielsweise ringförmigen) Vollkatalysatorformkörpern und inertem Verdünnungsformkörper (wobei beide vorzugsweise im Wesentlichen die gleiche Geometrie aufweisen) platziert, wobei der Gewichtsanteil der Verdünnungsformkörper (die Massendichten von Katalysatorform körpern und von Verdünnungsformkörpern unterscheiden sich in der Regel nur geringfügig) normalerweise 5 bis 40 Gew.-%, oder 10 bis 40 Gew.-%, oder 20 bis 40 Gew.-%, oder 25 bis 35 Gew.-% beträgt. Im Anschluss an diesen ersten Beschickungsabschnitt befindet sich dann vorteilhaft bis zum Ende der Länge der Katalysatorbeschickung (das heißt, beispielsweise auf einer Länge von 1 ,00 bis 3,00 m oder von 1 ,00 bis 2,70 m, bevorzugt 1 ,40 bis 3,00 m, oder 2,00 bis 3,00 m) entweder eine nur in geringerem Umfang (als im ersten Abschnitt) verdünnte Schüttung desselben wie beschrieben erhältlichen (beispielsweise ringförmigen) Vollkatalysatorformkörpern, oder, ganz besonders bevorzugt, eine alleinige (unverdünnte) Schüttung desselben (beispielsweise ringförmigen) Vollkatalysatorformkörpern, der auch im ersten Abschnitt verwendet worden ist. Natürlich kann über die gesamte Beschickung auch eine konstante Verdünnung gewählt werden. Auch kann im ersten Abschnitt nur mit einem (beispielsweise ringförmigen) Vollkatalysatorformkörper von geringer, auf seinen Raumbedarf bezogener, Aktivmassendichte und im zweiten Abschnitt mit einem erfindungsgemäß erhältlichen (beispielsweise ringförmigen) Vollkatalysatorformkörper mit hoher, auf seinen Raumbedarf bezogener, Aktivmassendichte beschickt werden (beispielsweise 6,5 mm x 3 mm x 4,5 mm [Außendurchmesser x Höhe x Innendurchmesser] im ersten Abschnitt, und 5 x 2 x 2 mm [A x H x I] im zweiten Abschnitt).For the heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidations with (for example ring-shaped) unsupported shaped catalyst bodies available as described, the catalyst charge is preferably either designed uniformly over the entire length with only one type of unsupported shaped catalyst body or structured as follows. At the reactor inlet, over a length of 10 to 60%, preferably 10 to 50%, particularly preferably 20 to 40% and very particularly preferably 25 to 35% (that is, for example over a length of 0.70 to 1.50 m, preferably 0.90 to 1.20 m), in each case the total length of the catalyst charge, a substantially homogeneous mixture of (for example annular) solid catalyst moldings and inert dilution moldings (both preferably having essentially the same geometry) is placed, the weight proportion of the dilution moldings ( the mass densities of catalyst moldings and of diluent moldings generally differ only slightly) normally 5 to 40% by weight, or 10 to 40% by weight, or 20 to 40% by weight, or 25 to 35% by weight % amounts. Following this first loading section, there is then advantageously up to the end of the length of the catalyst loading (that is, for example, over a length of 1.00 to 3.00 m or from 1.00 to 2.70 m, preferably 1.40 to 3.00 m, or 2.00 to 3.00 m) either a bed of the same (for example ring-shaped) solid catalyst moldings available as described that is only diluted to a lesser extent (than in the first section), or, very particularly preferably, a sole (undiluted) Filling the same (for example ring-shaped) solid catalyst molding that was also used in the first section. Of course, a constant dilution can also be selected across the entire feed. Also, in the first section, only a (for example annular) solid catalyst molding with a low active mass density based on its space requirement can be charged and in the second section with a (for example annular) solid catalyst molding available according to the invention with a high active mass density based on its space requirement (for example 6, 5mm x 3mm x 4.5mm [Outer Diameter x Height x Inner Diameter] in the first section, and 5 x 2 x 2mm [A x H x I] in the second section).
In Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemischs vorab der eigentlichen Katalysatorfestbettschüttung kann eine Schüttung aus inerten Formkörpern angebracht werden, die beispielsweise denn Zweck verfolgt, die Eintrittstemperatur des Reaktionsgasgemischs auf die Temperatur des Wärmeaustauschmittels zu erhöhen. In the direction of flow of the reaction gas mixture upstream of the actual fixed catalyst bed, a bed of inert shaped bodies can be applied, which has the purpose, for example, of increasing the inlet temperature of the reaction gas mixture to the temperature of the heat exchange medium.
Ferner werden gemäß den Lehren des Standes der Technik (beispielsweise die WO 2012/049246) die Katalysatorbeschickung (insbesondere die frische) des Reaktors und die Verfahrensbedingungen der katalysierten Partialoxidation im Fall der heterogen katalysierten Partialoxidation von Propen zu Acrolein (beziehungsweise im Fall einer heterogen katalysierten Partialoxidation zur Herstellung von Methacrolein) vorzugsweise so gewählt (ausgestaltet), dass im Partialoxidationsbetrieb an keiner Stelle des Katalysatorfestbetts der Unterschied zwischen der Temperatur dieser Stelle des Katalysatorfestbetts und der Temperatur des Wärmeaustauschmittels auf der Höhe dieser Stelle > 120°C beträgt. Vorteilhaft ist dieser Temperaturunterschied an jeder Stelle positiv jedoch < 100°C (insbesondere 40 bis 100°C), besonders vorteilhaft < 90°C (insbesondere 50 bis 90°C). Grundsätzlich kann dieser (positive) Temperaturunterschied aber auch < 50°C oder < 40°C betragen. Weiterhin ist die Ausgestaltung bevorzugt so, dass dieser Temperaturunterschied bei einer Erhöhung der Temperatur des Wärmeaustauschmittels um 1°C an jeder Stelle des Katalysatorfestbetts um > 0°C aber < +9°C, besser < +7°C, vorzugsweise < +5°C, besonders bevorzugt < +3°C steigt (siehe auch die EP 1 106 598 A1). Furthermore, according to the teachings of the prior art (for example WO 2012/049246), the catalyst feed (in particular the fresh one) of the reactor and the process conditions of the catalyzed partial oxidation in the case of the heterogeneously catalyzed partial oxidation of propene to acrolein (or in the case of a heterogeneously catalyzed partial oxidation for the production of methacrolein) is preferably chosen (designed) so that in the partial oxidation operation at no point in the fixed catalyst bed is the difference between the temperature of this point of the fixed catalyst bed and the temperature of the heat exchange medium at this point > 120 ° C. Advantageously, this temperature difference is positive at any point but <100°C (in particular 40 to 100°C), particularly advantageously <90°C (in particular 50 to 90°C). In principle, this (positive) temperature difference can also be <50°C or <40°C. Furthermore, the embodiment is preferably such that this temperature difference increases by > 0°C but <+9°C, better <+7°C, preferably <+5°C, particularly preferably <+3°C increases (see also EP 1 106 598 A1).
Im Übrigen kann eine heterogen katalysierte Partialoxidation zur Herstellung von Acrolein (aus Propen) oder von Methacrolein (aus den in der vorliegenden Schrift genannten C4- Vorläuferverbindungen) mit erfindungsgemäß hergestellten ringförmigen Vollkatalysatorformkörpern vorteilhaft in völliger Entsprechung zu den Ausführungen in der WO 2015/067656 ausgeführt werden. Furthermore, a heterogeneously catalyzed partial oxidation for the production of acrolein (from propene) or methacrolein (from the C4 precursor compounds mentioned in the present document) can advantageously be carried out with annular solid catalyst moldings produced according to the invention in complete accordance with the statements in WO 2015/067656 .
Insgesamt werden bei einer mit den wie beschrieben erhältlichen (beispielsweise ringförmigen) Vollkatalysatorformkörpern als Katalysatoren durchgeführten Partialoxidation zur Herstellung von Acrolein oder Methacrolein die Katalysatorbeschickung, das Reaktionsgasausgangsgemisch, die Belastung und die Reaktionstemperatur in der Regel so gewählt, dass beim einmaligen Durchgang des Reaktionsgasgemischs durch die Katalysatorbeschickung ein Umsatz der partiell zu oxidierenden organischen Verbindung (Propen, iso-Buten, tert.-Butanol bzw. dessen Methylether) von wenigstens 90 mol-%, oder wenigstens 92 mol-%, vorzugsweise von wenigstens 93 mol-% oder wenigstens 94 mol-% beziehungsweise wenigstens 95 mol-% oder wenigstens 97 mol-%, normalerweise jedoch < 99 mol-% resultiert. Die Selektivität der Wertprodukte (Summe Acrolein und Acrylsäure beziehungsweise Summe Methacrolein und Methacrylsäure) wird dabei regelmäßig > 80 mol-%, bzw. > 85 mol-% oder > 90 mol-% betragen. Overall, in a partial oxidation carried out with the (for example ring-shaped) solid catalyst bodies available as catalysts as catalysts for the production of acrolein or methacrolein, the catalyst charge, the reaction gas starting mixture, the load and the reaction temperature are generally selected so that when the reaction gas mixture passes through the catalyst charge once a conversion of the organic compound to be partially oxidized (propene, iso-butene, tert-butanol or its methyl ether) of at least 90 mol%, or at least 92 mol%, preferably of at least 93 mol% or at least 94 mol- % or at least 95 mol% or at least 97 mol%, but normally <99 mol% results. The selectivity of the valuable products (sum of acrolein and acrylic acid or sum of methacrolein and methacrylic acid) will regularly be > 80 mol%, or > 85 mol% or > 90 mol%.
Abschließend sei festgehalten, dass wie beschrieben erhältliche erfindungsgemäße Vollkatalysatorformkörper auch ein vorteilhaftes Bruchverhalten bei der Reaktorbefüllung aufweisen. Finally, it should be noted that solid catalyst moldings according to the invention that are available as described also have an advantageous fracture behavior when filling the reactor.
Die Inbetriebnahme einer(s) frischen, erfindungsgemäß erhältliche (beispielsweise ringförmige) Vollkatalysatorformkörper enthaltenden, Katalysatorbeschickung (Katalysatorfestbetts) kann z. B. wie in der DE 103 37 788 A1 oder wie in der DE 10 2009 047291 A1 beschrieben erfolgen.The commissioning of a fresh catalyst feed (fixed catalyst bed) containing (for example ring-shaped) solid catalyst bodies available according to the invention can, for. B. as described in DE 103 37 788 A1 or as described in DE 10 2009 047291 A1.
Die Formierung erfindungsgemäß erhältlicher Vollkatalysatorformkörper kann dadurch beschleunigt werden, dass man sie bei im Wesentlichen gleichbleibendem Umsatz unter erhöhter Belastung der Katalysatorbeschickung mit Reaktionsgaseingangsgemisch durchführt.The formation of unsupported catalyst moldings obtainable according to the invention can be accelerated by carrying it out with essentially constant conversion under increased loading of the catalyst feed with reaction gas input mixture.
Im Übrigen sind erfindungsgemäß erhältliche Vollkatalysatr ganz generell zur Katalyse der Gasphasenpartial(amm)oxidation eines 3 bis 6 (das heißt, 3, 4, 5 oder 6) C-Atome enthaltenden Alkanols, Alkanals, Aikens, Alkans und Alkenals zu beispielsweise olefinisch ungesättigten Aldehyden und/oder Carbonsäuren sowie den entsprechenden Nitrilen, und für gasphasenkatalytisch oxidative Dehydrierungen der vorgenannten 3, 4, 5 oder 6 C-Atome enthaltenden organischen Verbindungen geeignet. Furthermore, solid catalysts available according to the invention are generally used to catalyze the gas phase partial (amm) oxidation of an alkanol, alkanal, aikene, alkane and alkenal containing 3 to 6 (that is, 3, 4, 5 or 6) carbon atoms to form, for example, olefinically unsaturated aldehydes and/or carboxylic acids and the corresponding nitriles, and suitable for gas phase catalytic oxidative dehydrogenations of the aforementioned organic compounds containing 3, 4, 5 or 6 carbon atoms.
Die großtechnische Herstellung von erfindungsgemäßen Vollkatalysatorformkörpern erfolgt zweckmäßig analog wie in DE 10 2008 040093 A1 und DE 10 2008 040094 A1 beschrieben (besonders vorteilhaft wie in den beispielhaften Ausführungsformen dieser Schriften). The large-scale production of solid catalyst moldings according to the invention is expediently carried out analogously to that described in DE 10 2008 040093 A1 and DE 10 2008 040094 A1 (particularly advantageous as in the exemplary embodiments of these documents).
Damit umfasst vorliegende Anmeldung insbesondere die folgenden erfindungsgemäßen Ausführungsformen: The present application therefore includes in particular the following embodiments according to the invention:
Damit umfasst die vorliegende Erfindung insbesondere die folgenden erfindungsgemäßen Ausführungsformen: The present invention therefore includes in particular the following embodiments according to the invention:
1. Verfahren zur Herstellung von Vollkatalysatorformkörpern zur Gasphasenoxidation eines Aikens und/oder eines Alkohols zu einem a,ß-ungesättigtem Aldehyd und/oder einer a,ß- ungesättigten Carbonsäure, wobei die Vollkatalysatorformkörper wenigstens die Elemente Molybdän, Wismut, Eisen und Kobalt umfasst, wobei a) aus jeweils mindestens einer Quelle der elementaren Konstituenten Molybdän, Wismut, Eisen, Kobalt und optional mindestens einer Quelle des elementaren Konstituenten Nickel eine wässrige Lösung oder wässrige Suspension erzeugt wird, b) durch Trocknung der in a) erhaltenen wässrigen Lösung oder wässrigen Suspension und optional Zerkleinerung ein Pulver P erzeugt wird, c) dass in b) erhaltene Pulver P, optional unter Zusatz eines oder mehrerer Hilfsmittel und nach gleichmäßiger Vermischung und optionaler Kompaktierung, zu Vorläuferformkörpern mit einer zylindrischen Struktur verdichtet wird, und d) die in c) erhaltenen Vorläuferformkörper unter Ausbildung der Vollkatalysatorformkörper thermisch behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bei der Verdichtung in c) so gewählt wird, dass die Dichte der Vorläuferformkörper von 1,70 bis 2,30 g/cm3 beträgt, wobei die Dichte der Vorläuferformkörper der Quotient aus der Masse und des geometrischen Volumens ist, und der Gewichtsverlust bei der thermischen Behandlung in d) von 25 bis 40 Gew.-% beträgt. 1. A process for producing unsupported shaped catalyst bodies for the gas phase oxidation of an aikene and/or an alcohol to form an α,ß-unsaturated aldehyde and/or an α,ß-unsaturated carboxylic acid, wherein the unsupported shaped catalyst bodies comprise at least the elements molybdenum, bismuth, iron and cobalt, where a) an aqueous solution or aqueous suspension is produced from at least one source of the elemental constituents molybdenum, bismuth, iron, cobalt and optionally at least one source of the elemental constituent nickel, b) by drying the aqueous solution or aqueous suspension obtained in a) and optionally comminution, a powder P is produced, c) that powder P obtained in b), optionally with the addition of one or more auxiliaries and after uniform mixing and optional compaction, is compacted into precursor moldings with a cylindrical structure, and d) those obtained in c). Precursor moldings are thermally treated to form the solid catalyst moldings, characterized in that the pressure during compression in c) is selected so that the density of the precursor moldings is from 1.70 to 2.30 g / cm 3 , the density of the precursor moldings being The quotient of the mass and the geometric volume is, and the weight loss during the thermal treatment in d) is from 25 to 40% by weight.
2. Verfahren gemäß Ausführungsform 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bei der Verdichtung in c) so gewählt wird, dass die Dichte der Vorläuferformkörper von 1,72 bis 2,28 g/cm3 beträgt. 2. Method according to embodiment 1, characterized in that the pressure during compression in c) is selected so that the density of the precursor moldings is from 1.72 to 2.28 g/cm 3 .
3. Verfahren gemäß Ausführungsform 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bei der Verdichtung in c) so gewählt wird, dass die Dichte der Vorläuferformkörper von 1 ,74 bis 2,26 g/cm3 beträgt. 3. Method according to embodiment 1 or 2, characterized in that the pressure during compression in c) is selected so that the density of the precursor moldings is from 1.74 to 2.26 g/cm 3 .
4. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bei der Verdichtung in c) so gewählt wird, dass die Dichte der Vorläuferformkörper von 1 ,76 bis 2,24 g/cm3 beträgt. 4. Method according to one of embodiments 1 to 3, characterized in that the pressure during compression in c) is selected so that the density of the precursor moldings is from 1.76 to 2.24 g/cm 3 .
5. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bei der Verdichtung in c) so gewählt wird, dass die Dichte der Vorläuferformkörper von 1 ,78 bis 2,22 g/cm3 beträgt. 5. Method according to one of embodiments 1 to 4, characterized in that the pressure during compression in c) is selected such that the density of the precursor moldings is from 1.78 to 2.22 g/cm 3 .
6. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bei der Verdichtung in c) so gewählt wird, dass die Dichte der Vorläuferformkörper von 1 ,80 bis 2,20 g/cm3 beträgt. 6. Method according to one of embodiments 1 to 5, characterized in that the pressure during compression in c) is selected so that the density of the precursor moldings is from 1.80 to 2.20 g/cm 3 .
7. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsverlust bei der thermischen Behandlung in d) von 26 bis 39 Gew.-% beträgt. 7. Process according to one of embodiments 1 to 6, characterized in that the weight loss during the thermal treatment in d) is from 26 to 39% by weight.
8. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsverlust bei der thermischen Behandlung in d) von 27 bis 38 Gew.-% beträgt. 8. Process according to one of embodiments 1 to 7, characterized in that the weight loss during the thermal treatment in d) is from 27 to 38% by weight.
9. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsverlust bei der thermischen Behandlung in d) von 28 bis 38 Gew.-% beträgt. 9. Process according to one of embodiments 1 to 8, characterized in that the weight loss during the thermal treatment in d) is from 28 to 38% by weight.
10. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsverlust bei der thermischen Behandlung in d) von 29 bis 37 Gew.-% beträgt. 10. Process according to one of embodiments 1 to 9, characterized in that the weight loss during the thermal treatment in d) is from 29 to 37% by weight.
11. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtsverlust bei der thermischen Behandlung in d) von 30 bis 35 Gew.-% beträgt. 12. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Struktur i) ein zylindrischer Körper mit einer in Längsrichtung mittigen kreisrunden durchgehenden Öffnung oder ii) ein gleichmäßig in Längsrichtung 3-fach eingekerbter zylindrischer Körper mit drei in Längsrichtung gleichmäßig angeordneten kreisrunden durchgehenden Öffnungen ist. 11. Process according to one of embodiments 1 to 10, characterized in that the weight loss during the thermal treatment in d) is from 30 to 35% by weight. 12. The method according to one of embodiments 1 to 11, characterized in that the cylindrical structure is i) a cylindrical body with a circular through-hole in the center in the longitudinal direction or ii) a cylindrical body notched evenly in the longitudinal direction 3 times with three evenly arranged in the longitudinal direction circular continuous openings.
13. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Struktur ein Hohlzylinder ist. 13. Method according to one of embodiments 1 to 12, characterized in that the cylindrical structure is a hollow cylinder.
14. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Molybdän, berechnet als Moös, von 45 bis 75 Gew.-% beträgt. 14. Process according to one of embodiments 1 to 13, characterized in that the molybdenum content of the unsupported catalyst moldings, calculated as moss, is from 45 to 75% by weight.
15. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Molybdän, berechnet als Moös, von 50 bis 70 Gew.-% beträgt. 15. Process according to one of embodiments 1 to 14, characterized in that the molybdenum content of the unsupported catalyst moldings, calculated as moss, is from 50 to 70% by weight.
16. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Molybdän, berechnet als Moös, von 55 bis 65 Gew.-% beträgt. 16. Process according to one of embodiments 1 to 15, characterized in that the molybdenum content of the unsupported catalyst moldings, calculated as moss, is from 55 to 65% by weight.
17. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Wismut, berechnet als Bi2Ö3, von 1 bis 20 Gew.-% beträgt. 17. Process according to one of embodiments 1 to 16, characterized in that the bismuth content of the unsupported shaped catalyst bodies, calculated as Bi2Ö3, is from 1 to 20% by weight.
18. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Wismut, berechnet als Bi2Ö3, von 2 bis 15 Gew.-% beträgt. 18. Process according to one of embodiments 1 to 17, characterized in that the bismuth content of the unsupported shaped catalyst bodies, calculated as Bi2Ö3, is from 2 to 15% by weight.
19. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Wismut, berechnet als Bi2Ö3, von 3 bis 10 Gew.-% beträgt. 19. Process according to one of embodiments 1 to 18, characterized in that the bismuth content of the unsupported shaped catalyst bodies, calculated as Bi 2 Ö3, is from 3 to 10% by weight.
20. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Eisen, berechnet als Fe2Ö3, von 2 bis 12 Gew.-% beträgt. 20. Process according to one of embodiments 1 to 19, characterized in that the iron content of the solid catalyst moldings, calculated as Fe2Ö3, is from 2 to 12% by weight.
21. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Eisen, berechnet als Fe2Ö3, von 3 bis 11 Gew.-% beträgt. 21. Process according to one of embodiments 1 to 20, characterized in that the iron content of the solid catalyst shaped bodies, calculated as Fe2Ö3, is from 3 to 11% by weight.
22. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Eisen, berechnet als Fe2Ö3, von 4 bis 10 Gew.-% beträgt. 22. Process according to one of embodiments 1 to 21, characterized in that the iron content of the solid catalyst shaped bodies, calculated as Fe2Ö3, is from 4 to 10% by weight.
23. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Kobalt und Nickel, berechnet als Coö und Niö, insgesamt von 9 bis 30 Gew.-% beträgt. 24. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Kobalt und Nickel, berechnet als CoO und NiO, insgesamt von 12 bis 27 Gew.-% beträgt. 23. Process according to one of embodiments 1 to 22, characterized in that the content of cobalt and nickel in the solid catalyst moldings, calculated as Co and Ni, is from 9 to 30% by weight. 24. Process according to one of embodiments 1 to 23, characterized in that the content of cobalt and nickel in the solid catalyst moldings, calculated as CoO and NiO, is a total of 12 to 27% by weight.
25. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Kobalt und Nickel, berechnet als CoO und NiO, insgesamt von 15 bis 24 Gew.-% beträgt. 25. Process according to one of embodiments 1 to 24, characterized in that the content of cobalt and nickel in the solid catalyst moldings, calculated as CoO and NiO, is a total of 15 to 24% by weight.
26. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Vollkatalysatorformkörper zusätzlich die Elemente Kalium und/oder Silizium enthalten.26. Process according to one of embodiments 1 to 25, characterized in that the solid catalyst moldings additionally contain the elements potassium and/or silicon.
27. Vollkatalysatorformkörper mit einer zylindrischen Struktur zur Gasphasenoxidation eines Aikens und/oder eines Alkohols zu einem a,ß-ungesättigtem Aldehyd und/oder einer a,ß- ungesättigten Carbonsäure, erhältlich nach einem Verfahren der Ausführungsformen 1 bis 26, wobei der Vollkatalysatorformkörper wenigstens die Elemente Molybdän, Wismut, Eisen und Kobalt umfasst, wobei die Dichte des Vollkatalysatorformkörpers von 1 ,20 bis 1 ,70 g/cm3 beträgt, wobei die Dichte des Vollkatalysatorformkörpers der Quotient aus der Masse und des geometrischen Volumens ist, das Gesamtporenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers von 0,33 bis 0,60 cm3/g beträgt und das Porenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers im Bereich von 0,1 bis 1 pm von 85 bis 99% des Gesamtporenvolumens beträgt, wobei das Gesamtporenvolumen und das Porenvolumen im Bereich von 0,1 bis 1 pm durch Quecksilberporosimetrie bestimmt wird. 27. Unsupported shaped catalyst body with a cylindrical structure for the gas phase oxidation of an Aikens and/or an alcohol to an α,ß-unsaturated aldehyde and/or an α,ß-unsaturated carboxylic acid, obtainable by a process of embodiments 1 to 26, wherein the unsupported shaped catalyst body at least Elements include molybdenum, bismuth, iron and cobalt, the density of the solid catalyst shaped body being from 1.20 to 1.70 g/cm 3 , the density of the solid catalyst shaped body being the quotient of the mass and the geometric volume, the total pore volume of the solid catalyst shaped body being of 0.33 to 0.60 cm 3 /g and the pore volume of the solid catalyst shaped body is in the range of 0.1 to 1 pm from 85 to 99% of the total pore volume, the total pore volume and the pore volume being in the range of 0.1 to 1 pm is determined by mercury porosimetry.
28. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 27, wobei die Dichte des Vollkatalysatorformkörpers von 1 ,22 bis 1 ,68 g/cm3 beträgt. 28. Unsupported shaped catalyst body according to embodiment 27, wherein the density of the unsupported shaped catalyst body is from 1.22 to 1.68 g/cm 3 .
29. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 27 oder 28, wobei die Dichte des Vollkatalysatorformkörpers von 1 ,24 bis 1 ,66 g/cm3 beträgt. 29. Unsupported shaped catalyst body according to embodiment 27 or 28, wherein the density of the unsupported shaped catalyst body is from 1.24 to 1.66 g/cm 3 .
30. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 29, wobei die Dichte des Vollkatalysatorformkörpers von 1 ,26 bis 1 ,64 g/cm3 beträgt. 30. Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 29, wherein the density of the unsupported shaped catalyst body is from 1.26 to 1.64 g/cm 3 .
31. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 30, wobei die Dichte des Vollkatalysatorformkörpers von 1 ,28 bis 1 ,62 g/cm3 beträgt. 31. Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 30, wherein the density of the unsupported shaped catalyst body is from 1.28 to 1.62 g/cm 3 .
32. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 31 , wobei die Dichte des Vollkatalysatorformkörpers von 1 ,30 bis 1 ,60 g/cm3 beträgt. 32. Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 31, wherein the density of the unsupported shaped catalyst body is from 1.30 to 1.60 g/cm 3 .
33. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 32, wobei das Gesamtporenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers von 0,34 bis 0,58 cm3/g beträgt.33. Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 32, wherein the total pore volume of the unsupported shaped catalyst body is from 0.34 to 0.58 cm 3 /g.
34. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 33, wobei das Gesamtporenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers von 0,35 bis 0,56 cm3/g beträgt.34. Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 33, wherein the total pore volume of the unsupported shaped catalyst body is from 0.35 to 0.56 cm 3 /g.
35. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 34, wobei das Gesamtporenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers von 0,36 bis 0,54 cm3/g beträgt.35. Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 34, wherein the total pore volume of the unsupported shaped catalyst body is from 0.36 to 0.54 cm 3 /g.
36. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 35, wobei das Gesamtporenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers von 0,37 bis 0,52 cm3/g beträgt.36. Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 35, wherein the total pore volume of the unsupported shaped catalyst body is from 0.37 to 0.52 cm 3 /g.
37. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 36, wobei das Gesamtporenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers von 0,38 bis 0,50 cm3/g beträgt. 38. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 37, wobei das Porenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers im Bereich von 0,1 bis 1 pm von 86 bis 98% des Gesamtporenvolumens beträgt. 37. Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 36, wherein the total pore volume of the unsupported shaped catalyst body is from 0.38 to 0.50 cm 3 /g. 38. Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 37, wherein the pore volume of the unsupported shaped catalyst body is in the range from 0.1 to 1 μm from 86 to 98% of the total pore volume.
39. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 38, wobei das Porenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers im Bereich von 0,1 bis 1 pm von 87 bis 97% des Gesamtporenvolumens beträgt. 39. Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 38, wherein the pore volume of the unsupported shaped catalyst body is in the range from 0.1 to 1 μm from 87 to 97% of the total pore volume.
40. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 39, wobei das Porenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers im Bereich von 0,1 bis 1 pm von 88 bis 96% des Gesamtporenvolumens beträgt. 40. Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 39, wherein the pore volume of the unsupported shaped catalyst body is in the range from 0.1 to 1 μm from 88 to 96% of the total pore volume.
41. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 40, wobei das Porenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers im Bereich von 0,1 bis 1 pm von 89 bis 95% des Gesamtporenvolumens beträgt. 41. Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 40, wherein the pore volume of the unsupported shaped catalyst body is in the range from 0.1 to 1 μm of 89 to 95% of the total pore volume.
42. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 41 , wobei die zylindrische Struktur i) ein zylindrischer Körper mit einer in Längsrichtung mittigen kreisrunden durchgehenden Öffnung oder ii) ein gleichmäßig in Längsrichtung 3-fach eingekerbter zylindrischer Körper mit drei in Längsrichtung gleichmäßig angeordneten kreisrunden durchgehenden Öffnungen ist. 42. Solid catalyst molding according to one of embodiments 27 to 41, wherein the cylindrical structure is i) a cylindrical body with a circular through-hole in the center in the longitudinal direction or ii) a cylindrical body which is evenly notched three times in the longitudinal direction and has three circular through-holes which are evenly arranged in the longitudinal direction is.
43. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 42, wobei der kürzeste Abstand zwischen der Außenwand des zylindrischen Körpers und der nächsten durchgehenden Öffnung von 0,75 bis 2,5 mm beträgt. 43. Solid catalyst molding according to embodiment 42, wherein the shortest distance between the outer wall of the cylindrical body and the next through opening is from 0.75 to 2.5 mm.
44. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 42 oder 43, wobei der kürzeste Abstand zwischen der Außenwand des zylindrischen Körpers und der nächsten durchgehenden Öffnung von 0,8 bis 2,0 mm beträgt. 44. Solid catalyst molding according to embodiment 42 or 43, wherein the shortest distance between the outer wall of the cylindrical body and the next through opening is from 0.8 to 2.0 mm.
45. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 42 bis 44, wobei der kürzeste Abstand zwischen der Außenwand des zylindrischen Körpers und der nächsten durchgehenden Öffnung von 1,0 bis 1,8 mm beträgt. 45. Molded solid catalyst body according to one of embodiments 42 to 44, wherein the shortest distance between the outer wall of the cylindrical body and the next through opening is from 1.0 to 1.8 mm.
46. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 42 bis 45, wobei der kürzeste Abstand zwischen der Außenwand des zylindrischen Körpers und der nächsten durchgehenden Öffnung von 1,2 bis 1,7 mm beträgt. 46. Molded solid catalyst body according to one of embodiments 42 to 45, wherein the shortest distance between the outer wall of the cylindrical body and the next through opening is from 1.2 to 1.7 mm.
47. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 42 bis 46, wobei der kürzeste Abstand zwischen der Außenwand des zylindrischen Körpers und der nächsten durchgehenden Öffnung von 1,3 bis 1,6 mm beträgt. 47. Molded solid catalyst body according to one of embodiments 42 to 46, wherein the shortest distance between the outer wall of the cylindrical body and the next through opening is from 1.3 to 1.6 mm.
48. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 42, wobei die zylindrische Struktur ein Hohlzylinder ist. 48. Solid catalyst molding according to one of embodiments 27 to 42, wherein the cylindrical structure is a hollow cylinder.
49. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 48, wobei die Wandstärke des Hohlzylinders von 0,75 bis 2,5 mm beträgt. 49. Solid catalyst molding according to embodiment 48, wherein the wall thickness of the hollow cylinder is from 0.75 to 2.5 mm.
50. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 48 oder 49, wobei die Wandstärke des Hohlzylinders von 0,8 bis 2,0 mm beträgt. 51. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 48 bis 50, wobei die Wandstärke des Hohlzylinders von 1 ,0 bis 1 ,8 mm beträgt. 50. Solid catalyst molding according to embodiment 48 or 49, wherein the wall thickness of the hollow cylinder is from 0.8 to 2.0 mm. 51. Solid catalyst molding according to one of embodiments 48 to 50, wherein the wall thickness of the hollow cylinder is from 1.0 to 1.8 mm.
52. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 48 bis 51 , wobei die Wandstärke des Hohlzylinders von 1 ,2 bis 1 ,7 mm beträgt. 52. Solid catalyst molding according to one of embodiments 48 to 51, wherein the wall thickness of the hollow cylinder is from 1.2 to 1.7 mm.
53. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 48 bis 52, wobei die Wandstärke des Hohlzylinders von 1 ,3 bis 1 ,6 mm beträgt. 53. Solid catalyst molding according to one of embodiments 48 to 52, wherein the wall thickness of the hollow cylinder is from 1.3 to 1.6 mm.
54. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 27 bis 53, wobei der Vollkatalysatorformkörper ein Multielementoxid der allgemeinen Formel I54. Unsupported shaped catalyst body according to one of embodiments 27 to 53, wherein the unsupported shaped catalyst body is a multi-element oxide of the general formula I
Moi2BiaFebCOcNidXeYfZgOn (I) mit Moi 2 BiaFe b COcNidXeY f Z g On (I) with
X = K, Cs und/oder Rb X = K, Cs and/or Rb
Y = Ca, Sr, Ba, Li, Na, Cr, W, Mn, Cu, Zn, Ga, P, B, As, Sn, Sb, Te, Nb, Ta, Pb, Ce und/oder La Y = Ca, Sr, Ba, Li, Na, Cr, W, Mn, Cu, Zn, Ga, P, B, As, Sn, Sb, Te, Nb, Ta, Pb, Ce and/or La
Z = Si, AI, Ti, Zr und/oder Mg a = 0,2 bis 2 b = 1 bis 4 c = 3 bis 9 d = 0 bis 4 c + d = 4 bis 9,5 e = 0,01 bis 0,5 f = 0 bis 10 g = 0 bis 10 n = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in der allgemeinen Formel I bestimmt wird, ist. Z = Si, Al, Ti, Zr and/or Mg a = 0.2 to 2 b = 1 to 4 c = 3 to 9 d = 0 to 4 c + d = 4 to 9.5 e = 0.01 to 0.5 f = 0 to 10 g = 0 to 10 n = a number determined by the valence and frequency of the elements other than oxygen in general formula I.
55. Verfahren zur Herstellung eines a,ß-ungesättigtem Aldehyds und/oder einer a,ß- ungesättigten Carbonsäure, wobei ein Alken und/oder ein Alkohol mit molekularem Sauerstoff über ein Katalysatorfestbett, das eine Schüttung aus Vollkatalysatorformkörpern nach einer der Ausführungsformen 27 bis 54 umfasst, geleitet wird. 55. Process for producing an α,β-unsaturated aldehyde and/or an α,β-unsaturated carboxylic acid, wherein an alkene and/or an alcohol with molecular oxygen over a fixed catalyst bed which is a bed of unsupported shaped catalyst bodies according to one of embodiments 27 to 54 includes, is guided.
56. Verfahren nach Ausführungsform 55, dadurch gekennzeichnet, dass das Propen als Alken eingesetzt wird. 56. Method according to embodiment 55, characterized in that the propene is used as an alkene.
57. Festbettreaktor, enthaltend eine Schüttung aus Vollkatalysatorformkörpern nach einer der Ausführungsformen 27 bis 55. 57. Fixed bed reactor containing a bed of solid catalyst moldings according to one of embodiments 27 to 55.
Beispiele Examples
Herstellung der Vollkatalysatorformkörper K1 bis K10: Production of the solid catalyst moldings K1 to K10:
Beispiel 1 example 1
Herstellung des Vollkatalysatorvorläuferformkörpers K1 , wobei das aktive Multimetalloxid die Stöchiometrie Mo^CoyFesBio.eSii.ßKo.osOx aufwies. Die verwendeten Rührbehälter wurden jeweils im Beisein von Umgebungsluft befüllt. Beim Rühren/Vermischen waren sie mit einem Deckel luftdicht verschlossen, der zur Atmosphäre (1,01 bar) ein Überdruckventil aufwies. a) Herstellung einer wässrigen Lösung B Production of the solid catalyst precursor shaped body K1, the active multimetal oxide having the stoichiometry Mo^CoyFesBio.eSii.ßKo.osOx. The stirring containers used were each filled in the presence of ambient air. During stirring/mixing, they were sealed airtight with a lid that had a pressure relief valve to the atmosphere (1.01 bar). a) Preparation of an aqueous solution B
In einem mit einem Rührer ausgestatteten temperierbaren zylindrischen Rührbehälter (1 ,75 m3 Innenvolumen, 1,3 m Durchmesser) aus Edelstahl (EN 1.4541) wurden 430 kg vollentsalztes Wasser vorgelegt und unter Rühren (70 U/min) auf 60°C erhitzt. 430 kg of deionized water were placed in a temperature-controlled cylindrical stirring container (1.75 m 3 internal volume, 1.3 m diameter) made of stainless steel (EN 1.4541) equipped with a stirrer and heated to 60 ° C while stirring (70 rpm).
Anschließend wurden bei gleichbleibendem Rühren und unter Aufrechterhaltung der Temperatur von 60°C 0,61 kg einer wässrigen Kaliumhydroxidlösung (47,5 Gew.-% KOH), die eine Temperatur von 20°C aufwies, in einer Minute zugegeben. Unter Beibehalt der 60°C wurden dann bei gleichbleibendem Rühren 136,2 kg an feinkörnigem Ammoniumheptamolybdattetrahydrat (54,3 Gew.-% Mo, Lieferant: Fa. NIPPON INORGANIC COLOUR & CHEMICAL CO., LTD., 3-14-1 Funado ltabashi-ku Tokyo 174-0041 Japan), das eine Temperatur von 25°C aufwies, portionsweise eingerührt und die dabei resultierende wässrige Lösung (durch geringste nicht lösliche Isopolymolybdatverunreinigungen wies sie eine leichte Trübheit auf) bei 60°C 60 Minuten nachgerührt (70 U/min). b) Herstellung einer wässrigen Lösung A Then, with constant stirring and maintaining the temperature of 60 ° C, 0.61 kg of an aqueous potassium hydroxide solution (47.5% by weight of KOH), which had a temperature of 20 ° C, was added in one minute. While maintaining the 60 ° C, 136.2 kg of fine-grained ammonium heptamolybdate tetrahydrate (54.3% by weight Mo, supplier: NIPPON INORGANIC COLOR & CHEMICAL CO., LTD., 3-14-1 Funado ltabashi -ku Tokyo 174-0041 Japan), which had a temperature of 25 ° C, was stirred in portions and the resulting aqueous solution (it was slightly cloudy due to the slightest insoluble isopolymolybdate impurities) was stirred at 60 ° C for 60 minutes (70 U/ minutes). b) Preparation of an aqueous solution A
In einem mit einem Rührer ausgestatteten temperierbaren zylindrischen Rührbehälter (1 ,75 m3 Innenvolumen, 1,3 m Durchmesser) aus Edelstahl (EN 1.4541) wurden 212 kg einer wässrigen salpetersauren Kobalt-(ll)-nitratlösung (12,5 Gew.-% Co, 27 Gew.-% Nitrat, hergestellt durch Lösen von Kobaltmetall der Fa. MFT Metals % Ferro-Alloys Trading GmbH, D-41474 Viersen, Reinheit > 99,6 Gew.-% Co, < 0,3 Gew.-% Ni, < 100 mg/kg Fe, < 50 mg/kg Cu in wässriger Salpetersäure) vorgelegt und unter Rühren (70 U/min) auf 60°C erwärmt. 212 kg of an aqueous nitric acid cobalt (II) nitrate solution (12.5% by weight) were placed in a temperature-controlled cylindrical stirring container (1.75 m 3 internal volume, 1.3 m diameter) made of stainless steel (EN 1.4541) equipped with a stirrer. Co, 27% by weight nitrate, produced by dissolving cobalt metal from MFT Metals % Ferro-Alloys Trading GmbH, D-41474 Viersen, purity > 99.6% by weight Co, < 0.3% by weight Ni, <100 mg/kg Fe, <50 mg/kg Cu in aqueous nitric acid) and heated to 60° C. with stirring (70 rpm).
Unter fortgesetztem Rühren (70 U/min) und fortgesetzter Temperierung auf 60°C wurden 78 kg einer 60°C warmen Eisen-(lll)-nitrat-nonahydrat-Schmelze (13,8 Gew.-% Fe, < 0,4 Gew.-% Alkalimetalle, < 0,01 Gew.-% Chlorid, < 0,02 Gew.-% Sulfat, der Fa. Dr. Paul Lohmann GmbH, D-81857 Emmerthal) zudosiert und 30 Minuten bei 60°C nachgerührt (70 U/min). With continued stirring (70 rpm) and continued heating to 60 ° C, 78 kg of a 60 ° C warm iron (III) nitrate nonahydrate melt (13.8 wt .-% Fe, <0.4 wt .-% alkali metals, <0.01% by weight chloride, <0.02% by weight sulfate, from Dr. Paul Lohmann GmbH, D-81857 Emmerthal) and stirred for 30 minutes at 60 ° C (70 rpm).
Zur dabei resultierenden wässrigen Lösung wurden unter Beibehalt der 60°C und fortgesetztem Rühren (70 U/min) 72,6 kg einer 60°C warmen, wässrigen, salpetersauren Wismutnitratlösung (11 ,1 Gew.-% Bi, 13 Gew.-% Nitrat, hergestellt durch Lösen von Wismutmetall der Fa. Sidech S.A., BE-1495 Tilly, Reinheit > 99,997 Gew.-% Bi, < 7 mg/kg Pb, je < 5 mg/kg Ni, Ag, Fe, je < 3 mg/kg Cu, Sb und je < 1 mg/kg Cd, Zn in wässriger Salpetersäure) gegeben und anschließend noch 30 Minuten bei 60°C nachgerührt (70 U/min). c) Vermischen der wässrigen Lösung A mit der wässrigen Lösung B 72.6 kg of a 60° C. warm, aqueous, nitric acid bismuth nitrate solution (11.1% by weight Bi, 13% by weight) were added to the resulting aqueous solution while maintaining the 60 ° C and continued stirring (70 rpm). Nitrate, produced by dissolving bismuth metal from Sidech S.A., BE-1495 Tilly, purity > 99.997 wt.% Bi, <7 mg/kg Pb, <5 mg/kg each Ni, Ag, Fe, <3 mg each /kg Cu, Sb and <1 mg/kg each of Cd, Zn in aqueous nitric acid) and then stirred at 60 ° C for a further 30 minutes (70 rpm). c) Mixing the aqueous solution A with the aqueous solution B
Die 60°C warme wässrige Lösung A wurde innerhalb von 15 Minuten kontinuierlich in die intensiv gerührte (70 U/min) 60°C warm gehaltene wässrige Lösung B eindosiert. Die entstehende wässrige Suspension wurde noch 15 Minuten bei 60°C nachgerührt. d) Zugabe eines Kieselsols unter Erhalt einer wässrigen Mischung M The 60 ° C warm aqueous solution A was continuously metered into the intensively stirred (70 rpm) 60 ° C warm aqueous solution B within 15 minutes. The resulting aqueous suspension was stirred at 60 ° C for a further 15 minutes. d) Addition of a silica sol to obtain an aqueous mixture M
Nach beendetem Nachrühren wurden daran unmittelbar anschließend dem in c) erhaltenen wässrigen Gemisch 12,6 kg auf 60°C erwärmtes Kieselgel der Firma Grace GmbH & KG, In der Hollerecke 1, D-67545 Worms vom Typ LUDOX TM50 (47,5 Gew-% SiÜ2) zugegeben. e) Sprühtrocknung der wässrigen Mischung M After stirring had ended, 12.6 kg of silica gel from Grace GmbH & KG, In der Hollerecke 1, D-67545 Worms of the type LUDOX TM50 (47.5 wt.) heated to 60° C. were immediately added to the aqueous mixture obtained in c). % SiÜ2) added. e) Spray drying of the aqueous mixture M
Die Sprühtrocknung der wässrigen Mischung M erfolgte unmittelbar nach deren Herstellung. Die jeweils (auch während der Sprühtrocknung) bei 60°C mittels des Rührers (40 U/rnin) weiter gerührte wässrige Mischung (Suspension) M wurde in einem Sprühturm (Typ S-50-N/R vom Firma Niro A/S, aus Edelstahl 1.4541) mit einem Zentrifugalzerstäuber vom Typ FS-15 und einem Zerstäuberrad vom Typ AM8-150 im Heißluftgleichstrom sprühgetrocknet (Gaseintrittstemperatur: 350 ± 10°C, Gasaustrittstemperatur: 140 ± 5°C, Gasstromstärke: 2200 ± 100 Nm3/h, Drehzahl des Zerstäuberrads: 20000 U/rnin). The spray drying of the aqueous mixture M took place immediately after its production. The aqueous mixture (suspension) M, which was further stirred (also during spray drying) at 60 ° C using the stirrer (40 rpm), was removed in a spray tower (type S-50-N/R from Niro A/S). Stainless steel 1.4541) with a centrifugal atomizer type FS-15 and an atomizer wheel type AM8-150 spray-dried in hot air co-current (gas inlet temperature: 350 ± 10°C, gas outlet temperature: 140 ± 5°C, gas flow rate: 2200 ± 100 Nm 3 /h, speed of the atomizer wheel: 20000 rpm).
Das erhaltene Sprühpulver wurde bis zu seiner Weiterverarbeitung in luftdicht verschlossenen Behältern (200 I oder 1000 I Innenvolumen, 25°C, Atmosphärendruck) zwischengelagert (10 Kalendertage; eine kürzere oder eine längere Zwischenlagerung (bis zu 30 Kalendertage) hatte keinen Einfluss auf die resultierenden Ergebnisse). Der Glühverlust des erhaltenen Sprühpulvers (3 h bei 600°C (Pulvertemperatur) unter stehender, im Überschuss vorhandener Luft glühen) betrug 31 ± 2 Gew.-% seines Ausgangsgewichts. Der Sprühpulver wies einen D50 von 35 ± 10 pm (D50 bedeutet, dass 50% der Partikel kleiner sind als der angegebene Wert) bei Dispergierdruck von 2.0 bar absolut. f) Herstellung ringähnlicher Vorläuferformkörper The spray powder obtained was temporarily stored (10 calendar days) in airtight containers (200 l or 1000 l internal volume, 25 ° C, atmospheric pressure) until further processing; shorter or longer interim storage (up to 30 calendar days) had no influence on the resulting results ). The loss on ignition of the spray powder obtained (annealing for 3 hours at 600 ° C (powder temperature) under standing air in excess) was 31 ± 2% by weight of its initial weight. The spray powder had a D50 of 35 ± 10 pm (D50 means that 50% of the particles are smaller than the specified value) at a dispersion pressure of 2.0 bar absolute. f) Production of ring-like precursor shaped bodies
100 kg Sprühpulver und 1 kg Graphit (Sorte 3160 der Fa. Asbury Graphite Mills Inc., New Jersey 08802) wurden dann in einem Schräglagen-Mischer (Typ VIL, Füllvolumen: 200 I, Aachener Misch- und Knetmaschinenfabrik) mit Misch- und Schneidflügel (Drehzahl Mischflügel: 39 U/rnin, Drehzahl Schneidflügel: 3000 U/rnin) vorgelegt und 5 Minuten vorgemischt. 100 kg of spray powder and 1 kg of graphite (grade 3160 from Asbury Graphite Mills Inc., New Jersey 08802) were then placed in an inclined mixer (type VIL, filling volume: 200 l, Aachener Misch- und Kneadingmaschinenfabrik) with mixing and cutting blades (Speed speed of mixing blade: 39 rpm, speed of cutting blade: 3000 rpm) and premixed for 5 minutes.
Das resultierende Gemisch wurde dann in einem Kompakter Typ K200/100 der Fa. Hosokawa Bepex GmbH mit konkaven, geriffelten Glattwalzen (Walzendurchmesser 100 mm, Walzenlänge 200 mm, Spaltweite: 2,8 mm, Walzendrehzahl: 5 U/rnin, Presskraftsollwert: 80 kN, längenspezifischer Presskraftsollwert 8 kN / cm) verdichtet. Über integrierte Schwingsiebe der Fa. Allgaier (Siebweite Überkorn: 1 ,5 mm, Siebweite Unterkorn: 200 pm) mit Kugel-Siebhilfen (Durchmesser 22 mm) wurde ein Kompaktat mit einer größtenteils zwischen 200 pm und 1 ,5 mm liegenden Partikelgröße isoliert. The resulting mixture was then placed in a compact type K200/100 from Hosokawa Bepex GmbH with concave, fluted smooth rollers (roll diameter 100 mm, roller length 200 mm, gap width: 2.8 mm, roller speed: 5 rpm, press force setpoint: 80 kN , length-specific pressing force setpoint 8 kN / cm). A compact with a particle size mostly between 200 pm and 1.5 mm was isolated using integrated vibrating screens from Allgaier (screen width oversize: 1.5 mm, screen width undersize: 200 pm) with ball sieve aids (diameter 22 mm).
Für die Tablettierung wurden dem Kompaktat in einem Turbulent-Mischer der Firma Drais innerhalb von 2 Minuten weitere 2,5 Gew.-% des Graphits (Sorte 3160 der Fa. Asbury Graphite Mills I nc. , New Jersey 08802) zugemischt. For tabletting, a further 2.5% by weight of the graphite (grade 3160 from Asbury Graphite Mills Inc., New Jersey 08802) was added to the compact in a turbulent mixer from Drais within 2 minutes.
Anschließend wurde das erzeugte Granulat mit Hilfe eines Korsch XT-600 Rundläufers (mit 65 EURO B Matrizen) unter trocknen Luftatmosphäre zu ringähnlichen Vorläuferformkörpern der Geometrie A x H x I = 5 mm x 5 mm x 2 mm mit nicht gekrümmter (das heißt planarer) Stirnfläche einer Masse (Mv) von 188 mg verdichtet (tablettiert). Die angewandte Vordruckkraft (Presskraft) betrug 0,7 kN, die angewandte Hauptdruckkraft (Presskraft) betrug 2,7 kN. Die Drehzahl des Rotors betrug 40 U/min. Die Seitendruckfestigkeit (SDFV) der resultierenden ringähnlichen Vorläuferformkörper betrug 23 N. g) Thermische Vorbehandlung und Kalzinierung der in f) hergestellten ringähnlichen Vorläuferformkörper The granules produced were then formed using a Korsch XT-600 rotary machine (with 65 EURO B dies) under a dry air atmosphere to form ring-like precursor moldings with the geometry A x H x I = 5 mm x 5 mm x 2 mm with a non-curved (i.e. planar) The end face of a mass (M v ) of 188 mg was compacted (tableted). The applied pre-compression force (pressing force) was 0.7 kN, the applied main compressive force (pressing force) was 2.7 kN. The rotor speed was 40 rpm. The lateral compressive strength (SDF V ) of the resulting ring-like precursor moldings was 23 N. g) Thermal pretreatment and calcination of the ring-like precursor moldings produced in f).
Die geformten Ringe wurden auf das Band einer Bandcalziniervorrichtung (wie in der The formed rings were placed on the belt of a belt calciner (as in the
WO 2002/024620 beschrieben) mit acht Kammern (Kammerbreite 100 cm, Kammerlänge 150 cm) gelegt. Die Kammern 1 bis 8 wiesen jeweils einen Ventilator zur Erzeugung einer Luftzirkulation auf und waren auf 150°C, 190°C, 220°C, 265°C, 380°C, 430°C, 520°C und 520°C thermostatiert. In jede Kammer wurde geheizte Luft dosiert. Die Menge von der Zuluft zu Kammern 1 bis 8 waren jeweils 90 Nm3/h, 130 Nm3/h, 255 Nm3/h, 90 Nm3/h, 150 Nm3/h, 90 Nm3/h, 90 Nm3/h und 140 Nm3/h. Von jeder Kammer wurde mittels eines Ventilator Abluft weggenommen. Die Menge von der Abluft zu Kammern 1 bis 8 waren jeweils 130 Nm3/h, 290 Nm3/h, 305 Nm3/h, 144 Nm3/h, 135 Nm3/h, 80 Nm3/h, 80 Nm3/h und 130 Nm3/h. WO 2002/024620) with eight chambers (chamber width 100 cm, chamber length 150 cm). Chambers 1 to 8 each had a fan to generate air circulation and were thermostated at 150 ° C, 190 ° C, 220 ° C, 265 ° C, 380 ° C, 430 ° C, 520 ° C and 520 ° C. Heated air was metered into each chamber. The amount of supply air to chambers 1 to 8 were 90 Nm 3 /h, 130 Nm 3 /h, 255 Nm 3 /h, 90 Nm 3 /h, 150 Nm 3 /h, 90 Nm 3 /h, 90 Nm, respectively 3 /h and 140 Nm 3 /h. Exhaust air was removed from each chamber using a fan. The amount of exhaust air to chambers 1 to 8 were 130 Nm 3 /h, 290 Nm 3 /h, 305 Nm 3 /h, 144 Nm 3 /h, 135 Nm 3 /h, 80 Nm 3 /h, 80 Nm, respectively 3 /h and 130 Nm 3 /h.
Die Schütthöhe der Kammer 1 bis 4 betrug 40 mm. Die Schütthöhe der Kammer 5 bis 8 betrug 75 mm. Innerhalb der Kammern war die zeitliche und örtliche Abweichung der Temperatur vom Sollwert stets < 10°C. The filling height of chambers 1 to 4 was 40 mm. The filling height of chambers 5 to 8 was 75 mm. Within the chambers, the temporal and spatial deviation of the temperature from the target value was always <10°C.
Die Bandgeschwindigkeiten waren dergestalt, dass die Verweilzeit in den ersten vier Kammern jeweils 105 Minuten und in der fünften bis achten Kammer jeweils 270 Minuten betrug. The belt speeds were such that the residence time in the first four chambers was 105 minutes each and 270 minutes in the fifth to eighth chambers.
Auf diese Weise wurden 2,6 t Vollkatalysatorformkörper K1 hergestellt. In this way, 2.6 t of solid catalyst moldings K1 were produced.
Beispiel 2 (nicht erfindungsgemäß) Example 2 (not according to the invention)
Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K2, wobei das aktive Multimetalloxid die Stöchiometrie Mo^CoyFesBio.eSii.ßKo.osOx aufwies. Production of the solid catalyst molding K2, the active multimetal oxide having the stoichiometry Mo^CoyFesBio.eSii.ßKo.osOx.
Die Herstellung der Vollkatalysatorformkörper K2 erfolgte wie die Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K1 mit einer Modifikation in f). The production of the solid catalyst moldings K2 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst molding K1 with a modification in f).
Die Vorläuferformkörper wurden auf eine Masse (Mv) von 220 mg verdichtet (tablettiert). Die angewandte Vordruckkraft (Presskraft) betrug 1.3 kN, die angewandte Hauptdruckkraft (Presskraft) betrug 6.8 kN. Die Seitendruckfestigkeit (SDFV) der resultierenden ringähnlichen Vorläuferformkörper betrug 48 N. The precursor moldings were compressed (tableted) to a mass (M v ) of 220 mg. The applied pre-compression force (pressing force) was 1.3 kN, the applied main compressive force (pressing force) was 6.8 kN. The lateral compressive strength (SDF V ) of the resulting ring-like precursor moldings was 48 N.
Beispiel 3 Example 3
Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K3, wobei das aktive Multimetalloxid die Stöchiometrie Mo^CoyFesBio.eSii.ßKo.osOx aufwies. Production of the solid catalyst molding K3, the active multimetal oxide having the stoichiometry Mo^CoyFesBio.eSii.ßKo.osOx.
Die Herstellung der Vollkatalysatorformkörper K3 erfolgte wie die Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K1 mit Modifikationen in f) und g). The production of the solid catalyst moldings K3 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst molding K1 with modifications in f) and g).
Das erzeugte Granulat wurde in f) mit Hilfe eines Kilian E150+ Rundläufers (mit 21 EURO D Matrizen) unter trocknen Luftatmosphäre zu ringähnlichen Vorläuferform körpern der Geometrie A x H x I = 5 mm x 3 mm x 2 mm mit nicht gekrümmter (das heißt planarer) Stirnfläche einer Masse (Mv) von 90 mg verdichtet (tablettiert). Die Drehzahl des Rotors betrug 25 U/min. Die Seitendruckfestigkeit (SDFv) der resultierenden ringähnlichen Vorläuferformkörper betrug 6 N. The granules produced were in f) using a Kilian E150+ rotary machine (with 21 EURO D matrices) under a dry air atmosphere to form ring-like precursor molds with the geometry A x H x I = 5 mm x 3 mm x 2 mm with a non-curved (i.e. planar) shape ) End face of a mass (M v ) of 90 mg is compacted (tableted). The rotor speed was 25 rpm. The lateral compressive strength (SDFv) of the resulting ring-like precursor moldings was 6 N.
1000 g der in f) hergestellten Vorläuferformkörper wurden gleichmäßig aufgeteilt auf nebeneinander angeordnete vier Gitternetze mit einer Grundfläche von jeweils 150 mm x 150 mm (Schütthöhe: 15 mm) in einem mit 4500 Nl/h zuvor getrockneter Luft (die eine Eintrittstemperatur von 140 °C aufwies) durchströmten Umluftschachtofen (Firma Nabertherm GmbH, D-28865 Lilienthal; Ofen Modell S60/65A) aufgebracht (der Umluftofen befand sich in einer 25 °C aufweisenden Umgebung). Anschließend wurde unter Beibehalt des Luftstroms (einschließlich seiner Eintrittstemperatur) die Temperatur im Umluftschachtofen wie folgt variiert (die Temperaturangaben bedeuten die Temperatur im jeweiligen aufgebrachten Schüttgut; diese wurde mittels vier Thermoelementen bestimmt, die sich jeweils in der geometrischen Mitte der vier Gitternetze im Zentrum des auf dem jeweiligen Gitternetz aufgebrachten Schüttgutes befanden; eines der Thermoelemente stellte den Istwert zur Temperaturregelung des Umluftschachtofens bereit; die anderen Thermoelemente bestätigten, dass die Temperaturen innerhalb des Intervalls ± 0,1 °C identisch waren). Die Temperaturerhöhungen erfolgten über die Zeit im Wesentlichen linear. Innerhalb von 72 Minuten wurde von 25°C auf 130°C aufgeheizt. Die 130°C wurden 72 Minuten gehalten, bevor die Temperatur innerhalb von 36 Minuten auf 190°C erhöht wurde. Die 190°C wurden 72 Minuten gehalten, bevor die Temperatur innerhalb von 36 Minuten auf 220°C erhöht wurde. Die 220°C wurden 72 Minuten gehalten, bevor die Temperatur innerhalb von 36 Minuten auf 265°C erhöht wurde. Die 265°C wurden 72 Minuten gehalten, bevor die Temperatur innerhalb von 93 Minuten auf 380°C erhöht wurde. Die 380°C wurden 187 Minuten gehalten, bevor die Temperatur innerhalb von 93 Minuten auf 430°C erhöht wurde. Die 430°C wurden 187 Minuten gehalten, bevor innerhalb von 93 Minuten auf die Endkalzinationstemperatur von 500°C erhöht wurde. Diese wurde 463 Minuten aufrechterhalten. Dann wurde innerhalb von 12 Stunden auf 25°C abgekühlt. Hierzu wurde sowohl die Beheizung des Umluftschachtofens als auch die Luftstromvorheizung abgeschaltet (der Luftstrom von 4500 Nl/h als solcher wurde jedoch beibehalten; die Eintrittstemperatur des Luftstroms betrug dann 25 °C). 1000 g of the precursor moldings produced in f) were evenly divided into four grids arranged next to one another, each with a base area of 150 mm x 150 mm (filling height: 15 mm) in an air previously dried with 4500 Nl / h (which has an inlet temperature of 140 ° C (the circulating air oven was in an environment at 25 ° C). The temperature in the circulating air shaft furnace was then varied as follows while maintaining the air flow (including its inlet temperature) (the temperature information means the temperature in the respective applied bulk material; this was determined using four thermocouples, each of which is located in the geometric center of the four grids in the center of the the bulk material placed on the respective grid; one of the thermocouples provided the actual value for temperature control of the circulating air shaft furnace ready; the other thermocouples confirmed that the temperatures were identical within the interval ± 0.1 °C). The temperature increases were essentially linear over time. It was heated from 25°C to 130°C within 72 minutes. The 130°C was held for 72 minutes before the temperature was increased to 190°C over 36 minutes. The 190°C was held for 72 minutes before the temperature was increased to 220°C over 36 minutes. The 220°C was held for 72 minutes before the temperature was increased to 265°C over 36 minutes. The 265°C was held for 72 minutes before the temperature was increased to 380°C over 93 minutes. The 380°C was held for 187 minutes before the temperature was increased to 430°C over 93 minutes. The 430 ° C was held for 187 minutes before increasing to the final calcination temperature of 500 ° C within 93 minutes. This was maintained for 463 minutes. The mixture was then cooled to 25°C within 12 hours. For this purpose, both the heating of the circulating air shaft furnace and the air flow preheating were switched off (however, the air flow of 4500 Nl/h as such was maintained; the inlet temperature of the air flow was then 25 °C).
Beispiel 4 (nicht erfindungsgemäß) Example 4 (not according to the invention)
Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K4, wobei das aktive Multimetalloxid die Stöchiometrie Mo^CoyFesBio.eSii.ßKo.osOx aufwies. Production of the solid catalyst shaped body K4, the active multimetal oxide having the stoichiometry Mo^CoyFesBio.eSii.ßKo.osOx.
Die Herstellung der Vollkatalysatorformkörper K4 erfolgte wie die Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K3 mit einer Modifikation in f). The production of the solid catalyst moldings K4 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst moldings K3 with a modification in f).
Die Vorläuferformkörper wurden auf eine Masse (Mv) von 122 mg verdichtet (tablettiert). Die Seitendruckfestigkeit (SDFv) der resultierenden ringähnlichen Vorläuferformkörper betrug 22 N.The precursor moldings were compressed (tableted) to a mass (M v ) of 122 mg. The lateral compressive strength (SDFv) of the resulting ring-like precursor moldings was 22 N.
Beispiel 5 Example 5
Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K5, wobei das aktive Multimetalloxid die Stöchiometrie Moi2Co8.3Fe2.iBio,6Sii,6Ko,o80x aufwies. Production of the solid catalyst molding K5, the active multimetal oxide having the stoichiometry Moi2Co8.3Fe2.iBio,6Sii,6Ko,o80 x .
Die verwendeten Rührbehälter wurden jeweils im Beisein von Umgebungsluft befüllt. Beim Rühren/Vermischen waren sie mit einem Deckel luftdicht verschlossen, der zur Atmosphäre (1 ,01 bar) ein Überdruckventil aufwies. a) Herstellung einer wässrigen Lösung B The stirring containers used were each filled in the presence of ambient air. When stirring/mixing, they were sealed airtight with a lid that had a pressure relief valve to the atmosphere (1.01 bar). a) Preparation of an aqueous solution B
In einem mit einem Rührer ausgestatteten temperierbaren zylindrischen Rührbehälter (1 ,75 m3 Innenvolumen, 1 ,3 m Durchmesser) aus Edelstahl (EN 1.4541) wurden 654 kg vollentsalztes Wasser vorgelegt und unter Rühren (70 U/min) auf 60°C erhitzt. 654 kg of deionized water were placed in a temperature-controlled cylindrical stirring container (1.75 m 3 internal volume, 1.3 m diameter) made of stainless steel (EN 1.4541) equipped with a stirrer and heated to 60 ° C while stirring (70 rpm).
Anschließend wurden bei gleichbleibendem Rühren und unter Aufrechterhaltung der Temperatur von 60°C 0,36 kg einer wässrigen Kaliumhydroxidlösung (47,5 Gew.-% KOH), die eine Temperatur von 20°C aufwies, in einer Minute zugegeben. Unter Beibehalt der 60°C wurden dann bei gleichbleibendem Rühren 80,4 kg an feinkörnigem Ammoniumheptamolybdattetrahydrat (54,3 Gew.-% Mo, Lieferant: Fa. NIPPON INORGANIC COLOUR & CHEMICAL CO., LTD., 3-14-1 Funado ltabashi-ku Tokyo 174-0041 Japan), das eine Temperatur von 25°C aufwies, portionsweise eingerührt und die dabei resultierende wässrige Lösung (durch geringste nicht lösliche Isopolymolybdatverunreinigungen wies sie eine leichte Trübheit auf) bei 60°C 60 min nachgerührt (70 Ü/min). b) Herstellung einer wässrigen Lösung A Then, with constant stirring and maintaining the temperature of 60 ° C, 0.36 kg of an aqueous potassium hydroxide solution (47.5% by weight of KOH), which had a temperature of 20 ° C, was added in one minute. While maintaining the 60 ° C, 80.4 kg of fine-grained ammonium heptamolybdate tetrahydrate (54.3% by weight Mo, supplier: NIPPON INORGANIC COLOR & CHEMICAL CO., LTD., 3-14-1 Funado ltabashi -ku Tokyo 174-0041 Japan), which had a temperature of 25 ° C, stirred in portions and the resulting aqueous solution (it was slightly cloudy due to the slightest insoluble isopolymolybdate impurities) was stirred at 60 ° C for 60 minutes (70 nights / minutes). b) Preparation of an aqueous solution A
In einem mit einem Rührer ausgestatteten temperierbaren zylindrischen Rührbehälter (1 ,75 m3 Innenvolumen, 1,3 m Durchmesser) aus Edelstahl (EN 1.4541) wurden 148,4 kg einer wässrigen salpetersauren Kobalt-(ll)-nitratlösung (12,5 Gew.-% Co, 27 Gew.-% Nitrat, hergestellt durch Lösen von Kobaltmetall der Fa. MFT Metals % Ferro-Alloys Trading GmbH, D- 41474 Viersen, Reinheit > 99,6 Gew.-% Co, < 0,3 Gew.-% Ni, < 100 mg/kg Fe, < 50 mg/kg Cu in wässriger Salpetersäure) vorgelegt und unter Rühren (70 U/min) auf 60°C erwärmt. 148.4 kg of an aqueous nitric acid cobalt (II) nitrate solution (12.5 wt. -% Co, 27% by weight nitrate, produced by dissolving cobalt metal from MFT Metals % Ferro-Alloys Trading GmbH, D- 41474 Viersen, purity > 99.6% by weight Co, < 0.3% by weight. -% Ni, <100 mg/kg Fe, <50 mg/kg Cu in aqueous nitric acid) and heated to 60° C. with stirring (70 rpm).
Unter fortgesetztem Rühren (70 U/min) und fortgesetzter Temperierung auf 60°C wurden 32,3 kg einer 60°C warmen Eisen-(lll)-nitrat-nonahydrat-Schmelze (13,8 Gew.-% Fe, < 0,4 Gew.-% Alkalimetalle, < 0,01 Gew.-% Chlorid, < 0,02 Gew.-% Sulfat, der Fa. Dr. Paul Lohmann GmbH, D-81857 Emmerthal) zudosiert und 30 Minuten bei 60°C nachgerührt (70 U/min). With continued stirring (70 rpm) and continued heating to 60 ° C, 32.3 kg of a 60 ° C warm iron (III) nitrate nonahydrate melt (13.8% by weight Fe, <0, 4% by weight alkali metals, <0.01% by weight chloride, <0.02% by weight sulfate, from Dr. Paul Lohmann GmbH, D-81857 Emmerthal) and stirred at 60 ° C for 30 minutes (70 rpm).
Zur dabei resultierenden wässrigen Lösung wurden unter Beibehalt der 60°C und fortgesetztem Rühren (70U/min) 42,8 kg einer 60°C warmen, wässrigen, salpetersauren Wismutnitratlösung (11 ,1 Gew.-% Bi, 13 Gew.-% Nitrat (NO3-), hergestellt durch Lösen von Wismutmetall der Fa. Sidech S.A., BE-1495 Tilly, Reinheit > 99,997 Gew.-% Bi, < 7 mg/kg Pb, je < 5 mg/kg Ni, Ag, Fe, je < 3 mg/kg Cu, Sb und je < 1 mg/kg Cd, Zn in wässriger Salpetersäure) gegeben und anschließend noch 30 Minuten bei 60°C nachgerührt (70 U/min). c) Vermischen der wässrigen Lösung A mit der wässrigen Lösung B 42.8 kg of a 60° C. warm, aqueous, nitric acid bismuth nitrate solution (11.1% by weight Bi, 13% by weight nitrate) were added to the resulting aqueous solution while maintaining the 60 ° C and continued stirring (70 rpm). (NO 3- ), produced by dissolving bismuth metal from Sidech SA, BE-1495 Tilly, purity > 99.997 wt.% Bi, <7 mg/kg Pb, <5 mg/kg each Ni, Ag, Fe, <3 mg/kg each of Cu, Sb and <1 mg/kg each of Cd, Zn in aqueous nitric acid) and then stirred for a further 30 minutes at 60° C. (70 rpm). c) Mixing the aqueous solution A with the aqueous solution B
Die 60°C warme wässrige Lösung A wurde innerhalb von 15 Minuten kontinuierlich in die intensiv gerührte (70 U/min) 60°C warm gehaltene wässrige Lösung B eindosiert. Die entstehende wässrige Suspension wurde noch 15 Minuten bei 60°C nachgerührt. d) Zugabe eines Kieselsols unter Erhalt einer wässrigen Mischung M The 60 ° C warm aqueous solution A was continuously metered into the intensively stirred (70 rpm) 60 ° C warm aqueous solution B within 15 minutes. The resulting aqueous suspension was stirred at 60 ° C for a further 15 minutes. d) Addition of a silica sol to obtain an aqueous mixture M
Nach beendetem Nachrühren wurden daran unmittelbar anschließend dem in c) erhaltenen wässrigen Gemisch 7,4 kg auf 60°C erwärmtes Kieselgel der Firma Grace GmbH & KG, In der Hollerecke 1, D-67545 Worms vom Typ LUDOX TM50 (47,5 Gew-% SiÜ2) zugegeben. e) Sprühtrocknung der wässrigen Mischung M After stirring had ended, 7.4 kg of silica gel from Grace GmbH & KG, In der Hollerecke 1, D-67545 Worms of the type LUDOX TM50 (47.5 wt.) heated to 60° C. were immediately added to the aqueous mixture obtained in c). % SiÜ2) added. e) Spray drying of the aqueous mixture M
Die Sprühtrocknung der wässrigen Mischung M erfolgte unmittelbar nach deren Herstellung. Die jeweils (auch während der Sprühtrocknung) bei 60°C mittels des Rührers (40 U/min) weiter gerührte wässrige Mischung (Suspension) M wurde in einem Sprühturm (Typ S-50-N/R vom Firma Niro A/S, aus Edelstahl 1.4541) im Heißluftgleichstrom sprühgetrocknet (Gaseintrittstemperatur: 350 ± 10 C, Gasaustrittstemperatur: 140 ± 5°C, Gasstromstärke: 2200 ± 100 Nm3/h, Drehzahl des Zerstäuberrads: 20000 U/min). The spray drying of the aqueous mixture M took place immediately after its production. The aqueous mixture (suspension) M, which was further stirred (also during spray drying) at 60 ° C using the stirrer (40 rpm), was removed in a spray tower (type S-50-N/R from Niro A/S). Stainless steel 1.4541) spray-dried in hot air direct current (gas inlet temperature: 350 ± 10 C, gas outlet temperature: 140 ± 5 ° C, gas flow rate: 2200 ± 100 Nm 3 /h, speed of the atomizer wheel: 20,000 rpm).
Das erhaltene Sprühpulver wurde bis zu seiner Weiterverarbeitung in luftdicht verschlossenen Behältern (200 I oder 1000 I Innenvolumen, 25°C, Atmosphärendruck) zwischengelagert (10 Kalendertage; eine kürzere oder eine längere Zwischenlagerung (bis zu 30 Kalendertage) hatte keinen Einfluss auf die resultierenden Ergebnisse). Der Glühverlust des erhaltenen Sprühpulvers (3 h bei 600°C (Pulvertemperatur) unter stehender, im Überschuss vorhandener Luft glühen) betrug 31 ± 2 Gew.-% seines Ausgangsgewichts. Der Sprühpulver wies einen D50 von 35 ± 10 pm (D50 bedeutet, dass 50% der Partikel kleiner sind als der angegebene Wert) bei Dispergierdruck von 2.0 bar absolut. f) Herstellung ringähnlicher Vorläuferformkörper The spray powder obtained was temporarily stored (10 calendar days) in airtight containers (200 l or 1000 l internal volume, 25 ° C, atmospheric pressure) until further processing; shorter or longer interim storage (up to 30 calendar days) had no influence on the resulting results ). The loss on ignition of the spray powder obtained (annealing for 3 hours at 600 ° C (powder temperature) under standing air in excess) was 31 ± 2% by weight of its initial weight. The spray powder had a D50 of 35 ± 10 pm (D50 means that 50% of the particles are smaller than the specified value) at a dispersion pressure of 2.0 bar absolute. f) Production of ring-like precursor shaped bodies
100 kg Sprühpulver und 1 kg Graphit (Sorte 3160 der Fa. Asbury Graphite Mills Inc., New Jersey 08802) wurden dann in einem Schräglagen-Mischer (Typ VIL, Füllvolumen: 200 I, Aachener Misch- und Knetmaschinenfabrik) mit Misch- und Schneidflügel (Drehzahl Mischflügel: 39 ll/min, Drehzahl Schneidflügel: 3000 ll/min) vorgelegt und 5 Minuten vorgemischt. 100 kg of spray powder and 1 kg of graphite (grade 3160 from Asbury Graphite Mills Inc., New Jersey 08802) were then placed in an inclined mixer (type VIL, filling volume: 200 l, Aachen mixing and kneading machine factory) with mixing and cutting blades (mixing blade speed: 39 ll/min, cutting blade speed: 3000 ll/min) and pre-mixed for 5 minutes.
Das resultierende Gemisch wurde dann in einem Kompakter Typ K200/100 der Fa. Hosokawa Bepex GmbH) mit konkaven, geriffelten Glattwalzen (Walzendurchmesser 100 mm, Walzenlänge 200 mm, Spaltweite: 2,8 mm, Walzendrehzahl: 5 ll/min, Presskraftsollwert: 80 kN, längenspezifische Presskraftsollwert 8 kN / cm) verdichtet. Über integrierte Schwingsiebe der Fa. Allgaier (Siebweite Überkorn: 1 ,5 mm, Siebweite Unterkorn: 200 pm) mit Kugel-Siebhilfen (Durchmesser 22 mm) wurde ein Kompaktat mit einer größtenteils zwischen 200 pm und 1 ,5 mm liegenden Partikelgröße isoliert. The resulting mixture was then placed in a compact type K200/100 from Hosokawa Bepex GmbH) with concave, fluted smooth rollers (roll diameter 100 mm, roller length 200 mm, gap width: 2.8 mm, roller speed: 5 ll/min, press force setpoint: 80 kN, length-specific pressing force setpoint 8 kN / cm). A compact with a particle size mostly between 200 pm and 1.5 mm was isolated using integrated vibrating screens from Allgaier (screen width oversize: 1.5 mm, screen width undersize: 200 pm) with ball sieve aids (diameter 22 mm).
Für die Tablettierung wurden dem Kompaktat in einem Turbulent-Mischer der Firma Drais innerhalb von 2 Minuten weitere 2,5 Gew.-% des Graphits (Sorte 3160 der Fa. Asbury Graphite Mills I nc. , New Jersey 08802) zugemischt. For tabletting, a further 2.5% by weight of the graphite (grade 3160 from Asbury Graphite Mills Inc., New Jersey 08802) was added to the compact in a turbulent mixer from Drais within 2 minutes.
Anschließend wurde das wie beschrieben erzeugte Granulat mit Hilfe eines Kilian E150+ Rundläufers (mit 21 EURO D Matrizen) unter trocknen Luftatmosphäre zu ringähnlichen Vorläuferformkörpern der Geometrie A x H x I = 5 mm x 3 mm x 2 mm mit nicht gekrümmter (das heißt planarer) Stirnfläche einer Masse (Mv) von 102 mg verdichtet (tablettiert). Die Drehzahl des Rotors betrug 25 U/min. Die Seitendruckfestigkeit (SDFV) der resultierenden ringähnlichen Vorläuferformkörper betrug 12 N. g) Thermische Vorbehandlung und Kalzinierung der in f) hergestellten ringähnlichen Vorläuferformkörper The granules produced as described were then formed using a Kilian E150+ rotary machine (with 21 EURO D matrices) under a dry air atmosphere to form ring-like precursor moldings with the geometry A x H x I = 5 mm x 3 mm x 2 mm with a non-curved (i.e. planar) Front surface of a mass (Mv) of 102 mg is compacted (tableted). The rotor speed was 25 rpm. The lateral compressive strength (SDF V ) of the resulting ring-like precursor moldings was 12 N. g) Thermal pretreatment and calcination of the ring-like precursor moldings produced in f).
1000 g der hergestellten Vorläuferformkörper wurden gleichmäßig aufgeteilt auf nebeneinander angeordnete vier Gitternetze mit einer Grundfläche von jeweils 150 mm x 150 mm (Schütthöhe: 15 mm) in einem mit 4500 Nl/h zuvor getrockneter Luft (die eine Eintrittstemperatur von 140°C aufwies) durchströmten Umluftschachtofen (Firma Nabertherm GmbH, D-28865 Lilienthal; Ofen Modell S60/65A) aufgebracht (der Umluftofen befand sich in einer 25°C aufweisenden Umgebung). Anschließend wurde unter Beibehalt des Luftstroms (einschließlich seiner Eintrittstemperatur) die Temperatur im Umluftschachtofen wie folgt variiert (die Temperaturangaben bedeuten die Temperatur im jeweiligen aufgebrachten Schüttgut; diese wurde mittels vier Thermoelementen bestimmt, die sich jeweils in der geometrischen Mitte der vier Gitternetze im Zentrum des auf dem jeweiligen Gitternetz aufgebrachten Schüttgutes befanden; eines der Thermoelemente stellte den Istwert zur Temperaturregelung des Umluftschachtofens bereit; die anderen Thermoelemente bestätigten, dass die Temperaturen innerhalb des Intervalls ± 0,1 °C identisch waren). Die Temperaturerhöhungen erfolgten über die Zeit im Wesentlichen linear. Innerhalb von 72 Minuten wurde von 25°C auf 130°C aufgeheizt. Die 130°C wurde 72 Minuten aufrechterhalten, bevor die Temperatur innerhalb von 36 Minuten auf 190 °C erhöht wurde. Die 190°C wurden 72 Minuten gehalten, bevor die Temperatur innerhalb von 36 Minuten auf 220°C erhöht wurde. Die 220°C wurden 72 Minuten gehalten, bevor die Temperatur innerhalb von 36 Minuten auf 265°C erhöht wurde. Die 265°C wurden 72 Minuten gehalten, bevor die Temperatur innerhalb von 93 Minuten auf 380°C erhöht wurde. Die 380°C wurden 187 Minuten gehalten, bevor die Temperatur innerhalb von 93 Minuten auf 430°C erhöht wurde. Die 430°C wurden 187 Minuten gehalten, bevor innerhalb von 93 Minuten auf die Endkalzinationstemperatur von 500°C erhöht wurde. Diese wurde 463 Minuten aufrechterhalten. Dann wurde innerhalb von 12 Stunden auf 25°C abgekühlt. Hierzu wurde sowohl die Beheizung des Umluftschachtofens als auch die Luftstromvorheizung abgeschaltet (der Luftstrom von 4500 Nl/h als solcher wurde jedoch beibehalten; die Eintrittstemperatur des Luftstroms betrug dann 25°C). Beispiel 6 (nicht erfindungsgemäß) 1000 g of the precursor moldings produced were evenly divided into four grids arranged next to one another, each with a base area of 150 mm x 150 mm (filling height: 15 mm) in a flow of previously dried air (which had an inlet temperature of 140 ° C) with 4500 Nl / h Circulating air shaft furnace (company Nabertherm GmbH, D-28865 Lilienthal; furnace model S60/65A) was applied (the circulating air furnace was in an environment at 25 ° C). The temperature in the circulating air shaft furnace was then varied as follows while maintaining the air flow (including its inlet temperature) (the temperature information means the temperature in the respective applied bulk material; this was determined using four thermocouples, each of which is located in the geometric center of the four grids in the center of the the bulk material applied to the respective grid; one of the thermocouples provided the actual value for temperature control of the circulating air shaft furnace; the other thermocouples confirmed that the temperatures were identical within the interval ± 0.1 °C). The temperature increases were essentially linear over time. It was heated from 25°C to 130°C within 72 minutes. The 130°C was maintained for 72 minutes before the temperature was increased to 190°C over 36 minutes. The 190°C was held for 72 minutes before the temperature was increased to 220°C over 36 minutes. The 220°C was held for 72 minutes before the temperature was increased to 265°C over 36 minutes. The 265°C was held for 72 minutes before the temperature was increased to 380°C over 93 minutes. The 380°C was held for 187 minutes before the temperature was increased to 430°C over 93 minutes. The 430 ° C was held for 187 minutes before increasing to the final calcination temperature of 500 ° C within 93 minutes. This was maintained for 463 minutes. The mixture was then cooled to 25°C within 12 hours. For this purpose, both the heating of the circulating air shaft furnace and the air flow preheating were switched off (however, the air flow of 4500 Nl/h as such was maintained; the inlet temperature of the air flow was then 25 ° C). Example 6 (not according to the invention)
Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K6, wobei das aktive Multimetalloxid die Stöchiometrie Moi2Co8.3Fe2.iBio,eSii,6Ko,o80x aufwies. Production of the solid catalyst shaped body K6, the active multimetal oxide having the stoichiometry Moi2Co8.3Fe2.iBio,eSii,6Ko,o80 x .
Die Herstellung der Vollkatalysatorformkörper K6 erfolgte wie die Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K5 mit einer Modifikation in f). The production of the solid catalyst moldings K6 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst moldings K5 with a modification in f).
Die Vorläuferformkörper wurden auf eine Masse (Mv) von 119 mg verdichtet (tablettiert). Die Seitendruckfestigkeit (SDFv) der resultierenden ringähnlichen Vorläuferformkörper betrug 26 N.The precursor moldings were compressed (tableted) to a mass (M v ) of 119 mg. The lateral compressive strength (SDFv) of the resulting ring-like precursor moldings was 26 N.
Beispiel 7 Example 7
Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K7, wobei das aktive Multimetalloxid die Stöchiometrie Moi2Co8.3Fe2.iBio,eSii,6Ko,o80x aufwies. Production of the solid catalyst molding K7, the active multimetal oxide having the stoichiometry Moi2Co8.3Fe2.iBio,eSii,6Ko,o80 x .
Die Herstellung der Vollkatalysatorformkörper K7 erfolgte wie die Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K5 mit einer Modifikation in f). The production of the solid catalyst moldings K7 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst moldings K5 with a modification in f).
Das erzeugte Granulat wurde in f) mit Hilfe eines Korsch PH 865 Rundläufers (mit 65 Matrizen) unter trocknen Luftatmosphäre zu ringähnlichen Vorläuferformkörpern der Geometrie A x H x I = 5 mm x 5 mm x 2 mm mit nicht gekrümmter (das heißt planarer) Stirnfläche einer Masse (Mv) von 166 mg verdichtet (tablettiert). Die Drehzahl des Rotors betrug 40 U/rnin. Die Seitendruckfestigkeit (SDFv) der resultierenden ringähnlichen Vorläuferformkörper betrug 10 N.The granules produced were in f) using a Korsch PH 865 rotary machine (with 65 matrices) under a dry air atmosphere to form ring-like precursor moldings with the geometry A x H x I = 5 mm x 5 mm x 2 mm with a non-curved (i.e. planar) end face Compressed (tabletted) to a mass (Mv) of 166 mg. The speed of the rotor was 40 rpm. The lateral compressive strength (SDFv) of the resulting ring-like precursor moldings was 10 N.
Beispiel 8 Example 8
Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K8, wobei das aktive Multimetalloxid die Stöchiometrie Moi2Co8.3Fe2.iBio,eSii,6Ko,o80x aufwies. Production of the solid catalyst shaped body K8, the active multimetal oxide having the stoichiometry Moi2Co8.3Fe2.iBio,eSii,6Ko,o80 x .
Die Herstellung der Vollkatalysatorformkörper K8 erfolgte wie die Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K7 mit einer Modifikation in f). The production of the solid catalyst moldings K8 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst moldings K7 with a modification in f).
Die Vorläuferformkörper wurde auf eine Masse (Mv) von 185 mg verdichtet (tablettiert). Die Seitendruckfestigkeit (SDFV) der resultierenden ringähnlichen Vorläuferformkörper betrug 16 N.The precursor moldings were compressed (tableted) to a mass (M v ) of 185 mg. The lateral compressive strength (SDF V ) of the resulting ring-like precursor moldings was 16 N.
Beispiel 9 (nicht erfindungsgemäß) Example 9 (not according to the invention)
Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K9, wobei das aktive Multimetalloxid die Stöchiometrie Moi2Co8.3Fe2.iBio,eSii,6Ko,o80x aufwies. Production of the solid catalyst molding K9, the active multimetal oxide having the stoichiometry Moi2Co8.3Fe2.iBio,eSii,6Ko,o80 x .
Die Herstellung der Vollkatalysatorformkörper K9 erfolgte wie die Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K7 mit einer Modifikation in f). The production of the solid catalyst moldings K9 was carried out in the same way as the production of the solid catalyst moldings K7 with a modification in f).
Die Vorläuferformkörper wurden auf eine Masse (Mv) von 205 mg verdichtet (tablettiert). Die Seitendruckfestigkeit (SDFv) der resultierenden ringähnlichen Vorläuferformkörper betrug 26 N.The precursor moldings were compressed (tableted) to a mass (M v ) of 205 mg. The lateral compressive strength (SDFv) of the resulting ring-like precursor moldings was 26 N.
Beispiel 10 (nicht erfindungsgemäß) Example 10 (not according to the invention)
Herstellung des Vollkatalysatorformkörpers K10, wobei das aktive Multimetalloxid die Stöchiometrie [Bi2W20g 2WOs]o.4o x [Moi2Co5,4Fe3,iSii,5Ko,o80x]i aufwies. Production of the solid catalyst shaped body K10, the active multimetal oxide having the stoichiometry [Bi2W20g 2WOs]o.4o x [Moi2Co5,4Fe3,iSii,5Ko,o80 x ]i.
Die Herstellung der Vollkatalysatorformkörper K10 erfolgte gemäß Beispiel I der WO 2010/000720. Die ringähnlichen Vorläuferformkörpern der Geometrie A x H x I = 5 mm x 5 mm x 2 mm mit nicht gekrümmter (das heißt planarer) Stirnfläche hatten eine Masse (Mv) von 129 mg. The solid catalyst moldings K10 were produced according to Example I of WO 2010/000720. The ring-like precursor moldings with the geometry A x H x I = 5 mm x 5 mm x 2 mm with a non-curved (i.e. planar) end face had a mass (Mv) of 129 mg.
Testung der hergestellten ringförmigen Vollkatalysatoren K1 bis K10 für eine heterogen katalysierte Partialoxidation von Propen zu Acrolein und Acrylsäure: Testing of the produced ring-shaped unsupported catalysts K1 to K10 for a heterogeneously catalyzed partial oxidation of propene to acrolein and acrylic acid:
Für die Vollkatalysatorformkörper K1 bis K6 wurde ein Reaktionsrohr (Edelstahl Typ 1.4541 (EU Normnummer EN 10088-3); 33,7 mm Außendurchmesser; 2 mm Wandstärke; 29,7 mm Innendurchmesser; 400 cm Länge, 4 mm Thermohülse) verwendet. A reaction tube (stainless steel type 1.4541 (EU standard number EN 10088-3); 33.7 mm outer diameter; 2 mm wall thickness; 29.7 mm inner diameter; 400 cm length, 4 mm thermal sleeve) was used for the solid catalyst moldings K1 to K6.
Für die Vollkatalysatorformkörper K7 bis K10 wurde ein Reaktionsrohr (Edelstahl Typ 1.4541 (EU Normnummer EN 10088-3); 30 mm Außendurchmesser; 2 mm Wandstärke; 26 mm Innendurchmesser; 400 cm Länge, ohne Thermohülse) verwendet. A reaction tube (stainless steel type 1.4541 (EU standard number EN 10088-3); 30 mm outside diameter; 2 mm wall thickness; 26 mm inside diameter; 400 cm length, without thermal sleeve) was used for the solid catalyst moldings K7 to K10.
Das jeweilige Reaktionsrohr wurde von unten nach oben wie folgt beschickt: The respective reaction tube was charged from bottom to top as follows:
Abschnitt 1 : 60 cm Länge Section 1: 60 cm length
Vorschüttung aus Steatit-Ringen der Geometrie 7 mm x 3 mm x 4 mm (Außendurchmesser x Länge x Innendurchmesser; Steatit C220 der Fa. CeramTec); Pre-fill made of steatite rings with a geometry of 7 mm x 3 mm x 4 mm (outer diameter x length x inner diameter; steatite C220 from CeramTec);
Reaktionszone: bestehend aus 2 Abschnitten (siehe Tabelle 3; dabei liegt Zone 1 dem Reaktoreingang am nächsten) Reaction zone: consisting of 2 sections (see Table 3; zone 1 is closest to the reactor entrance)
Abschnitt 2: 30 cm Länge Section 2: 30cm length
Nachschüttung aus denselben Steatit-Ringen wie in Abschnitt 1 ; Replenishment from the same steatite rings as in section 1;
Abschnitt 3: Leerrohr Section 3: Conduit
In Tabelle 3 ist die Struktur der Reaktionszone dargestellt. Zur Einstellung der relativen volumenspezifischen Katalysatoraktivität wurden Vollkatalysatorformkörper mit inerten Steatitringen der Geometrie 5 mm x 3 mm x 2 mm (Außendurchmesser x Länge x Innendurchmesser, C220 Steatit von CeramTec) oder der Geometrie 5 mm x 5 mm x 2 mm (Außendurchmesser x Länge x Innendurchmesser, C220 Steatit von CeramTec) verdünnt.Table 3 shows the structure of the reaction zone. To adjust the relative volume-specific catalyst activity, solid catalyst moldings with inert steatite rings of the geometry 5 mm x 3 mm x 2 mm (outer diameter x length x inner diameter, C220 steatite from CeramTec) or the geometry 5 mm x 5 mm x 2 mm (outer diameter x length x inner diameter) were used , C220 Steatite from CeramTec).
Durch das jeweilige wie vorstehend beschrieben beschickte Reaktionsrohr wurde von oben nach unten durch das Reaktionsrohr strömend ein Reaktionsgasgemisch geführt, das folgende Gehalte aufwies: A reaction gas mixture which had the following contents was passed through the respective reaction tube charged as described above, flowing from top to bottom through the reaction tube:
5,8 bis 6,4 Vol.-% Propen, 5.8 to 6.4% by volume of propene,
1 ,5 bis 3 Vol.-% H2O, 1.5 to 3 vol.% H 2 O,
0,2 bis 0,5 Vol.-% CO, 0.2 to 0.5 vol.% CO,
0,6 bis 1 ,0 Vol.-% CO2, 0.6 to 1.0 vol.% CO2 ,
0,02 bis 0,05 Vol.-% Acrolein, 0.02 to 0.05 vol.% acrolein,
10,2 bis 11 ,7 Vol. -% O2 und als Restmenge ad 100 % molekularer Stickstoff. 10.2 to 11.7% by volume of O 2 and the remaining amount ad 100% molecular nitrogen.
Das Reaktionsrohr war über seine Länge jeweils von einem gerührten und von außen elektrisch beheizten Salzbad (Gemisch aus 53 Gew.-% Kaliumnitrat, 40 Gew.-% Natriumnitrit und 7 Gew.- % Natriumnitrat; 50 kg Salzschmelze) umspült (die Strömungsgeschwindigkeit am Rohr war 3 m3/h (in der Ebene senkrecht zur Längsachse des Rohres)). The length of the reaction tube was surrounded by a stirred and electrically heated salt bath (mixture of 53% by weight potassium nitrate, 40% by weight sodium nitrite and 7% by weight sodium nitrate; 50 kg of molten salt) (the flow velocity on the tube was 3 m 3 /h (in the plane perpendicular to the longitudinal axis of the pipe)).
Die Temperatur im Katalysatorbett der Vollkatalysatoren K1 bis K6 wurde durch ein Thermoelement, welches in einer Thermohülse, die sich im Inneren des Reaktorrohres befand, platziert war und mit Hilfe einer Zugmaschine von unten nach oben im Reaktorbett geschoben wurde, kontinuierlich gemessen. Die maximale Temperatur dieser Messung entsprach der Heißpunkttemperatur TH. The temperature in the catalyst bed of the solid catalysts K1 to K6 was moved from bottom to top in the reactor bed by a thermocouple, which was placed in a thermosleeve located inside the reactor tube, with the help of a tractor was measured continuously. The maximum temperature of this measurement corresponded to the hot spot temperature T H .
Der Falltest wird in dieser Schrift wie folgt durchgeführt: The drop test is carried out in this paper as follows:
50 g Vollkatalysatorformkörper werden durch ein 3,5 m langes vertikales Rohr mit lichtem Durchmesser von 23 mm fallengelassen. Der Vollkatalysatorformkörper fällt in eine unmittelbar unter dem Rohr stehende Schale aus Porzellan und wird von dem beim Aufschlag entstehenden Staub und Bruch abgetrennt. Die vom Staub und Bruch abgetrennten intakten Vollkatalysatorformkörper werden gewogen. Der Anteil zerbrochener Vollkatalysatorformkörper wird durch Vergleich der hierbei bestimmten Masse mit der Masse der eingesetzten Vollkatalysatorformkörper bestimmt. Der Anteil zerbrochener Vollkatalysatorformkörper ist ein Maß für die mechanische Beständigkeit der Vollkatalysatorformkörper. 50 g of solid catalyst moldings are dropped through a 3.5 m long vertical tube with a clear diameter of 23 mm. The solid catalyst molded body falls into a porcelain bowl located directly below the tube and is separated from the dust and breakage generated by the impact. The intact solid catalyst moldings separated from the dust and breakage are weighed. The proportion of broken solid catalyst moldings is determined by comparing the mass determined here with the mass of the solid catalyst moldings used. The proportion of broken solid catalyst moldings is a measure of the mechanical resistance of the solid catalyst moldings.
Unter der Selektivität der Wertproduktbildung (S (mol%)) wird in dieser Schrift verstanden: In this document, the selectivity of value product formation (S (mol%)) is understood to mean:
Molzahl Propen umgesetzt zu Acrolein und Acrylsäure x 100 Number of moles of propene converted to acrolein and acrylic acid x 100
S = -S = -
Molzahl Propen insgesamt umgesetzt Number of moles of propene converted in total
(die Umsatzzahlen jeweils bezogen auf einen einmaligen Durchgang des Reaktionsgasgemischs durch das Katalysatorfestbett). (the sales figures are based on a single passage of the reaction gas mixture through the fixed catalyst bed).
Der Vergleich der jeweiligen Beispielpaare E1/E2, E3/E4 und E5/E6 und der Vergleich der Beispiele E7 und E8 mit den Beispielen E9 und E10 zweigen eine deutlich höhere Wertproduktselektivität und eine deutlich höhere Wertproduktausbeute (bei geringerer Katalysatormasse) der erfindungsgemäßen Vollkatalysatorformkörpern. Gleichzeitig weisen die erfindungsgemäßen Vollkatalysatorformkörpern eine ausreichende mechanische Stabilität auf. The comparison of the respective example pairs E1/E2, E3/E4 and E5/E6 and the comparison of Examples E7 and E8 with Examples E9 and E10 show a significantly higher selectivity of valuable products and a significantly higher yield of valuable products (with a lower catalyst mass) of the shaped unsupported catalyst bodies according to the invention. At the same time, the shaped solid catalyst bodies according to the invention have sufficient mechanical stability.
abelle 1 : Vorläuferformkörper/Vollkatalysatorformkörper
Figure imgf000045_0001
) Vergleichsbeispiel ewichtsverlust Gewichtsverlust bei der thermischen Behandlung DFv Seitendruckfestigkeit
Table 1: Precursor moldings/solid catalyst moldings
Figure imgf000045_0001
) Comparative example weight loss weight loss during thermal treatment DFv side pressure resistance
abelle 2: Vollkatalysatorformkörper
Figure imgf000046_0001
) Vergleichsbeispiel ET = BET-Oberfläche V = Gesamtporenvolumen der Poren mit einem Durchmesser von >0.03 bis <300 pm V (0.01-0.1) = volumetrischer Anteil an Poren mit einem Durchmesser von >0.01 bis <0.1 pm am Gesamtporenvolumen V (0.1-1) = volumetrischer Anteil an Poren mit einem Durchmesser von >0.1 bis <1 pm am Gesamtporenvolumen V (1-10) = volumetrischer Anteil an Poren mit einem Durchmesser von >1 bis <10 pm am Gesamtporenvolumen V (10-300): = volumetrischer Anteil an Poren mit einem Durchmesser von >10 bis <300 pm am Gesamtporenvolumen
Table 2: Solid catalyst moldings
Figure imgf000046_0001
) Comparative example ET = BET surface V = total pore volume of the pores with a diameter of >0.03 to <300 pm V (0.01-0.1) = volumetric proportion of pores with a diameter of >0.01 to <0.1 pm in the total pore volume V (0.1-1 ) = volumetric proportion of pores with a diameter of >0.1 to <1 pm in the total pore volume V (1-10) = volumetric proportion of pores with a diameter of >1 to <10 pm in the total pore volume V (10-300): = volumetric Proportion of pores with a diameter of >10 to <300 pm in the total pore volume
abelle 3: Füllung der Reaktionsrohre
Figure imgf000047_0001
) Vergleichsbeispiel
Table 3: Filling the reaction tubes
Figure imgf000047_0001
) Comparison example
abelle 4: Reaktionsbedingungen/Ausbeute
Figure imgf000048_0001
) Vergleichsbeispiel ropenbelastung Quotient aus Propenmengenstrom (Nl/h) und Leerrohrvolumen der Reaktionszone (I)elektivität Wertproduktselelektivität (Acrolein + Acrylsäure) usbeute Wertproduktausbeute (Acrolein + Acrylsäure)
Table 4: Reaction conditions/yield
Figure imgf000048_0001
) Comparative example rope load Quotient of propene flow rate (Nl/h) and empty tube volume of the reaction zone (I) selectivity value product selectivity (acrolein + acrylic acid) us yield value product yield (acrolein + acrylic acid)

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Verfahren zur Herstellung von Vollkatalysatorformkörpern zur Gasphasenoxidation eines Aikens und/oder eines Alkohols zu einem a,ß-ungesättigtem Aldehyd und/oder einer a,ß- ungesättigten Carbonsäure, wobei die Vollkatalysatorformkörper wenigstens die Elemente Molybdän, Wismut, Eisen und Kobalt umfasst, wobei a) aus jeweils mindestens einer Quelle der elementaren Konstituenten Molybdän, Wismut, Eisen, Kobalt und optional mindestens einer Quelle des elementaren Konstituenten Nickel eine wässrige Lösung oder wässrige Suspension erzeugt wird, b) durch Trocknung der in a) erhaltenen wässrigen Lösung oder wässrigen Suspension und optional Zerkleinerung ein Pulver P erzeugt wird, c) dass in b) erhaltene Pulver P, optional unter Zusatz eines oder mehrerer Hilfsmittel und nach gleichmäßiger Vermischung und optionaler Kompaktierung, zu Vorläuferformkörpern mit einer zylindrischen Struktur verdichtet wird, und d) die in c) erhaltenen Vorläuferformkörper unter Ausbildung der Vollkatalysatorformkörper thermisch behandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bei der Verdichtung in c) so gewählt wird, dass die Dichte der Vorläuferformkörper von 1,70 bis 2,30 g/cm3 beträgt, wobei die Dichte der Vorläuferformkörper der Quotient aus der Masse und des geometrischen Volumens ist, und der Gewichtsverlust bei der thermischen Behandlung in d) von 25 bis 40 Gew.-% beträgt. 1. A process for producing unsupported shaped catalyst bodies for the gas phase oxidation of an aikene and/or an alcohol to form an α,ß-unsaturated aldehyde and/or an α,ß-unsaturated carboxylic acid, wherein the unsupported shaped catalyst bodies comprise at least the elements molybdenum, bismuth, iron and cobalt, wherein a) an aqueous solution or aqueous suspension is produced from at least one source of the elemental constituents molybdenum, bismuth, iron, cobalt and optionally at least one source of the elemental constituent nickel, b) by drying the aqueous solution or aqueous suspension obtained in a). and optionally comminution, a powder P is produced, c) that powder P obtained in b), optionally with the addition of one or more auxiliaries and after uniform mixing and optional compaction, is compacted into precursor moldings with a cylindrical structure, and d) in c) obtained precursor moldings are thermally treated to form the solid catalyst moldings, characterized in that the pressure during compression in c) is selected so that the density of the precursor moldings is from 1.70 to 2.30 g / cm 3 , the density of the precursor moldings is the quotient of the mass and the geometric volume, and the weight loss during the thermal treatment in d) is from 25 to 40% by weight.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zylindrische Struktur i) ein zylindrischer Körper mit einer in Längsrichtung mittigen kreisrunden durchgehenden Öffnung oder ii) ein gleichmäßig in Längsrichtung 3-fach eingekerbter zylindrischer Körper mit drei in Längsrichtung gleichmäßig angeordneten kreisrunden durchgehenden Öffnungen ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the cylindrical structure is i) a cylindrical body with a circular through-hole in the center in the longitudinal direction or ii) a cylindrical body which is evenly notched three times in the longitudinal direction and has three circular through-holes which are evenly arranged in the longitudinal direction .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Molybdän, berechnet als Moös, von 45 bis 75 Gew.-% beträgt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the molybdenum content of the unsupported catalyst moldings, calculated as moss, is from 45 to 75% by weight.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Wismut, berechnet als Bi2Ö3, von 1 bis 20 Gew.-% beträgt.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the bismuth content of the unsupported catalyst moldings, calculated as Bi 2 Ö3, is from 1 to 20% by weight.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Eisen, berechnet als Fe2Ö3, von 2 bis 12 Gew.-% beträgt.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the iron content of the solid catalyst moldings, calculated as Fe 2 Ö3, is from 2 to 12% by weight.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Vollkatalysatorformkörper an Kobalt und Nickel, berechnet als Coö und Niö, insgesamt von 9 bis 30 Gew.-% beträgt. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the content of cobalt and nickel in the solid catalyst moldings, calculated as Coö and Niö, is a total of 9 to 30% by weight.
7. Vollkatalysatorformkörper mit einer zylindrischen Struktur zur Gasphasenoxidation eines Aikens und/oder eines Alkohols zu einem a,ß-ungesättigtem Aldehyd und/oder einer a,ß- ungesättigten Carbonsäure, erhältlich nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Vollkatalysatorformkörper wenigstens die Elemente Molybdän, Wismut, Eisen und Kobalt umfasst, wobei die Dichte des Vollkatalysatorformkörpers von 1 ,20 bis 1,70 g/cm3 beträgt, wobei die Dichte des Vollkatalysatorformkörpers der Quotient aus der Masse und des geometrischen Volumens ist, das Gesamtporenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers von 0,33 bis 0,60 cm3/g beträgt und das Porenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers im Bereich von 0,1 bis 1 pm von 85 bis 99% des Gesamtporenvolumens beträgt, wobei das Gesamtporenvolumen und das Porenvolumen im Bereich von 0,1 bis 1 pm durch Quecksil- berporosimetrie bestimmt wird. 7. Unsupported shaped catalyst body with a cylindrical structure for the gas phase oxidation of an Aikens and / or an alcohol to an a, ß-unsaturated aldehyde and / or an a, ß-unsaturated carboxylic acid, obtainable according to a process of claims 1 to 6, wherein the unsupported shaped catalyst body at least Elements include molybdenum, bismuth, iron and cobalt, the density of the solid catalyst shaped body being from 1.20 to 1.70 g/cm 3 is, where the density of the unsupported shaped catalyst body is the quotient of the mass and the geometric volume, the total pore volume of the unsupported shaped catalyst body is from 0.33 to 0.60 cm 3 /g and the pore volume of the unsupported shaped catalyst body is in the range of 0.1 to 1 pm 85 to 99% of the total pore volume, the total pore volume and the pore volume in the range from 0.1 to 1 pm being determined by mercury porosimetry.
8. Vollkatalysatorformkörper nach Anspruch 7, wobei die zylindrische Struktur i) ein zylindrischer Körper mit einer in Längsrichtung mittigen kreisrunden durchgehenden Öffnung oder ii) ein gleichmäßig in Längsrichtung 3-fach eingekerbter zylindrischer Körper mit drei in Längsrichtung gleichmäßig angeordneten kreisrunden durchgehenden Öffnungen ist. 8. Solid catalyst molded body according to claim 7, wherein the cylindrical structure is i) a cylindrical body with a circular through-hole opening in the center in the longitudinal direction or ii) a cylindrical body which is evenly notched three times in the longitudinal direction and has three circular through-holes which are evenly arranged in the longitudinal direction.
9. Vollkatalysatorformkörper nach Anspruch 8, wobei der kürzeste Abstand zwischen der Außenwand des zylindrischen Körpers und der nächsten durchgehenden Öffnung von 0,75 bis 2,5 mm beträgt. 9. Solid catalyst molding according to claim 8, wherein the shortest distance between the outer wall of the cylindrical body and the next through opening is from 0.75 to 2.5 mm.
10. Vollkatalysatorformkörper einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Dichte des Vollkatalysatorformkörpers von 1 ,35 bis 1 ,55 g/cm3 beträgt. 10. Unsupported shaped catalyst body according to one of claims 7 to 9, wherein the density of the unsupported shaped catalyst body is from 1.35 to 1.55 g/cm 3 .
11. Vollkatalysatorformkörper nach einem der Ansprüche 7 bis10, wobei das Gesamtporenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers von 0,36 bis 0,45 cm3/g beträgt. 11. Unsupported shaped catalyst body according to one of claims 7 to 10, wherein the total pore volume of the unsupported shaped catalyst body is from 0.36 to 0.45 cm 3 /g.
12. Vollkatalysatorformkörper nach einem der Ansprüche 7 bis 11 , wobei Vollkatalysatorformkörper nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Porenvolumen des Vollkatalysatorformkörpers im Bereich von 0,1 bis 1 pm von 88 bis 96% des Gesamtporenvolumens beträgt 12. Unsupported catalyst molding according to one of claims 7 to 11, wherein unsupported catalyst molding according to one of claims 7 to 9, wherein the pore volume of the unsupported catalyst molding is in the range from 0.1 to 1 pm of 88 to 96% of the total pore volume
13. Verfahren zur Herstellung eines a,ß-ungesättigtem Aldehyds und/oder einer a,ß-ungesättig- ten Carbonsäure, wobei ein Alken und/oder ein Alkohol mit molekularem Sauerstoff über ein Katalysatorfestbett, das eine Schüttung aus Vollkatalysatorformkörpern nach eine der Ansprüche 7 bis 12 umfasst, geleitet wird. 13. A process for producing an α,β-unsaturated aldehyde and/or an α,β-unsaturated carboxylic acid, wherein an alkene and/or an alcohol with molecular oxygen over a fixed catalyst bed which is a bed of unsupported shaped catalyst bodies according to one of claims 7 up to 12 includes.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Propen als Alken eingesetzt wird. 14. The method according to claim 13, characterized in that the propene is used as an alkene.
15. Festbettreaktor, enthaltend eine Schüttung aus Vollkatalysatorformkörpern nach einem der Ansprüche 7 bis 12. 15. Fixed bed reactor containing a bed of solid catalyst moldings according to one of claims 7 to 12.
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