DE102011079035A1 - Molybdenum, bismuth and iron containing multi-metal oxide composition useful for catalyzing a heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of alkane, alkanol, alkanal, alkene and/or alkenal on a catalyst bed - Google Patents
Molybdenum, bismuth and iron containing multi-metal oxide composition useful for catalyzing a heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of alkane, alkanol, alkanal, alkene and/or alkenal on a catalyst bed Download PDFInfo
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Abstract
Mo, Bi und Fe enthaltende Multimetalloxidmassen der allgemeinen Stöchiometrie I,
a = 0,5 bis 1,
b = 7 bis 8,5,
c = 1,5 bis 3,0,
d = 0 bis 0,15,
e = 0 bis 2,5 und
x = die elektrische Neutralität des Multimetalloxids gewährleistender stöchiometrischer Koeffizient von O2–,
sowie
12 – b – 1,5·c = A und 0,5 ≤ A ≤ 1,5,
0,2 ≤ a/A ≤ 1,3, und
2,5 ≤ b/c ≤ 9,
und deren Verwendung.Mo, Bi and Fe containing multimetal oxide materials of general stoichiometry I,
a = 0.5 to 1,
b = 7 to 8.5,
c = 1.5 to 3.0,
d = 0 to 0.15,
e = 0 to 2.5 and
x = the electrical neutrality of the multimetal oxide ensuring stoichiometric coefficient of O 2- ,
such as
12 - b - 1.5 · c = A and 0.5 ≤ A ≤ 1.5,
0.2 ≤ a / A ≤ 1.3, and
2.5 ≤ b / c ≤ 9,
and their use.
Description
Vorliegende Erfindung betrifft Mo, Bi und Fe enthaltende Multimetalloxidmassen der allgemeinen Stöchiometrie I,
a = 0,5 bis 1,
b = 7 bis 8,5,
c = 1,5 bis 3,0,
d = 0 bis 0,15,
e = 0 bis 2,5 und
x = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in I bestimmt wird,
und die folgenden Bedingungen erfüllen:
Bedingung 1 : 12 – b – 1,5·c = A,
und
0,5 ≤ A ≤ 1,5;
Bedingung 2 : 0,2 ≤ a/A ≤ 1,3; und
Bedingung 3 : 2,5 ≤ b/c ≤ 9.The present invention relates to Mo, Bi and Fe-containing multimetal oxide materials of general stoichiometry I,
a = 0.5 to 1,
b = 7 to 8.5,
c = 1.5 to 3.0,
d = 0 to 0.15,
e = 0 to 2.5 and
x = a number determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in I,
and meet the following conditions:
Condition 1: 12 - b - 1.5 · c = A,
and
0.5 ≤ A ≤ 1.5;
Condition 2: 0.2 ≤ a / A ≤ 1.3; and
Condition 3: 2.5 ≤ b / c ≤ 9.
Außerdem betrifft vorliegende Erfindung Verfahren zur Herstellung von Multimetalloxidmassen der allgemeinen Stöchiometrie I, sowie deren Verwendung als katalytische Aktivmassen von Katalysatoren für die heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation organischer Verbindungen, insbesondere derjenigen von Propen zu Acrolein als Hauptprodukt sowie Acrylsäure als Nebenprodukt.Moreover, the present invention relates to processes for the preparation of multimetal oxide of general stoichiometry I, and their use as catalytic active compositions of catalysts for the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of organic compounds, in particular those of propene to acrolein as the main product and acrylic acid as a byproduct.
Mo, Bi und Fe enthaltende Multimetalloxidmassen der allgemeinen Stöchiometrie I, die die Bedingungen 1, 2 und 3 nicht erfüllen, sind z.B. aus der
Aus der
Nachteilig an den Multimetalloxidmassen der
Das bezüglich der Multimetalloxidmassen der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher insbesondere darin, Mo, Bi und Fe enthaltende Multimetalloxidmassen zur Verfügung zu stellen, die als Aktivmassen von Katalysatoren für die heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein als Hauptprodukt und Acrylsäure als Nebenprodukt eine verbesserte Gesamtselektivität der Bildung von Acrolein und Acrylsäure (d. h., eine verbesserte Wertproduktgesamtselektivität) ermöglichen.The object of the present invention was therefore, in particular, to provide Mo, Bi and Fe-containing multimetal oxide compositions which have improved overall selectivity of the formation of acrolein as active compositions of catalysts for the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein as the main product and acrylic acid as by-product and acrylic acid (ie, improved total product value selectivity).
Als Lösung der Aufgabe werden Mo, Bi und Fe enthaltende Multimetalloxidmassen der allgemeinen Stöchiometrie I,
a = 0,5 bis 1,
b = 7 bis 8,5,
c = 1,5 bis 3,0,
d = 0 bis 0,15,
e = 0 bis 2,5 und
x = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in I bestimmt wird,
und die folgenden Bedingungen erfüllen:
Bedingung 1 : 12 – b – 1,5·c = A,
und
0,5 ≤ A ≤ 1,5;
Bedingung 2 : 0,2 ≤ a/A ≤ 1,3; und
Bedingung 3 : 2,5 ≤ b/c ≤ 9,
zur Verfügung gestellt.As a solution to the problem Mo, Bi and Fe containing multimetal oxide of general stoichiometry I,
a = 0.5 to 1,
b = 7 to 8.5,
c = 1.5 to 3.0,
d = 0 to 0.15,
e = 0 to 2.5 and
x = a number determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in I,
and meet the following conditions:
Condition 1: 12 - b - 1.5 · c = A,
and
0.5 ≤ A ≤ 1.5;
Condition 2: 0.2 ≤ a / A ≤ 1.3; and
Condition 3: 2.5 ≤ b / c ≤ 9,
made available.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist der stöchiometrische Koeffizient d 0,04 bis 0,1, und besonders bevorzugt 0,05 bis 0,08.According to the invention, the stoichiometric coefficient d is 0.04 to 0.1, and particularly preferably 0.05 to 0.08.
Der stöchiometrische Koeffizient e beträgt erfindungsgemäß vorteilhaft 0,5 bis 2, und besonders vorteilhaft 0,8 bis 1,8 bzw. 1 bis 1,6.According to the invention, the stoichiometric coefficient e is advantageously 0.5 to 2, and particularly advantageously 0.8 to 1.8 or 1 to 1.6.
Darüber hinaus gilt für die Bedingung 1 vorteilhaft 0,5 ≤ A ≤ 1,25, und besonders vorteilhaft 0,5 ≤ A ≤ 1.Moreover, for the
Für die Bedingung 2 gilt erfindungsgemäß bevorzugt 0,3 ≤ a/A ≤ 1,2, und besonders bevorzugt 0,4 ≤ a/A ≤ 1,2, sowie ganz besonders bevorzugt 0,5 ≤ a/A ≤ 1,2.For
Der Quotient b:c = b/c (die Bedingung 3) erfüllt erfindungsgemäß vorteilhaft die Relation 3 ≤ b/c ≤ 9, besonders vorteilhaft die Relation 3 ≤ b/c ≤ 7, und ganz besonders vorteilhaft die Relation 3 ≤ b/c ≤ 5.The quotient b: c = b / c (condition 3) advantageously satisfies the
Ganz besonders bevorzugte Multimetalloxidmassen der allgemeinen Stöchiometrie I sind somit jene, bei denen gleichzeitig gilt:
d = 0,04 bis 0,1;
e = 0,5 bis 2;
0,5 ≤ A ≤ 1,25;
0,4 ≤ a/A ≤ 1,2; und
3 ≤ b/c ≤ 9.Very particularly preferred multimetal oxide materials of general stoichiometry I are thus those in which the following applies at the same time:
d = 0.04 to 0.1;
e = 0.5 to 2;
0.5 ≤ A ≤ 1.25;
0.4 ≤ a / A ≤ 1.2; and
3 ≤ b / c ≤ 9.
Alternativ sind ganz besonders bevorzugt Multimetalloxidmassen der allgemeinen Stöchiometrie I solche, bei denen gleichzeitig gilt:
d = 0,04 bis 0,1;
e = 0,8 bis 1,8;
0,5 ≤ A ≤ 1;
0,5 ≤ a/A ≤ 1,2; und
3 ≤ b/c ≤ 5.Alternatively, very particular preference is given to multimetal oxide materials of the general stoichiometry I in which the following applies at the same time:
d = 0.04 to 0.1;
e = 0.8 to 1.8;
0.5 ≤ A ≤ 1;
0.5 ≤ a / A ≤ 1.2; and
3 ≤ b / c ≤ 5.
Erfindungsgemäße Multimetalloxidmassen der allgemeinen Stöchiometrie I werden üblicherweise in Substanz (als sogenannte Vollkatalysatoren) zu geometrischen Formkörpern wie z.B. Kugeln, Ringen oder (Voll)Zylindern geformt, oder auch in Gestalt von Schalenkatalysatoren, d. h. mit der Multimetalloxid(aktiv)masse beschichteten vorgeformten inerten Träger(form)körpern, zur Katalyse der jeweiligen heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidation (z.B. von Propen zu Acrolein) eingesetzt. Selbstverständlich können sie aber auch in Pulverform als Katalysatoren für solche Katalyse eingesetzt werden.Multimetal oxide compositions of the general stoichiometry I according to the invention are usually mixed in bulk (as so-called full catalysts) into geometric shaped bodies, e.g. Formed spheres, rings or (full) cylinders, or in the form of shell catalysts, d. H. with the multimetal oxide (active) composition-coated preformed inert carrier (s) used to catalyze the respective heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation (e.g., from propene to acrolein). Of course, they can also be used in powder form as catalysts for such catalysis.
Prinzipiell können Multimetalloxid(aktiv)massen der allgemeinen Stöchiometrie I 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 entsprechend zusammengesetztes Trockengemisch erzeugt und dieses, wahlweise nach zuvor erfolgter Formung zu Formkörpern von regelmäßiger oder unregelmäßiger Geometrie, die wahlweise unter Mitverwendung von Formgebungshilfsmitteln erfolgt, bei Temperaturen im Bereich von 350 bis 650 °C kalciniert. Die Kalcination kann sowohl unter Inertgas als auch unter einer oxidativen Atmosphäre wie z.B. Luft (oder ein anderes Gemisch aus Inertgas und molekularem Sauerstoff) sowie auch unter reduzierender Atmosphäre (z.B. ein Gemisch aus Inertgas, NH3, CO und/oder H2) erfolgen oder unter Vakuum. Die Kalcinationsdauer kann einige Minuten bis einige Stunden betragen und nimmt üblicherweise mit der Kalcinationstemperatur ab.In principle, multimetal oxide (active) masses of the general stoichiometry I can be prepared in a simple manner by producing an intimate, preferably finely divided, dry mixture of appropriate stoichiometry from suitable sources of their (in particular non-oxygen) constituents. optionally calcined at temperatures in the range of 350 to 650 ° C after previously made to form moldings of regular or irregular geometry, which optionally takes place with the concomitant use of shaping aids. The calcination can take place either under inert gas or under an oxidative atmosphere such as air (or another mixture of inert gas and molecular oxygen) as well as under reducing atmosphere (eg a mixture of inert gas, NH 3 , CO and / or H 2 ) or under vacuum. The calcination time may be several minutes to several hours and usually decreases with the calcination temperature.
Als Quellen für die elementaren Konstituenten der Multimetalloxidmassen der allgemeinen Stöchiometrie I (der Multimetalloxidaktivmassen I) kommen solche Verbindungen in Betracht, bei denen es sich bereits um Oxide handelt und/oder solche Verbindungen, die durch Erhitzen, wenigstens in Anwesenheit von Sauerstoff, in Oxide überführbar sind. Suitable sources of the elemental constituents of the multimetal oxide materials of general stoichiometry I (the multimetal oxide active materials I) are those compounds which are already oxides and / or compounds which can be converted into oxides by heating, at least in the presence of oxygen are.
Neben den Oxiden kommen als solche Ausgangsverbindungen (Quellen) vor allem Halogenide, Nitrate, Formiate, Oxalate, Citrate, Acetate, Carbonate, Aminkomplexe, Ammoniumsalze und/oder Hydroxide sowie Hydrate der vorgenannten Salze in Betracht. Verbindungen wie NH4OH,(NH4)CO3, NH4NO3, NH4CHO2, CH3COOH, NH4CH3CO2 und/oder Ammoniumoxalat, die spätestens beim späteren Kalcinieren zu gasförmig entweichenden Verbindungen zerfallen und/oder zersetzt werden können, können in das innige Trockengemisch zusätzlich eingearbeitet werden. Als solche sich beim Kalcinieren zersetzende Substanzen kommen auch organische Materialien, wie z.B. Stearinsäure, Malonsäure, Ammoniumsalze der vorgenannten Säuren, Stärken (z.B. Kartoffelstärke und Maisstärke), Cellulose, gemahlene Nussschalen und feinteiliges Kunststoffmehl (z.B. aus Polyethylen, Polypropylen etc.), in Betracht.In addition to the oxides, suitable starting compounds (sources) are, in particular, halides, nitrates, formates, oxalates, citrates, acetates, carbonates, amine complexes, ammonium salts and / or hydroxides and also hydrates of the abovementioned salts. Compounds such as NH 4 OH, (NH 4 ) CO 3 , NH 4 NO 3 , NH 4 CHO 2 , CH 3 COOH, NH 4 CH 3 CO 2 and / or ammonium oxalate, which disintegrate to gaseous compounds escaping at the latest during calcination and / / or can be decomposed, can be incorporated in the intimate dry mixture in addition. As such in the calcining decomposing substances are also organic materials such as stearic acid, malonic acid, ammonium salts of the aforementioned acids, starches (eg potato starch and corn starch), cellulose, ground nut shells and finely divided plastic flour (eg polyethylene, polypropylene, etc.) into consideration ,
Das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen (Quellen) zur Herstellung von Multimetalloxidaktivmassen I 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 gegebenenfalls Verdichten zum geometrischen Vorläuferformkörper der Kalcination unterworfen. Vorzugsweise erfolgt das innige Vermischen jedoch in nasser Form.The intimate mixing of the starting compounds (sources) for the preparation of multimetal oxide active compounds I can be carried out in dry or in wet form. If it takes place in dry form, the starting compounds (the sources) are expediently used as finely divided powders and after mixing and, if appropriate, compacting, subjected to the geometric precursor shaped body of the calcination. Preferably, however, the intimate mixing takes place in wet form.
Erfindungsgemäß vorteilhaft werden dabei die Ausgangsverbindungen in Form von Lösungen und/oder Suspensionen miteinander vermischt und die dabei resultierende nasse Mischung M anschließend zum innigen Trockengemisch getrocknet. Als Lösungs- und/oder Suspendiermittel wird bevorzugt Wasser bzw. eine wässrige Lösung eingesetzt.Advantageously in accordance with the invention, the starting compounds are mixed together in the form of solutions and / or suspensions, and the resulting wet mixture M is subsequently dried to give the intimate dry mixture. The solvent and / or suspending agent used is preferably water or an aqueous solution.
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. Ganz generell kann eine Ausgangsverbindung Quelle für nur einen oder für mehr als einen elementaren Konstituenten sein. In dementsprechender Weise kann eine vorstehend aufgeführte Lösung bzw. kolloidale Lösung nur einen oder auch mehr als einen elementaren Konstituenten gelöst aufweisen. Bevorzugtes Lösungsmittel ist dabei, wie bereits gesagt, Wasser. Die Trocknung der resultierenden wässrigen Gemische erfolgt vorzugsweise durch Sprühtrocknung.Very particularly intimate dry mixtures are obtained in the above-described mixing method when starting exclusively from sources present in dissolved form and / or from colloidally dissolved sources of the elemental constituents. In general, a parent compound may be a source for only one or more than one elemental constituent. Accordingly, an abovementioned solution or colloidal solution may have only one or even more than one elemental constituent dissolved. Preferred solvent is, as already said, water. The drying of the resulting aqueous mixtures is preferably carried out by spray drying.
Wird in vorliegender Schrift von einer Lösung einer Quelle (Ausgangsverbindung, Ausgangssubstanz) in einem Lösungsmittel (z.B. Wasser) gesprochen, so ist dabei der Begriff „Lösen“ im Sinn einer molekularen bzw. ionischen Lösung gemeint. Das heißt, die in der Lösung befindliche größte geometrische Einheit der gelösten Ausgangssubstanz (Quelle) weist unabdingbar „molekulare“ Ausmaße auf.If in the present document a solution of a source (starting compound, starting substance) in a solvent (for example water) is mentioned, then the term "dissolving" in the sense of a molecular or ionic solution is meant. That is, the largest geometric unit in the solution of the dissolved starting substance (source) inevitably has "molecular" dimensions.
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 dem bloßen Auge, 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. 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 (z.B. 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 hindurch treten. Der Lichtstrahl wird von den kolloidal gelösten Partikeln gestreut und abgelenkt. Um kolloidale Lösungen stabil zu halten und weitergehende Partikelagglomerationen zu verhindern, enthalten sie häufig Netz- und Dispergierhilfsmittel sowie andere Additive zugesetzt.In contrast, colloidal solutions provide a connection between true (molecular and / or ionic) solutions and suspensions. In these colloidal disperse systems are smaller accumulations of molecules or atoms, which, however, are not detectable by the naked eye or the microscope. The colloidal solution appears optically completely clear (although often colored), since the particles contained in it only have a diameter of 1 to 250 nm (preferably up to 150 nm and more preferably up to 100 nm). Due to the small size, a separation of the colloidally dissolved particles by conventional filtration is not possible. However, they can be separated from their "solvent" by ultrafiltration with membranes of vegetable, animal or synthetic origin (e.g., parchment, pig's blister or cellophane). In contrast to the "optically empty" true (molecular and / or ionic) solutions, a light beam can not pass through a colloidal solution without being distracted. The light beam is scattered and deflected by the colloidally dissolved particles. In order to keep colloidal solutions stable and to prevent further particle agglomeration, they often contain wetting and dispersing aids and other additives added.
Beispielsweise kann das Element Silizium (der elementare Konstituent Si) in Form eines Kieselsols zur Herstellung der nassen (z.B. wässrigen) Mischung M eingebracht werden. Kieselsole sind kolloidale Lösungen von amorphem Siliciumdioxid in Wasser. Sie sind wasserflüssig und enthalten keine sedimentierbaren Bestandteile. Ihr SiO2-Gehalt kann bei oft jahrelanger Haltbarkeit (ohne Sedimentation) bis zu 50 Gew.-% und mehr betragen.For example, the element silicon (the elemental constituent Si) in the form of a silica sol for the preparation of the wet (eg aqueous) mixture M can be introduced. Silica sols are colloidal solutions of amorphous silica in water. They are water-soluble and contain no sedimentable constituents. Their SiO 2 content can be up to 50% by weight and more, often lasting for years (without sedimentation).
Selbstverständlich können in einer zur Herstellung einer nassen (z.B. wässrigen) Mischung M zu verwendenden Lösung wenigstens einer Elementquelle auch molekular und/oder ionisch gelöste Quellen sowie kolloidal gelöste Quellen nebeneinander in Lösung vorliegen. Of course, in a solution of at least one element source to be used for producing a wet (eg aqueous) mixture M, sources dissolved in molecular and / or ionic form as well as colloidally dissolved sources can be present side by side in solution.
Eine günstige Mo-Quelle ist im Rahmen der Herstellung erfindungsgemäßer Multimetalloxidaktivmassen I Ammoniumheptamolybdattetrahydrat. Weitere mögliche Mo-Quellen sind Ammoniumorthomolybdat ((NH4)2MoO4), Ammoniumdimolybdat ((NH4)2Mo2O7), Ammoniumtetramolybdatdihydrat ((NH4)2Mo4O13 × 5H2O) und Ammoniumdecamolybdatdihydrat ((NH4)4Mo10O32 × 2H2O). Grundsätzlich ist aber auch z.B. Molybdantrioxid einsetzbar.In the context of the production of multimetal oxide active compounds I according to the invention, a favorable Mo source is ammonium heptamolybdate tetrahydrate. Further possible Mo sources are ammonium orthomolybdate ((NH 4 ) 2 MoO 4 ), ammonium dimolybdate ((NH 4 ) 2 Mo 2 O 7 ), ammonium tetramolybdate dihydrate ((NH 4 ) 2 Mo 4 O 13 .5H 2 O) and ammonium decamolybdate dihydrate (( NH 4 ) 4 Mo 10 O 32 × 2H 2 O). In principle, however, it is also possible, for example, to use molybdenum trioxide.
Bevorzugte K-Quelle zur Herstellung erfindungsgemäßer Multimetalloxidmassen I ist KOH (Kaliumhydroxid). Grundsätzlich kann aber auch KNO3 bzw. dessen Hydrat als K-Quelle verwendet werden.Preferred K source for preparing multimetal oxide compositions I according to the invention is KOH (potassium hydroxide). In principle, however, KNO 3 or its hydrate can also be used as K source.
Als Bi-Quelle werden zur Herstellung erfindungsgemäßer Multimetalloxidaktivmassen I vorzugsweise Salze des Bismuts eingesetzt, die das Bi als Bi3+ aufweisen. Als solche Salze kommen z.B. Bismut(III)oxid, Bismut(III)oxidnitrat (Bismutsubnitrat), Bismut(III)halogenid (z.B. Fluorid, Chlorid, Bromid, Jodid) und insbesondere Bismut(III)nitratpentahydrat in Betracht.As a Bi source salts of bismuth are preferably used for the preparation of inventive Multimetalloxidaktivmassen I, which have the Bi as Bi 3+ . Examples of such salts are bismuth (III) oxide, bismuth (III) oxide nitrate (bismuth subnitrate), bismuth (III) halide (eg fluoride, chloride, bromide, iodide) and in particular bismuth (III) nitrate pentahydrate.
Erfindungsgemäß bevorzugte Fe-Quelle sind Salze des Fe3+, unter denen die verschiedenen Eisen(III)nitrathydrate besonders bevorzugt sind (vgl. z.B.
Erfindungsgemäß vorteilhaft wird zur Herstellung erfindungsgemäßer Multimetalloxidmassen I, bezogen auf die in ihnen enthaltene molare Gesamtmenge an Fe, wenigstens 50 mol-%, besser wenigstens 75 mol-% und bevorzugt wenigstens 95 mol-% in Form einer Fe-Quelle eingebracht, die das Fe als Fe3+ aufweist. Auch können Fe-Quellen verwendet werden, die sowohl Fe2+ wie auch Fe3+ aufweisen.According to the invention, at least 50 mol%, more preferably at least 75 mol% and preferably at least 95 mol% in the form of an Fe source are introduced for the preparation of multimetal oxide compositions I according to the invention, based on the molar total amount of Fe contained in them as Fe has 3+ . Also Fe sources can be used which have both Fe 2+ and Fe 3+ .
Erfindungsgemäß geeignete Co-Quellen sind dessen Salze, die das Co als Co2+ und/oder Co3+ aufweisen. Als solche seien beispielhaft das Kobald(II)nitrathexahydrat, das Co3O4, das CoO, das Kobalt(II)formiat und das Kobalt(III)nitrat genannt. Die Erstere dieser Quellen ist besonders bevorzugt.Co-sources which are suitable according to the invention are its salts which have the Co as Co 2+ and / or Co 3+ . As such are exemplified the cobalt (II) nitrate hexahydrate, the Co 3 O 4 , the CoO, the cobalt (II) formate and the cobalt (III) nitrate called. The former of these sources is particularly preferred.
Häufig erfolgt die Herstellung einer nassen (z.B. wässrigen) Mischung M erfindungsgemäß bevorzugt 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 die Nitrate und/oder deren Hydrate handelt. Diese Vorteilhaftigkeit fußt nicht zuletzt darauf, dass Fe2+ und Co2+ im Beisein von NO3– durch den molekularen Sauerstoff der Luft wenigstens partiell zu Fe3+ bzw. Co3+ aufoxidiert werden können.Frequently, the preparation of a wet (eg aqueous) mixture M according to the invention preferably takes place in air (advantageously, the aqueous mixture M is saturated in air). This is especially true when salts of Co 2+ and salts of Fe 2+ are used as cobalt and iron source. Especially if these salts are the nitrates and / or their hydrates. This advantage is not least based on the fact that Fe 2+ and Co 2+ can be at least partially oxidized to Fe 3+ or Co 3+ in the presence of NO 3 by the molecular oxygen of the air.
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 erzeugt wird. Aus wenigstens einer Quelle der Elemente Co, Fe und Bi wird eine wässrige Lösung A hergestellt, deren pH-Wert ≤ 3, vorzugsweise ≤ 2, besonders bevorzugt ≤ 1 und ganz besonders bevorzugt ≤ 0 beträgt. In der Regel beträgt der pH-Wert der wässrigen Lösung A nicht weniger als –2 und liegt besonders vorteilhaft im Bereich –1 bis 0. Bevorzug ist die wässrige Lösung A eine wässrige Lösung der Nitrate bzw. Nitrat-Hydrate von Co, Bi und Fe. Besonders bevorzugt ist die wässrige Lösung A eine wässrige Lösung der Nitrate bzw. Nitrat-Hydrate in wässriger Salpetersäure. Zur Herstellung einer solchen Lösung kommen als Elementquelle auch unmittelbar Lösungen der relevanten Elemente in wässriger Salpetersäure in Betracht.As already mentioned, the wet mixture M according to the invention is preferably an aqueous mixture M, which is produced with particular advantage in the following manner. From at least one source of the elements Co, Fe and Bi, an aqueous solution A is prepared whose pH is ≦ 3, preferably ≦ 2, more preferably ≦ 1 and most preferably ≦ 0. In general, the pH of the aqueous solution A is not less than -2 and is particularly advantageously in the range -1 to 0. Preferably, the aqueous solution A is an aqueous solution of the nitrates or nitrate hydrates of Co, Bi and Fe , The aqueous solution A is particularly preferably an aqueous solution of the nitrates or nitrate hydrates in aqueous nitric acid. To prepare such a solution, the element source can also be directly solutions of the relevant elements in aqueous nitric acid.
Aus wenigstens einer Quelle des Elements Mo sowie wahlweise einer oder mehrerer Quellen des Elements K wird eine wässrige Lösung B hergestellt. Der pH-Wert der wässrigen Lösung B beträgt erfindungsgemäß vorteilhaft (auf 25 °C und 1,01 bar bezogen) < 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. pH-Werte wässriger Lösungen beziehen sich in dieser Schrift generell (soweit nicht explizit etwas anderes gesagt wird) auf eine Messung bei 25 °C und 1 atm (1,01 bar) mit einer als Einstabmesskette ausgeführten Glaselektrode. Die Eichung derselben erfolgt mittels Pufferlösungen, deren pH-Wert bekannt ist und die in der Nähe des gesuchten Messwertes liegt. Insbesondere eignet sich zur Bestimmung von pH-Werten im erfindungsgemäßen Zusammenhang die Mettler Toledo pH-Elektrode Inpro 4260/425/Pt 100, die eine Einstabmesskette mit integriertem Temperaturfühler Pt 100 zur automatischen Temperaturkompensation ist.An aqueous solution B is prepared from at least one source of the element Mo and optionally one or more sources of the element K. According to the invention, the pH of the aqueous solution B is advantageously (based on 25 ° C. and 1.01 bar) <7. The pH of the aqueous solution B is particularly preferably ≦ 6.5, and very particularly advantageously ≦ 6. In the US Pat As a rule, the pH of the aqueous solution B will be 3. Favorable solutions B to be used according to the invention have a pH of 4 to 6. In this document, pH values of aqueous solutions generally refer (unless explicitly stated otherwise) to a measurement at 25 ° C. and 1 atm (1.01 bar) with a glass electrode designed as a single-rod measuring chain. The calibration of the same takes place by means of buffer solutions whose pH value is known and which is close to the desired measured value. In particular, it is suitable for the determination of pH values in According to the invention, the Mettler Toledo pH electrode Inpro 4260/425 /
Enthält die wässrige Lösung B K, so wird als dessen Quelle zur Zubereitung der wässrigen Lösung B vorteilhaft KOH verwendet. Bevorzugte Mo-Quelle zur Zubereitung einer wässrigen Lösung B ist Ammoniumheptamolybdattetrahydrat ((NH4)6Mo7O24 x 4H2O).If the aqueous solution contains BK, it is advantageous to use KOH as its source for the preparation of the aqueous solution B. Preferred Mo source for preparing an aqueous solution B is ammonium heptamolybdate tetrahydrate ((NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 × 4H 2 O).
Der Gesamtgehalt der wässrigen Lösung A an Co, Fe und Bi beträgt erfindungsgemäß zweckmäßig, bezogen auf die Menge des in der wässrigen Lösung A enthaltenen Wassers, 10 bis 25 Gew.-%, vorteilhaft 15 bis 20 Gew.-%.The total content of the aqueous solution A of Co, Fe and Bi is according to the invention expedient, based on the amount of water contained in the aqueous solution A, 10 to 25 wt .-%, advantageously 15 to 20 wt .-%.
Der Gesamtgehalt der wässrigen Lösung B an Mo beträgt erfindungsgemäß zweckmäßig, bezogen auf die Menge des in der wässrigen Lösung B enthaltenen Wassers, 3 bis 25 Gew.-%, vorteilhaft 5 bis 15 Gew.-%.The total content of the aqueous solution B to Mo according to the invention is expedient, based on the amount of water contained in the aqueous solution B, 3 to 25 wt .-%, advantageously 5 to 15 wt .-%.
Anschließend werden die wässrige Lösung A und die wässrige Lösung B anwendungstechnisch zweckmäßig miteinander vermischt. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird dabei so verfahren, dass die wässrige Lösung A kontinuierlich in die wässrige Lösung B eingerührt wird. Erfindungsgemäß vorteilhaft wird die vorgelegte wässrige Lösung B dabei intensiv gerührt. Der Gesamtgehalt der resultierenden wässrigen Mischung aus wässriger Lösung A und wässriger Lösung B an Mo, Co, Fe und Bi beträgt erfindungsgemäß zweckmäßig, bezogen auf die Menge des in der wässrigen Mischung enthaltenen Wassers, 5 bis 25 Gew.-%, vorteilhaft 8 bis 20 Gew.-%.Subsequently, the aqueous solution A and the aqueous solution B are suitably mixed together in terms of application technology. Advantageously in accordance with the invention, the aqueous solution A is continuously stirred into the aqueous solution B. Advantageously in accordance with the invention, the initially introduced aqueous solution B is stirred vigorously. The total content of the resulting aqueous mixture of aqueous solution A and aqueous solution B of Mo, Co, Fe and Bi is expedient according to the invention, based on the amount of water contained in the aqueous mixture, 5 to 25 wt .-%, preferably 8 to 20 wt .-%.
Die Temperatur der vorgelegten wässrigen Lösung B sowie der beim Einrühren der wässrigen Lösung A in selbige resultierenden, intensiv gerührten wässrigen Mischung beträgt erfindungsgemäß vorteilhaft (vorzugsweise während des gesamten Mischvorgangs) ≤ 80 °C, besser ≤ 70 °C, noch besser ≤ 60 °C und bevorzugt ≤ 40 °C. In der Regel wird vorgenannte Temperatur 0 °C nicht unterschreiten. Mit Vorteil weist die wässrige, in die Lösung B eingerührte Lösung A die gleiche Temperatur auf wie die vorgelegte Lösung B. Vorzugsweise ist die Temperatur der wässrigen Vorlage über den Verlauf des beschriebenen Einrührprozesses konstant. Zu diesem Zweck kann beispielsweise mit Hilfe eines Wasserbades thermostatisiert werden. Der Arbeitsdruck liegt anwendungstechnisch zweckmäßig bei 1,01 bar (1 atm).The temperature of the initially introduced aqueous solution B and the intensely stirred aqueous mixture resulting from the stirring of the aqueous solution A in the present invention is advantageously (preferably throughout the mixing process) ≦ 80 ° C., better ≦ 70 ° C., even better ≦ 60 ° C. and preferably ≦ 40 ° C. As a rule, the aforementioned temperature will not fall below 0 ° C. Advantageously, the aqueous solution A stirred into solution B has the same temperature as the initially introduced solution B. The temperature of the aqueous original is preferably constant over the course of the stirring process described. For this purpose, for example, be thermostated by means of a water bath. The working pressure is suitably in terms of application at 1.01 bar (1 atm).
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, anwendungstechnisch zweckmäßig 5 bis 60 Minuten, vorteilhaft 10 bis 30 Minuten und besonders vorteilhaft 15 bis 25 Minuten nachgerührt.Preferably, the aqueous solution A is stirred into the initially introduced aqueous solution B over a period of time ranging from 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, preferably while maintaining the stirring temperature, suitably used for 5 to 60 minutes, preferably 10 to 30 minutes and more preferably stirred for 15 to 25 minutes.
Im Wesentlichen hat die Größe des Zeitraums, während dessen die wässrige Lösung A und die wässrige Lösung B zusammengeführt werden, keinen Einfluss auf die Selektivität der im weiteren Verlauf erzeugten Multimetalloxidaktivmasse I. Übermässiges Nachrühren (≥ 4 h) mindert die Selektivität. Es hat sich ferner gezeigt, dass die Größe der vorgenannten Zeiträume einen gewissen Einfluss auf die Aktivität der im weiteren Verlauf erzeugten Multimetalloxidaktivmasse I ausüben. So fördert ein langsameres Einrühren der wässrigen Lösung A in die wässrige Lösung B die Aktivität, während ein zu rasches Einrühren der wässrigen Lösung A in die wässrige Lösung B die Aktivität mindert. Letzteres trifft auch auf übermäßiges Nachrühren zu (z.B. ≥ 3 h, bzw. ≥ 4 h).Essentially, the size of the period during which the aqueous solution A and the aqueous solution B are combined has no influence on the selectivity of the multimetal oxide active mass I produced in the further course. Excessive stirring (≥ 4 h) reduces the selectivity. It has also been shown that the size of the abovementioned periods exert a certain influence on the activity of the multimetal oxide active mass I produced in the further course. Thus, a slower stirring of the aqueous solution A into the aqueous solution B promotes the activity, while too rapid stirring of the aqueous solution A into the aqueous solution B reduces the activity. The latter also applies to excessive stirring (for example ≥ 3 h, or ≥ 4 h).
Das Verhältnis V, gebildet aus der in der wässrigen Mischung der wässrigen Lösung A und der wässrigen Lösung B wahlweise enthaltenen molaren Gesamtmenge n1 an NH3 und NH4 + und der in derselben wässrigen Mischung enthaltenen molaren Gesamtmenge n2 an Mo (V = n1 : n2) wird erfindungsgemäß vorteilhaft so eingestellt, dass V ≤ 1,5, vorzugsweise ≤ 1 und besonders bevorzugt ≤ 6/7 beträgt. Grundsätzlich kann V auch 0 betragen. Der pH-Wert der wässrigen Mischung aus wässriger Lösung A und wässriger Lösung B beträgt mit Vorteil gleichzeitig ≤ 3, besser ≤ 2. In der Regel liegt er bei Werten ≥ 0.The ratio V, formed from the total molar amount n 1 of NH 3 and NH 4 + optionally contained in the aqueous mixture of the aqueous solution A and the aqueous solution B, and the total molar amount of n 2 in Mo contained in the same aqueous mixture (V = n 1 : n 2 ) is advantageously adjusted according to the invention such that V ≦ 1.5, preferably ≦ 1, and more preferably ≦ 6/7. In principle, V can also be 0. The pH of the aqueous mixture of aqueous solution A and aqueous solution B is advantageously at the same time ≦ 3, better ≦ 2. As a rule, it is at values ≥ 0.
Enthält die angestrebte Multimetalloxidaktivmasse I den elementaren Konstituenten Si, so wird als Quelle desselben vorteilhaft wässriges Kieselsol (vgl. z.B.
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 (z.B. 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 erfindungsgemäß weniger bevorzugt.Instead of initially introducing the aqueous solution B in a thermostatically stirred container and then stirring the aqueous solution A while stirring in it, both the aqueous solution B and the aqueous solution A can be continuously fed to the stirred container (for example by a " 3-way T-mixer "through). In principle, the aqueous solution B can also be continuously stirred into an initially introduced aqueous solution A. However, this procedure is less preferred according to the invention.
In einer alternativen Ausführungsform wird aus Quellen der Elemente Fe und Bi eine wässrige Lösung A* erzeugt. Aus Quellen der Elemente Co und Mo, sowie wahlweise K, wird eine wässrige Lösung B* erzeugt. Nachfolgend werden die wässrige Lösung A* und die wässrige Lösung B* miteinander vermischt (vorzugsweise wird die wässrige Lösung A* in die wässrige Lösung B* eingerührt). Dem resultierenden wässrigen Gemisch von wässriger Lösung A* und wässriger Lösung B* kann dann wieder bedarfsgerecht als Si-Quelle wässriges Kieselsol zugesetzt werden. Hinsichtlich pH-Wert der verschiedenen wässrigen Lösungen, möglicher Quellen der elementaren Konstituenten sowie bezüglich des Verhältnisses V im resultierenden wässrigen Gemisch aus wässriger Lösung A* und wässriger Lösung B* gilt das im Zusammenhang mit den wässrigen Lösungen A, B und deren Gemisch bereits Gesagte in entsprechender Weise.In an alternative embodiment, an aqueous solution A * is generated from sources of the elements Fe and Bi. From sources of elements Co and Mo, and optionally K, an aqueous solution B * is generated. Subsequently, the aqueous solution A * and the aqueous solution B * are mixed together (preferably, the aqueous solution A * is stirred into the aqueous solution B *). The resulting aqueous mixture of aqueous solution A * and aqueous solution B * can then be added again as needed as Si source aqueous silica sol. With regard to the pH of the various aqueous solutions, possible sources of elemental constituents and with respect to the ratio V in the resulting aqueous mixture of aqueous solution A * and aqueous solution B *, what has already been said in connection with the aqueous solutions A, B and their mixture applies corresponding way.
Während die Herstellung wässriger Lösungen A, B sowie die Mischung derselben, wie bereits erwähnt. vorzugsweise im Beisein von gasförmigem molekularem Sauerstoff (z.B. im Beisein von Luft) erfolgt, hat es sich im Fall der Herstellung der wässrigen Lösungen A*, B* sowie deren Mischung als vorteilhaft erwiesen, unter Ausschluss von molekularem Sauerstoff zu arbeiten.During the preparation of aqueous solutions A, B and the mixture thereof, as already mentioned. Preferably, in the presence of gaseous molecular oxygen (e.g., in the presence of air), in the case of preparation of the aqueous solutions A *, B *, as well as their mixture, it has proved advantageous to operate in the absence of molecular oxygen.
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). Erfindungsgemäß vorteilhaft enthalten wie beschrieben erhältliche wässrige Mischungen M nicht mehr oder weniger als 60 % der in ihnen enthaltenen Gesamtmenge an Co 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 Menge an Co bei Werten ≤ 50 % und besonders bevorzugt bei Werten ≤ 40%, bzw. ≤ 30 % oder ≤ 20 %. Der Gesamtgehalt der zu trocknenden (vorzugsweise sprüh zu trocknenden) wässrigen Mischung M an Mo, Co, Fe, Bi und Si beträgt erfindungsgemäß zweckmäßig, bezogen auf die Menge des in der wässrigen Mischung M enthaltenen Wassers, 5 bis 25 Gew.-%, vorteilhaft 8 Bis 20 Gew.-%. In der Regel beträgt AT ≥ 10 %, oder ≥ 15 %. Die Überführung der wässrigen Mischung M in ein feinteiliges inniges Trockengemisch erfolgt erfindungsgemäß bevorzugt durch Sprühtrocknung der wässrigen Mischung M. Das heißt, die wässrige Mischung M wird zunächst in feinteilige Tröpfchen zerteilt und selbige daran anschließend getrocknet. Erfindungsgemäß bevorzugt erfolgt die Sprühtrocknung im Heißluftstrom. Grundsätzlich können zur vorgenannten Sprühtrocknung aber auch andere heiße Gase verwendet werden (z.B. Stickstoff oder mit Stickstoff verdünnte Luft sowie sonstige inerte Gase).As a rule, the aqueous mixture M obtainable as described is an aqueous suspension (the aqueous mixtures M preferably also contain the ratios V described as being advantageous (molar total amount of NH 3 + NH 4 + to be contained) In addition, the pH of the aqueous mixture M obtainable as described is advantageously ≦ 3, as a
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 Gegenstrom der Tröpfchen zum heißen Gas.The spray drying can be done both in cocurrent and in countercurrent of the droplets to the hot gas. Typical gas inlet temperatures are in the range of 250 to 450 ° C, preferably 270 to 370 ° C. Typical gas outlet temperatures are in the range of 100 to 160 ° C. Preferably, the spray drying is carried out in countercurrent of the droplets to the hot gas.
Selbstverständlich kann die wässrige Mischung M auch durch 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 erfolgen.Of course, the aqueous mixture M can also be dried by conventional evaporation (preferably at reduced pressure, the drying temperature will generally not exceed 150 ° C). In principle, the drying of an aqueous mixture M can also be carried out by freeze-drying.
Grundsätzlich kann die getrocknete wässrige Mischung M als solche zu einer erfindungsgemäßen Multimetalloxid(aktiv)masse der allgemeinen Stöchiometrie I kalciniert werden. Insbesondere dann, wenn die Trocknung der wässrigen Mischung M durch Sprühtrocknung erfolgte, ist das resultierende Sprühpulver jedoch für eine unmittelbare Kalcination häufig zu feinteilig. In diesem Fall kann das Sprühpulver z.B. durch nachfolgendes Kompaktieren vergröbert werden. Erfolgt die Kompaktierung trocken, kann vorab der Kompaktierung z.B. feinteiliger Graphit und/oder andere in dieser Schrift genannte Formgebungshilfsmittel (z.B. Gleitmittel und/oder Verstärkungsmittel) unter das Sprühpulver gemischt werden (z.B. 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 z.B. dadurch erfolgen, dass das Kompaktat durch ein Sieb mit definierter Maschenweite gedrückt wird.In principle, the dried aqueous mixture M can be calcined as such to form a multimetal oxide (active) composition of general stoichiometry I according to the invention. Especially if the Drying of the aqueous mixture M was carried out by spray drying, however, the resulting spray powder is often too finely divided for an immediate Kalcination. In this case, the spray powder can be coarsened, for example, by subsequent compacting. If the compaction takes place dry, it is possible to mix in advance the compaction, for example finely divided graphite and / or other shaping aids (for example lubricants and / or reinforcing agents) mentioned in this document, under the spray powder (for example with a Röhnrad mixer). For example, the compaction can be performed with a calender having two counter-rotating steel rolls. Subsequently, the compactate can be purposefully shredded to the particle size appropriate for the contemplated reuse. This can be done in the simplest way, for example, by pressing the compact material through a sieve of defined mesh size.
Die Kompaktierung kann aber grundsätzlich 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.
Die wie beschrieben erhältlichen feinteiligen Vorläufermaterialien können nun als solche kalciniert und das dabei erhältliche Multimetalloxid(aktiv)massen-I-Pulver als solches zur Katalyse von heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidationen von z.B. Propen zu Acrolein eingesetzt werden. Alternativ kann das erhaltene Multimetalloxid(aktiv)massen-I-Pulver aber auch zunächst zu Formkörpern von regelmäßiger oder unregelmäßiger Geometrie geformt und die dabei resultierenden Formkörper als Katalysatoren für die heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von z.B. Propen zu Acrolein eingesetzt werden (vgl. z.B.
Beispielsweise können aus der Pulverform der Aktivmasse durch Verdichten zur gewünschten Katalysatorgeometrie (z.B. durch Tablettieren, Extrudieren oder Strangpressen) Vollkatalysatoren hergestellt werden, wobei gegebenenfalls Hilfsmittel wie z.B. Graphit oder Stearinsäure als Gleitmittel und/oder Formungshilfsmittel und Verstärkungsmittel wie Mikrofasern aus Glas, Asbest, Siliciumcarbid oder Kaliumtitanat zugesetzt werden können. Geeignete Vollkatalysatorgeometrien sind z.B. Vollzylinder oder Hohlzylinder mit einem Außendurchmesser und einer Länge von 2 bis 10 mm. Selbstverständlich kann der Vollkatalysator auch Kugelgeometrie aufweisen, wobei der Kugeldurchmesser 2 bis 10 mm betragen kann.For example, from the powder form of the active composition, by compaction to the desired catalyst geometry (e.g., by tableting, extruding, or extruding), solid catalysts can be prepared, optionally with adjuvants such as e.g. Graphite or stearic acid as lubricants and / or shaping aids and reinforcing agents such as microfibers of glass, asbestos, silicon carbide or potassium titanate can be added. Suitable unsupported catalyst geometries are e.g. Solid cylinder or hollow cylinder with an outer diameter and a length of 2 to 10 mm. Of course, the full catalyst may also have spherical geometry, wherein the ball diameter may be 2 to 10 mm.
Selbstverständlich kann die Formgebung der pulverförmigen Aktivmasse auch durch Aufbringen auf die äußere Oberfläche von vorgeformten inerten Katalysatorträgern erfolgen. Die Beschichtung der Trägerformkörper zur Herstellung solcher Schalenkatalysatoren kann dabei z.B. in einem geeigneten drehbaren Behälter ausgeführt werden, wie es aus der
Anwendungstechnisch alternativ kann man zur Herstellung von Schalenkatalysatorformkörpern die Beschichtung der Trägerformkörper mit dem nicht kalcinierten Vorläuferpulver selbst vornehmen und die Kalcination erst nach erfolgtem Aufbringen sowie gegebenenfalls Trocknen vornehmen (vgl. z.B.
Die zur Herstellung von Schalenkatalysatoren zu verwendenden Trägerformkörper sind vorzugsweise chemisch inert, d. h., sie greifen in den Ablauf der zu katalysierenden partiellen Gasphasenoxidation des z.B. Propens zu Acrolein im Wesentlichen nicht ein. Als Materialien für die Trägerformkörper kommen erfindungsgemäß insbesondere Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Silicate wie Ton, Kaolin, Steatit, Bims, Aluminiumsilicat und Magnesiumsilicat, Siliciumcarbid, Zirkondioxid und Thoriumdioxid in Betracht (insbesondere Steatit C220 der Fa. CeramTec).The carrier tablets to be used for the preparation of coated catalysts are preferably chemically inert, d. that is, they take part in the course of the catalyzing partial gas phase oxidation of e.g. Propensity to acrolein is essentially not one. Suitable materials for the carrier moldings according to the invention are, in particular, aluminum oxide, silicon dioxide, silicates such as clay, kaolin, steatite, pumice, aluminum silicate and magnesium silicate, silicon carbide, zirconium dioxide and thorium dioxide (in particular steatite C220 from CeramTec).
Die Oberfläche des Trägerformkörpers kann sowohl glatt als auch rauh sein. Mit Vorteil ist die Oberfläche des Trägerformkörpers rauh, da eine erhöhte Oberflächenrauhigkeit in der Regel eine erhöhte Haftfestigkeit der aufgebrachten Schale an feinteiliger oxidischer Aktivmasse oder an feinteiliger Vorläufermasse bedingt. Häufig liegt die Oberflächenrauhigkeit Rz des Trägerformkörpers im Bereich von 40 bis 200 μm, oft im Bereich von 40 bis 100 μm (bestimmt gemäß
Die Feinheit der auf die Oberfläche des Trägerformkörpers aufzubringenden feinteiligen Masse wird selbstredend an die gewünschte Schalendicke angepasst. Für den Bereich einer Schalendicke von 100 bis 500 μm eignen sich z.B. feinteilige Massen, von denen wenigstens 50 % der Pulverpartikel ein Sieb der Maschenweite 1 bis 10 μm passieren und deren Anteil an Partikeln mit einer Längstausdehnung (= längste direkte Verbindungslinie zweier auf der Oberfläche befindlicher Punkte) oberhalb von 50 μm weniger als 1 % (bezogen auf die Gesamtzahl der Partikel) beträgt. In der Regel entspricht die Verteilung der Längstausdehnungen der Pulverpartikel herstellungsbedingt einer Gaußverteilung.The fineness of the applied to the surface of the carrier molding finely divided mass is of course adapted to the desired shell thickness. For the range of a shell thickness of 100 to 500 microns, for example, finely divided masses, of which at least 50% of the powder particles are a sieve of
Zweckmäßigerweise wird zur Beschichtung der Trägerformkörper die Oberfläche derselben und/oder die aufzubringende feinteilige Pulvermasse mit einem flüssigen Bindemittel (z.B. Wasser oder organische Lösungsmittel wie Glyzerin oder deren Gemisch) befeuchtet und der Schalenformkörper nach erfolgtem Aufbringen z.B. mittels heißer Luft wieder getrocknet. Die Schichtdicke der auf dem Trägerformkörper aufgebrachten feinteiligen Pulvermasse wird zweckmäßigerweise im Bereich 10 bis 1000 μm, bevorzugt im Bereich 100 bis 700 μm und besonders bevorzugt im Bereich 300 bis 500 μm liegend gewählt. Mögliche Schalendicken sind auch 10 bis 500 μm oder 200 bis 300 μm.For coating the carrier tablets, the surface of the carrier tablets and / or the finely divided powder mass to be applied is expediently moistened with a liquid binder (for example water or organic solvents such as glycerol or a mixture thereof) and the cup body is applied after application, e.g. dried again by means of hot air. The layer thickness of the finely divided powder mass applied to the carrier molding is expediently chosen to lie in the range from 10 to 1000 .mu.m, preferably in the range from 100 to 700 .mu.m and more preferably in the range from 300 to 500 .mu.m. Possible shell thicknesses are also 10 to 500 μm or 200 to 300 μm.
Der Trägerformkörper selbst kann, wie bereits erwähnt, regelmäßig oder unregelmäßig geformt sein, wobei regelmäßig geformte Trägerformkörper wie z.B. Kugeln, Vollzylinder oder Hohlzylinder bevorzugt werden. Erfindungsgemäß geeignet ist z.B. die Verwendung von kugelförmigen Trägerformkörpern, deren Durchmesser 1 bis 8 mm, bevorzugt 4 bis 5 mm beträgt. Geeignet ist aber auch die Verwendung von Zylindern als Trägerformkörper, deren Länge 2 bis 10 mm und deren Außendurchmesser 4 bis 10 mm beträgt. Im Fall von erfindungsgemäß geeigneten Ringen als Trägerformkörper liegt die Wanddicke darüber hinaus üblicherweise bei 1 bis 4 mm. Erfindungsgemäß geeignete Zylinderabmessungen sind auch 3 bis 6 mm (Länge), 4 bis 8 mm (Außendurchmesser) und, im Fall von Ringen, 1 bis 2 mm (Wanddicke). Selbstverständlich kommt als erfindungsgemäß geeignete Ringgeometrie auch in Betracht 2 bis 4 mm (Länge), 4 bis 8 mm (Außendurchmesser) und 1 bis 2 mm (Wanddicke). Erfindungsgemäß markante Trägerringgeometrien sind z.B. 7 mm × 3 mm × 1,5 mm (Außendurchmesser × Länge × Wanddicke) und 5 mm × 3 mm × 1,5 mm (Außendurchmesser × Länge × Wanddicke). Im Einzelnen können Trocknung und/oder thermische Behandlung (Kalcination) nach dem Aufbringen der Schale wie in der
Erfindungsgemäß besonders vorteilhaft wird jedoch so vorgegangen, dass aus feinteiliger Vorläufermasse (aus dem feinteiligen innigen Trockengemisch der Quellen der elementaren Konstituenten) anwendungstechnisch zweckmäßig durch Verdichten (Komprimieren oder Kompaktieren) Formkörper von regelmäßiger oder unregelmäßiger Geometrie geformt und daran anschließend durch thermische Behandlung (Kalcination) in sogenannte Vollkatalysatorformkörper überführt werden.However, according to the invention, it is particularly advantageous to form moldings of regular or irregular geometry from finely divided precursor material (from the finely divided intimate dry mixture of the sources of the elemental constituents) in an appropriately functional manner by compacting (compressing or compacting) and thereafter by thermal treatment (calcining) in so-called Vollkatalysatorformkörper be transferred.
Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann bevorzugt, wenn das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen (Quellen) der relevanten elementaren Konstituenten der Multimetalloxidmasse I zum feinteiligen innigen Trockengemisch in trockener Form erfolgt (vgl. z.B.
Als weitere feinteilige Formgebungshilfsmittel können dabei beispielsweise wieder Gleitmittel wie z.B. Graphit, Ruß, Polyethylenglykol, Polyacrylsäure, Stearinsäure, Stärke, Mineralöl, Pflanzenöl, Wasser, Bortrifluorid und/oder Bornitrid 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. Eine Mitverwendung von Gleitmitteln im Rahmen einer entsprechenden Formgebung findet sich z.B. in den Schriften
Erfindungsgemäß bevorzugt wird ausschließlich feinteiliger Graphit als Gleitmittel mit verwendet. Dabei kommen als zu verwendende feinteilige Graphite insbesondere jene in Betracht, die in den Schriften
Bezogen auf das Gewicht der zu formenden feinteiligen Vorläufermasse kann diese z.B. bis zu 15 Gew.-% an feinteiligem Gleitmittel (z.B. 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 composition to be formed, this may e.g. up to 15% by weight of finely divided lubricant (e.g., graphite). However, the lubricant content in the finely divided precursor composition (in the finely divided intimate dry mixture) is usually ≦ 9% by weight, in many cases ≦ 5% by weight, often ≦ 4% by weight; this is especially true when the finely divided lubricant is graphite. In general, the aforementioned additional amount is ≥ 0.5 wt .-%, usually ≥ 2.5 wt .-%.
Im Regelfall erfolgt die Verdichtung der feinteiligen, wahlweise Formgebungshilfsmittel umfassenden, Vorläufermasse (des feinteiligen innigen Trockengemischs) zur gewünschten Geometrie des Formkörpers (des geometrischen Katalysatorvorläuferformkörpers) durch Einwirkung äußerer Kräfte (Druck) auf die Vorläufermasse. Der dabei anzuwendende Formgebungsapparat bzw. die dabei anzuwendende Formgebungsmethode unterliegt keiner Beschränkung. As a rule, the densification of the finely divided, optionally shaping aids comprehensive, precursor material (the finely divided intimate dry mixture) to the desired geometry of the shaped body (the geometric Katalysatorvorläuferformkörpers) by the action of external forces (pressure) on the precursor material. The forming apparatus to be used or the forming method to be used are subject to no restriction.
Beispielsweise kann die verdichtende Formgebung durch Strangpressen, Tablettieren oder Extrudieren erfolgen. Dabei wird die feinteilige Vorläufermasse (das feinteilige innige Trockengemisch) vorzugsweise anfasstrocken eingesetzt. Sie kann jedoch z.B. 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 take place by extrusion, tabletting or extrusion. The finely divided precursor composition (the finely divided intimate dry mixture) is preferably used dry to the touch. However, it can e.g. contain up to 10% of their total weight of substances which are liquid under normal conditions (25 ° C, 1 atm (1.01 bar)). Also, the finely divided precursor mass (the finely divided intimate dry mix) may contain solid solvates (e.g., hydrates) having such liquid substances in chemically and / or physically bound form. Of course, the finely divided precursor composition may also be completely free of such substances.
Erfindungsgemäß bevorzugtes Formgebungsverfahren durch Verdichten der feinteiligen Vorläufermasse (des feinteiligen innigen Trockengemischs) ist die Tablettierung. Die Grundzüge des Tablettierens sind z.B. in
Mit Vorteil wird eine erfindungsgemäße Tablettierung wie in den Schriften
Ebenso wie der zur Verdichtung zu verwendende Formgebungsapparat bzw. die dabei anzuwendende Formgebungsmethode, unterliegt auch die angestrebte Geometrie der resultierenden Formkörper beim erfindungsgemäßen Verfahren keiner Beschränkung. D. h., die beim Verdichten erzeugten Katalysatorvorläuferformkörper können sowohl regelmäßig als auch unregelmäßig geformt sein, wobei regelmäßig geformte Formkörper in der Regel erfindungsgemäß bevorzugt werden.Like the forming apparatus to be used for compaction or the forming method to be used, the desired geometry of the resulting shaped bodies is not subject to any restriction in the method according to the invention. That is, the catalyst precursor moldings produced during compaction may be both regular and irregularly shaped, with regularly shaped moldings generally being preferred according to the invention.
Beispielsweise kann der Katalysatorvorläuferformkörper Kugelgeometrie aufweisen. Dabei kann der Kugeldurchmesser z.B. 2 bis 10 mm, oder 4 bis 8 mm betragen. Die Geometrie des Katalysatorvorläuferformkörpers kann aber auch vollzylindrisch oder hohlzylindrisch (ringförmig) sein. For example, the catalyst precursor shaped body may have spherical geometry. The ball diameter may e.g. 2 to 10 mm, or 4 to 8 mm. However, the geometry of the catalyst precursor shaped body can also be fully cylindrical or hollow cylindrical (annular).
In beiden Fällen können Außendurchmesser und Höhe (Länge) z.B. 2 bis 10 mm, oder 2 bis 8 mm, oder 3 bis 8 mm betragen.In both cases, outside diameter and height (length) may be e.g. 2 to 10 mm, or 2 to 8 mm, or 3 to 8 mm.
Im Fall von Hohlzylindern (Ringen) ist in der Regel eine Wandstärke (Wanddicke) von 1 bis 3 mm zweckmäßig. Selbstverständlich kommen als Katalysatorvorläufergeometrien aber auch alle diejenigen Geometrien in Betracht, die in der
Die im Rahmen einer wie beschrieben durchzuführenden Verdichtung von feinteiliger Vorläufermasse (feinteiligem innigen Trockengemisch) angewandten Formgebungsdrucke werden erfindungsgemäß vorteilhaft 50 kg/cm2 bis 5000 kg/cm2 betragen. Vorzugsweise betragen die Formgebungsdrucke 200 bis 3500 kg/cm2, besonders bevorzugt 600 bis 2500 kg/cm2.The forming pressures to be performed in the course of a densification of finely divided precursor material (finely divided intimate dry mixture) to be carried out as described will advantageously be 50 kg / cm 2 to 5000 kg / cm 2 according to the invention. Preferably, the forming pressures are from 200 to 3500 kg / cm 2 , more preferably from 600 to 2500 kg / cm 2 .
Insbesondere im Fall von ringförmigen Vorläuferformkörpern (die in der Literatur unabhängig von ihrer Form auch als Grünlinge bezeichnet werden) soll die formgebende erfindungsgemäße Verdichtung erfindungsgemäß vorteilhaft so durchgeführt werden, dass die Seitendruckfestigkeit SD des resultierenden Formkörpers (vgl.
Die experimentelle Bestimmung der Seitendruckfestigkeit wird dabei wie in den Schriften
Erfindungsgemäß besonders vorteilhafte Ringgeometrien von durch Verdichten von feinteiliger Vorläufermasse (feinteiligem innigem Trockengemisch) erhältlichen Formkörpern erfüllen die Bedingung Höhe/Außendurchmesser = H/A = 0,3 bis 0,7. Besonders bevorzugt ist H/A = 0,4 bis 0,6. Weiterhin ist es für erfindungsgemäße ringförmige bzw. ringähnliche Grünlinge günstig, wenn das Verhältnis I/A (wobei I der Innendurchmesser der Ringgeometrie ist) 0,3 bis 0,7, vorzugsweise 0,4 bis 0,7 beträgt.According to the invention, particularly advantageous ring geometries of moldings obtainable by compacting finely divided precursor material (finely divided intimate dry mixture) satisfy the condition height / outer diameter = H / A = 0.3 to 0.7. Particularly preferred is H / A = 0.4 to 0.6. Furthermore, it is favorable for annular or ring-like green compacts according to the invention if the ratio I / A (where I is the inner diameter of the ring geometry) is 0.3 to 0.7, preferably 0.4 to 0.7.
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 z.B. H/A = 0,3 bis 0,7 und I/A = 0,3 bis 0,8 oder 0,4 bis 0,7. Alternativ kann H/A 0,4 bis 0,6 und I/A gleichzeitig 0,3 bis 0,8 oder 0,4 bis 0,7 betragen. Ferner ist es für die relevanten Ringgeometrien günstig, wenn H 2 bis 6 mm und vorzugsweise 2 bis 4 mm beträgt. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn A bei den Ringen 4 bis 8 mm, vorzugsweise 4 bis 6 mm beträgt. Die Wandstärke von erfindungsgemäß bevorzugten Grünling-Ringgeometrien beträgt 1 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 e.g. H / A = 0.3 to 0.7 and I / A = 0.3 to 0.8 or 0.4 to 0.7. Alternatively, H / A can be 0.4 to 0.6 and I / A can be 0.3 to 0.8 or 0.4 to 0.7 at the same time. Furthermore, it is favorable for the relevant ring geometries if H is 2 to 6 mm and preferably 2 to 4 mm. Furthermore, it is advantageous if A in the
Mögliche erfindungsgemäße Ringgeometrien sind somit (A × H × I) 5 mm × 2 mm × 2 mm, oder 5 mm × 3 mm × 2 mm, oder 5 mm × 3 mm × 3 mm, oder 5,5 mm × 3 mm × 3,5 mm, oder 6 mm × 3 mm × 4 mm, oder 6,5 mm × 3 mm × 4,5 mm, oder 7 mm × 3 mm × 5 mm, oder 7 mm × 7 mm × 3 mm, 7 mm × 3 mm × 4 mm, oder 7 mm × 7 mm × 4 mm.Possible ring geometries according to the invention are thus (A × H × I) 5 mm × 2 mm × 2 mm, or 5 mm × 3 mm × 2 mm, or 5 mm × 3 mm × 3 mm, or 5.5 mm × 3 mm × 3.5 mm, or 6 mm × 3 mm × 4 mm, or 6.5 mm × 3 mm × 4.5 mm, or 7 mm × 3 mm × 5 mm, or 7 mm × 7 mm × 3 mm, 7 mm × 3 mm × 4 mm, or 7 mm × 7 mm × 4 mm.
Generell erweist es sich für das erfindungsgemäße Verfahren als vorteilhaft, wenn jede der zur Herstellung der aus den Quellen der von Sauerstoff verschiedenen elementaren Konstituenten der Multimetalloxidmasse I zu erzeugenden feinteiligen innigen Trockengemische mit verwendeten Quellen im Verlauf der Herstellung des feinteiligen innigen Trockengemischs einen Zerteilungsgrad durchläuft, der dadurch gekennzeichnet ist, dass sein Durchmesser dQ 90 ≤ 5 μm beträgt.In general, it proves advantageous for the process according to the invention if each of the finely divided intimate dry mixtures to be produced from the sources of the elemental constituents of the multimetal oxide composition I other than oxygen with sources used undergoes a degree of dispersion in the course of the preparation of the finely divided intimate dry mixture characterized in that its diameter d Q 90 ≤ 5 microns.
Das Erfordernis dQ 90 ≤ 5 μm ist grundsätzlich dann erfüllt, wenn man eine Quelle in einem Lösungsmittel auflöst (der Begriff „Lösen“ ist dabei im Sinn einer molekularen bzw. ionischen Lösung gemeint). Dies ist dadurch bedingt, dass beim Lösen einer Quelle (Ausgangsverbindung) in einem Lösungsmittel die Quelle im Lösungsmittel molekular bzw. ionisch zerteilt wird. Das heißt, die in der Lösung befindliche größte geometrische Einheit der gelösten Ausgangssubstanz (Quelle) weist unabdingbar „molekulare“ Ausmaße auf, die damit in notwendiger Weise wesentlich kleiner als 5 μm sind (wie bereits gesagt, kann eine Ausgangsverbindung Quelle für mehr als ein Element sein, und eine Lösung kann mehr als eine Quelle gelöst aufweisen).The requirement d Q 90 ≦ 5 μm is basically fulfilled when dissolving a source in a solvent (the term "dissolving" is meant in the sense of a molecular or ionic solution). This is due to the fact that when dissolving a source (starting compound) in a solvent, the source is molecularly or ionically divided in the solvent. That is, the largest geometric unit of solute starting material (source) in the solution inevitably has "molecular" extents, thus necessarily being much smaller than 5 μm (as already stated, an initial compound can be a source of more than one element and a solution may have more than one source solved).
Das Erfordernis dQ 90 ≤ 5 μm ist aber auch dann erfüllt, wenn sich eine Quelle eines Elements in einem Lösungsmittel in kolloidaler Lösung befindet, da die in ihr gelöst enthaltenen Einheiten nur einen Durchmesser von 1 bis 250 nm haben, weshalb der zugehörige dQ 90 in notwendiger Weise ≤ 5 μm beträgt.However, the requirement d Q 90 ≤ 5 μm is also satisfied when a source of an element is in a solvent in colloidal solution, since the units contained in it have a diameter of 1 to 250 nm, and therefore the associated d Q 90 is necessarily ≦ 5 microns.
Das Erfordernis dQ 90 ≤ 5 μm ist aber auch dann erfüllt, wenn eine Quelle z.B. trocken auf diese Partikelgröße zerkleinert wird (z.B. durch Mahlen).However, the requirement d Q 90 ≤ 5 μm is also fulfilled if, for example, a source is comminuted dry to this particle size (eg by grinding).
Der Partikeldurchmesser dQ 90 bezieht sich dabei auf die Partikeldurchmesserverteilung des Trockenpulvers, die wie folgt zu ermitteln ist.The particle diameter d Q 90 refers to the particle diameter distribution of the dry powder, which is to be determined as follows.
Das feinteilige Pulver wird über eine Dispergierrinne in den Trockendispergierer Scirocco 2000 (der Firma Malvern Instruments Ltd., Worcestershire WR14 1AT, United Kingdom) geführt, dort mit Druckluft trocken dispergiert und im Freistrahl in die Messzelle geblasen. In dieser wird dann nach
Ein auf eine solche Partikeldurchmesserverteilung bezogener Partikeldurchmesser dx ist dabei so definiert, dass X% des Gesamtpartikelvolumens aus Partikeln mit diesem oder einem kleineren Durchmesser bestehen. Das heißt, (100 – X)% des Gesamtpartikelvolumens bestehen aus Partikeln mit einem Durchmesser > dx. Wird in dieser Schrift nicht ausdrücklich etwas anderes erwähnt, beziehen sich Partikeldurchmesserbestimmungen und daraus entnommene dx wie z.B. d90, d50 und d10 auf einen bei der Bestimmung angewandten (die Stärke der Dispergierung des Trockenpulvers während der Messung bestimmenden) Dispergierdruck von 2 bar absolut. dQ 90 ist ein solcher Partikeldurchmesser d90 einer pulverförmigen Quelle.A particle diameter d x related to such a particle diameter distribution is defined such that X% of the total particle volume consists of particles with this or a smaller diameter. That is, (100 - X)% of the total particle volume consists of particles with a diameter> d x . Unless expressly stated otherwise in this document, particle diameter determinations and d x taken from them, such as d 90 , d 50 and d 10, refer to one used in the determination (the strength of the dispersion of the dry powder during the measurement determining) dispersing pressure of 2 bar absolute. d Q 90 is such a particle diameter d 90 of a powdery source.
Alle in dieser Schrift bezüglich eines Röntgendiffraktogramms gemachten Angaben beziehen sich auf ein unter Anwendung von Cu-Kα-Strahlung als Röntgenstrahlung erzeugtes Röntgendiffraktogramm (Diffraktometer Theta-Theta Bruker D8 Advance, Röhrenspannung: 40 kV, Röhrenstrom: 40 mA, Aperturblende V20 (variabel), Streustrahlblende V20 (variabel), Detektorblende (0,1 mm), Maßintervall (2Θ = 2 Theta): 0,02°, Messzeit je Schritt: 2,4 s, Detektor: Si-Halbleiterdetektor).All statements made in this document with respect to an X-ray diffractogram refer to an X-ray diffraction pattern produced using Cu-K α radiation (Theta-Theta Bruker D8 Advance diffractometer, tube voltage: 40 kV, tube current: 40 mA, aperture diaphragm V20 (variable) , Diffuser aperture V20 (variable), detector aperture (0.1 mm), measurement interval (2Θ = 2 theta): 0.02 °, measurement time per step: 2.4 s, detector: Si semiconductor detector).
Alle Angaben in dieser Schrift zu spezifischen Oberflächen von Feststoffen beziehen sich auf Bestimmungen nach
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 9500 der Fa. Micromeritics GmbH, D-41238 Mönchengladbach (Bandbreite 0,003–300 μm).All data in this document on total pore volumes and on pore diameter distributions to these total pore volumes refer to determinations by the method of mercury porosimetry using the device Auto Pore 9500 from Micromeritics GmbH, D-41238 Mönchengladbach (range 0.003-300 μm).
Erfindungsgemäß vorteilhaft weisen Vollkatalysatorvorläuferformkörper eine möglichst geringe Restfeuchtigkeit auf. Dies insbesondere dann, wenn das innige Mischen der verschiedenen Quellen der von Sauerstoff verschiedenen elementaren Konstituenten der Multimetalloxidmasse I nass erfolgte (insbesondere dann, wenn es unter Ausbildung einer wässrigen Mischung M erfolgte).According to the invention, unsupported catalyst precursor moldings have as low a residual moisture as possible. This is especially true if the intimate mixing of the various sources of the elemental constituents other than oxygen of the multimetal oxide composition I took place wet (in particular if it was carried out to form an aqueous mixture M).
Erfindungsgemäß bevorzugt liegt der Restfeuchtegehalt erfindungsgemäß 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)).According to the invention, the residual moisture content of green compacts according to the invention is preferably ≦ 10% by weight, better ≦ 8% by weight, even better ≦ 6% by weight, and most preferably ≦ 4% by weight or ≦ 2% by weight. (Residual moisture determination can be carried out as described in "The Library of Technology", Volume 229, "Thermo-gravimetric Material Moisture Determination", Fundamentals and Practical Applications, Horst Nagel, Verlag für den Modernindustrie (eg with the aid 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 return to an aqueous mixture M (so that their residual moisture content consists of water), the determination of the residual moisture is expediently carried out using microwaves (for example 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).The microwave irradiates in this procedure with very low power (0.1 mW), the material to be examined (the latter undergoes substantially no change in its temperature due to the relatively low power). The material components are polarized differently strong. In response, the microwave loses speed and energy. The influence of water molecules is much greater than the influence of other components, which allows the selective determination of residual water contents. This is because, due to their size and their dipole property, water molecules are particularly well able to follow an alternating electromagnetic field in the microwave frequency range by means of dipole orientation. In doing so, they absorb energy and change the electromagnetic alternating field with their electrical properties. This field weakening and field change is based on the measuring principle. 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 analyzed permanently by scanning the microwave frequency. Bringing a water-containing material to be measured over the sensor, the resonance frequency shifts and its amplitude is attenuated. Both, damping and resonance frequency shift increase with increasing amount of water, so also with increasing bulk density of the material to be measured. However, the ratio of frequency shift and damping is a density-independent measure of the percentage of water and thus the key to moisture measurement. The ratio forms the so-called microwave moisture measurement, which represents the total moisture. Since the microwave resonance method is an indirect humidity measurement method, calibration is necessary. In such a calibration measurement with the sensor material samples are measured with a defined humidity. The combination of the microwave moisture readings with the associated defined absolute moisture content then forms the calibration of the measuring system. The measuring accuracy is usually ± 0.1% humidity (for example, the water humidity can be determined with a Sartorius PMD300PA online moisture meter).
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, a spray-drying of a wet (for example aqueous) mixture M should already be carried out so that the resulting spray powder has the lowest possible residual moisture content.
Erfindungsgemäß hergestellte Grünlinge sollten unter Berücksichtigung des eben adressierten Gesichtspunktes möglichst unter Ausschluss von (Luftfeuchtigkeit aufweisender) Umgebungsluft gelagert werden (vorzugsweise erfolgt die Lagerung bis zur Kalcinierung unter wasserfreiem Inertgas bzw. unter vorab getrockneter Luft). Green compacts produced according to the invention should, taking into account the aspect just considered, be stored as far as possible in the absence of (ambient humidity) ambient air (preferably storage until calcination under anhydrous inert gas or under previously dried air).
Erfindungsgemäß vorteilhaft wird bereits die Formung von feinteiligem innigem Trockengemisch unter Ausschluss von (Luftfeuchtigkeit aufweisender) Umgebungsluft (z.B. unter N2-Atmosphäre) durchgeführt.Advantageously according to the invention, the formation of finely divided, intimate dry mixture is already carried out with the exclusion of ambient air (having air humidity) (for example under an N 2 atmosphere).
Die Kalcination der Grünlinge (bzw. generell von feinteiligem Vorläuferpulver oder von mit diesem beschichteten Trägerformkörpern) erfolgt normalerweise bei Temperaturen, die wenigstens 350 °C erreichen oder in der Regel überschreiten. Normalerweise wird im Rahmen der Kalcination die Temperatur von 650 °C jedoch nicht überschritten (der Begriff der Kalcinationstemperatur meint dabei in dieser Schrift die im Kalcinationsgut vorliegende Temperatur). Erfindungsgemäß vorteilhaft wird im Rahmen der Kalcination die Temperatur 600 °C, bevorzugt die Temperatur von 550 °C und häufig die Temperatur von 500 °C nicht überschritten. Ferner wird im Rahmen der vorstehenden Kalcination 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 Kalcination in ihrem zeitlichen Ablauf auch in mehrere Abschnitte gegliedert sein.The calcination of the green compacts (or in general of finely divided precursor powder or coated with this carrier moldings) is usually carried out at temperatures that reach or exceed at least 350 ° C in the rule. Normally, however, the temperature of 650 ° C. is not exceeded in the course of calcination (the term "calcination temperature" in this document means the temperature present in the calcination product). According to the invention, the temperature is preferably 600 ° C., preferably the temperature of 550 ° C. and frequently the temperature of 500 ° C., within the scope of the calcination. Further, in the above Kalcination preferably the temperature of 380 ° C, advantageously the temperature of 400 ° C, with particular advantage the temperature of 420 ° C and most preferably the temperature of 440 ° C exceeded. The Kalcination can also be divided in its timing in several sections.
Erfahrungsgemäß vorteilhaft erfolgt vorab der Kalcination eine thermische Behandlung bei Temperaturen von ≥ 120 °C und < 350 °C, vorzugsweise ≥ 150 °C und ≤ 320 °C, besonders bevorzugt ≥ 220 °C und ≤ 290 °C.According to experience, a thermal treatment at temperatures of .gtoreq.120.degree. C. and .ltoreq.350.degree. C., preferably .gtoreq.150.degree. C. and .ltoreq.320.degree. C., particularly preferably .gtoreq.220.degree. C. and .ltoreq.290.degree. C., is advantageously carried out in advance of the calcination.
Eine solche thermische Behandlung 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 z.B. 3 h bis 10 h, häufig 4 h bis 8 h betragen). Dies ist in der Regel dann der Fall, wenn einerseits die in der sich daran anschließend zu kalcinierenden 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.Such a thermal treatment is suitably carried out for application purposes until the constituents contained within the mass to be thermally treated and decomposing under the conditions of the thermal treatment to gaseous compounds have been largely (preferably completely) decomposed into gaseous compounds (the time required in this regard may be, for example, 3 hours to 10 hours, often 4 hours 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 subsequently to be calcined, based on the total molar amount of cations present, is ≦ 20 mol% (preferably ≦ 10 mol%). ) and on the other hand, the molar amount of anions other than O 2 , based on the total molar amount of anions contained, also in the same mass is also ≦ 20 mol% (preferably ≦ 10 mol%).
Erfindungsgemäß günstige Temperaturfenster für die Endkalcinationstemperatur liegen daher im Temperaturbereich 400 °C bis 600 °C, bzw. vorzugsweise im Temperaturbereich 420 bis 550 °C, oder besonders bevorzugt im Temperaturbereich 400 bis 500 °C.Temperature windows according to the invention for the final calcination temperature are therefore in the temperature range 400 ° C. to 600 ° C., or preferably in the temperature range 420 to 550 ° C., or more preferably in the temperature range 400 to 500 ° C.
Die Gesamtdauer der Kalcination erstreckt sich in der Regel auf mehr als 10 h. Meist werden im Rahmen der Kalcination Behandlungsdauern von 45 h, bzw. von 25 h nicht überschritten. Oft liegt die Gesamtkalcinationsdauer unterhalb von 20 h. Grundsätzlich ist bei höheren Kalcinationstemperaturen in der Regel eine kürzere Kalcinationsdauer ausreichend als bei niedrigeren Kalcinationstemperaturen.The total duration of the calcination usually extends to more than 10 h. In most cases, treatment periods of 45 h or 25 h are not exceeded as part of the calcination. Often the total calcination time is less than 20 hours. In principle, a shorter calcination time is generally sufficient at higher calcination temperatures than at lower calcination temperatures.
In einer erfindungsgemäß vorteilhaften Ausführungsform der Kalcination werden 500 °C nicht überschritten und die Kalcinationsdauer im Temperaturfenster ≥ 430 °C und ≤ 500 °C erstreckt sich auf > 10 bis ≤ 20 h.In an embodiment of the invention which is advantageous according to the invention, 500 ° C. are not exceeded and the duration of calcination in the temperature window ≥ 430 ° C. and ≦ 500 ° C. extends to> 10 to ≦ 20 h.
Die gesamte thermische Behandlung (einschließlich einer Zersetzungsphase) einer Vorläufermasse (z.B. eines Grünlings) kann sowohl unter Intertgas als auch unter einer oxidativen Atmosphäre wie z.B. Luft (oder ein sonstiges Gemisch aus Inertgas und molekularem Sauerstoff) sowie unter reduzierender Atmosphäre (z.B. ein Gemisch aus Inertgas, NH3, CO und/oder H2 oder unter Methan, Acrolein, Methacrolein) 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 material (eg a green compact) can be carried out both under inert gas and under an oxidative atmosphere such as air (or other mixture of inert gas and molecular oxygen) and under reducing atmosphere (eg a mixture of inert gas , NH 3 , CO and / or H 2 or under methane, acrolein, methacrolein). Of course, the thermal treatment can also be carried out under vacuum. Also, the atmosphere can be made variable over the course of the thermal treatment.
Erfindungsgemäß bevorzugt erfolgt die thermische Behandlung (insbesondere die Kalcinationsphase) in einer oxidierende Atmosphäre. Anwendungstechnisch zweckmäßig besteht diese überwiegend aus stehender oder (bevorzugt) bewegter Luft (besonders bevorzugt wird die thermisch zu behandelnde Masse (das Kalcinationsgut) 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).According to the invention, the thermal treatment (in particular the calcination phase) preferably takes place in an oxidizing atmosphere. In terms of application technology, this consists predominantly of stagnant or (preferably) agitated air (particularly preferably, the mass to be thermally treated (the calcination material) flows through an air stream). However, the oxidizing atmosphere may also consist of a stationary or agitated mixture of, for example, 25% by volume of N 2 and 75% by volume of air, or 50% by volume of N 2 and 50% by volume. % Air, or 75 vol .-% N 2 and 25 vol .-% air exist (a treatment atmosphere of 100 vol .-% N 2 is also possible).
Prinzipiell kann die thermische Behandlung (z.B. die Kalcination) der Vorläufermasse (z.B. der Grünlinge) in den unterschiedlichsten Ofentypen wie z.B. beheizbare Umluftkammern (Umluftöfen, z.B. Umluftschachtöfen), Hordenöfen, Drehrohröfen, Bandkalcinierern oder Schachtöfen durchgeführt werden. Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt die thermische Behandlung (z.B. die Kalcination) in einer Bandkalciniervorrichtung, wie sie die
Im Rahmen der wie beschrieben durchzuführenden thermischen Behandlung der Vorläufermassen (z.B. der Grünlinge), können mit verwendete 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 Multielementoxid-I-Aktivmasse verdünnend. Grundsätzlich kann die thermische Behandlung diesbezüglich wie in der
In typischer Weise betragen die Seitendruckfestigkeiten von erfindungsgemäß wie beschrieben erhältlichen ringförmigen Vollkatalysatorformkörpern 5 bis 15 N, häufig 6 bis 13 N oder 8 bis 11 N.Typically, the lateral compressive strengths of annular unsupported catalyst bodies obtainable according to the invention as described are 5 to 15 N, frequently 6 to 13 N or 8 to 11 N.
Die spezifische (BET) Oberfläche von erfindungsgemäßen Multimetalloxid(aktiv)massen I (insbesondere, wenn sie, wie vorstehend beschrieben, zu ringförmigen Vollkatalysatoren ausgeformt sind) beträgt anwendungstechnisch vorteilhaft 2 bis 20 bzw. bis 15 m2/g, vorzugsweise 3 bis 10 m2/g und besonders bevorzugt 4 bis 8 m2/g. Das dazugehörige Porengesamtvolumen liegt dabei erfindungsgemäß vorteilhaft im Bereich von 0,1 bis 1 cm3/g bzw. bis 0,8 cm3/g, vorzugsweise im Bereich 0,1 bis 0,5 cm3/g und besonders bevorzugt im Bereich 0,2 bis 0,4 cm3/g.The specific (BET) surface area of multimetal oxide (active) compositions I according to the invention (in particular if they have been formed into annular unsupported catalysts as described above) is advantageously from 2 to 20 or to 15 m 2 / g, preferably from 3 to 10 m, in terms of application technology 2 / g, and more preferably 4 to 8 m 2 / g. According to the invention, the associated total pore volume is advantageously in the range from 0.1 to 1 cm 3 / g or to 0.8 cm 3 / g, preferably in the range from 0.1 to 0.5 cm 3 / g and particularly preferably in the
Trägt man auf der Abszisse den Porendurchmesser in µm auf und auf der Ordinate den Logarithmus des differentiellen Beitrags in cm3/g des jeweiligen Porendurchmesser zum Porengesamtvolumen in cm3/g, so zeigen erfindungsgemäß besonders günstige Multimetalloxid(aktiv)massen I (insbesondere, wenn sie, wie vorstehend beschrieben, zu ringförmigen Vollkatalysatoren ausgeformt sind) in der Regel eine monomodale Verteilung (weist lediglich ein Maximum auf). Beträgt dabei der Beitrag von Poren mit einem Porenradius ≤ 0,1 µm zum Porengesamtvolumen ≤ 0,05 cm3/g, resultieren besonders gute Gesamtzielproduktselektivitäten (z.B. 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 Kalcinationsdauer und/oder der Kalcinationstemperatur eine erfindungsgemäß vorteilhafte Minderung dieses Beitrags bewirkt werden.If one plots the pore diameter in μm 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 on the ordinate, particularly favorable multimetal oxide (active) compositions I (especially if They are, as described above, formed into annular unsupported catalysts) usually a monomodal distribution (has only one maximum). If the contribution of pores with a pore radius ≤ 0.1 μm to the total pore volume ≤ 0.05 cm 3 / g results in particularly good overall target product selectivities (eg 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 increase of the calcination time and / or the calcination temperature can be used to bring about a reduction of this contribution that is advantageous according to the invention.
Darüber hinaus erweist es sich für eine erhöhte Gesamtzielproduktselektivität als vorteilhaft, wenn der Beitrag von Poren mit einem Porenradius im Bereich von 0,2 bis 0,4 µm zum Porengesamtvolumen, bezogen auf das Porengesamtvolumen, ≥ 70 Vol.-%, vorteilhaft ≥ 75 Vol.-%, besonders vorteilhaft ≥ 85 Vol.-%, vorzugsweise ≥ 90 Vol.-%, besonders bevorzugt ≥ 95 Vol.-% beträgt.In addition, it proves to be advantageous for increased total target product selectivity, if the contribution of pores with a pore radius in the range of 0.2 to 0.4 microns to the total pore volume, based on the total pore volume, ≥ 70 vol .-%, advantageously ≥ 75 vol .-%, particularly advantageously ≥ 85 vol .-%, preferably ≥ 90 vol .-%, particularly preferably ≥ 95 vol .-%.
Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Multimetalloxid(aktiv)masse der allgemeinen Stöchiometrie I 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, Siliciumoxid, 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 z.B. so vorgehen, dass die kalcinierte Multimetalloxid(aktiv)masse der allgemeinen Stöchiometrie I zu einem feinteiligen Pulver gemahlen wird. Dieses wird dann anwendungstechnisch zweckmäßig 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 Kalcinieren wird selbiger dann in den zugehörigen Katalysatorformkörper transformiert. Selbstredend kann das feinteilige inerte Verdünnungsmaterial aber z.B. auch bereits in eine nasse (z.B. wässrige) Mischung M vorab deren Trocknung eingearbeitet werden. Des Weiteren kann eine Einarbeitung von feinteiligem inertem Verdünnungsmaterial in ein feinteiliges Trockengemisch von Quellen der elementaren Konstituenten der Multimetalloxidmasse I hinein erfolgen. Solche Vorgehensweisen sind jedoch erfindungsgemäß weniger bevorzugt.Of course, the multimetal oxide (active) composition of general stoichiometry I according to the invention can also be used diluted with inert materials for the catalysis of heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidations. As such inert diluent materials are suitable among other burned at high temperatures and thus comparatively poor in pore element oxides such as alumina, silica, thoria and zirconia. But also finely divided silicon carbide or finely divided silicates such as magnesium and aluminum silicate or steatite can be used for the aforementioned purpose. In terms of application technology, it will be advantageous, for example, for the calcined multimetal oxide (active) composition of the general stoichiometry I to be ground to a finely divided powder. This is then suitably mixed in terms of application technology with finely divided diluent material and the resultant mixed powder is molded into a geometric shaped body (preferably by tableting) using a shaping method presented in this document. By subsequent recalcining, the same is then transformed into the associated shaped catalyst body. Of course, the finely divided inert diluent material can also be incorporated, for example, already in a wet (eg aqueous) mixture M beforehand drying thereof. Furthermore, incorporation of finely divided inert diluent material in a finely divided dry mixture of sources of elemental constituents of the multimetal oxide mass I into it. However, such approaches are less preferred in the present invention.
Insbesondere gemäß den beschriebenen vorteilhaften Herstellverfahren erzeugte Multimetalloxid(aktiv)massen der allgemeinen Stöchiometrie I (bzw. selbige umfassende Vollkatalysatorformkörper) zeichnen sich dadurch aus, dass sie im Wesentlichen keine lokalen Zentren aus Elementoxiden (z.B. Eisenoxid oder Kobaltoxid) aufweisen. Vielmehr sind diese Elemente weitestgehend Bestandteil komplexer, gemischter, Fe, Co 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, multimetal oxides (active) materials of general stoichiometry I (or the same, comprising unsupported catalyst bodies) produced according to the described advantageous preparation processes are characterized by having substantially no local centers of elemental oxides (for example iron oxide or cobalt oxide). Rather, these elements are largely part of complex, mixed, Fe, Co and Mo containing Oxomolybdate. This has proved to be favorable with regard to an inventively desired minimization of unwanted full combustion of organic reaction gas mixture constituents according to the invention in the context of the relevant heterogeneously catalyzed partial oxidations.
Erfindungsgemäße Multimetalloxid(aktiv)massen der allgemeinen Stöchiometrie I eignen sich als Aktivmassen zur 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.Inventive multimetal oxide (active) compositions of the general stoichiometry I are suitable as active materials for the catalysis of heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidations of alkanes, alkanols, alkenes and / or alkenals having from 3 to 6 carbon atoms (with partial oxidations in this document, in particular such reactions should be more organic) Compounds under reactive action of molecular oxygen to be understood, in which the partially oxidized organic compound contains at least one oxygen atom chemically bound after completion of the reaction than before performing the partial oxidation). The term partial oxidation should also be understood in this document to mean oxidative dehydrogenation and partial ammoxidation, ie. h., a partial oxidation in the presence of ammonia.
Besonders eignen sich erfindungsgemäße Multimetalloxid(aktiv)massen der allgemeinen Stöchiometrie I 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 Methacrylnitril.Particularly suitable according to the invention are multimetal oxide (active) compositions of the general stoichiometry I for catalyzing the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein, isobutene to methacrolein and for catalysing the heterogeneously catalyzed partial gas phase ammpropriation of propene to acrylonitrile and of isobutene 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
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.As a result, a by-product formation of acrylic acid (methacrylic acid) accompanied by a heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene (isobutene) to acrolein (methacrolein) is generally not undesirable and usually subsumes below the desired value product formation.
Das Vorgenannte gilt insbesondere für erfindungsgemäße ringförmige, Multimetalloxidmassen der allgemeinen Stöchiometrie I umfassende, Vollkatalysatorformkörper.The abovementioned applies in particular to inventive, multimetal oxide compositions of the general stoichiometry I comprehensive, Vollkatalysatorformkörper.
Die heterogen katalysierte Partialoxidation (insbesondere diejenige von Propen zu Acrolein) kann dabei z.B. wie in den Schriften
Dabei erweisen sich die in dieser Schrift individualisiert hervorgehobenen Ringgeometrien der wie beschrieben erhältlichen ringförmigen Vollkatalysatoren insbesondere auch dann als vorteilhaft, wenn die Belastung der Katalysatorbeschickung mit im Reaktionsgaseingangsgemisch enthaltenem Propen, iso-Buten und/oder tert. Butanol (bzw. dessen Methylether) ≥ 130 Nl/l Katalysatorbeschickung · 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 ist im Übrigen deren Schüttvolumen im Reaktor befindlich).The ring geometries of the annular unsupported catalysts obtainable as described in this document are particularly advantageous if the loading of the catalyst charge with propene contained in the reaction gas input mixture, isobutene and / or tert. Butanol (or its methyl ether) ≥ 130 Nl / l catalyst charge · h (precursors and / or replacements of pure inert material are not considered as belonging to the catalyst charge in load considerations in this document, the volume of the catalyst charge is otherwise the bulk volume in the reactor located).
Die Vorteilhaftigkeit von wie beschrieben erhältlichen ringförmigen Vollkatalysatorformkörpern (bzw. sonstigen Multimetalloxid(aktiv)massen der allgemeinen Stöchiometrie I aufweisenden Katalysatoren (Katalysatorformkörpern) liegt aber auch dann vor, wenn die vorgenannte Belastung der Katalysatorbeschickung ≥ 140 Nl/l·h, oder ≥ 150 Nl/l·h, oder ≥ 160 Nl/l·h beträgt. Im Normalfall wird die vorgenannte Belastung der Katalysatorbeschickung ≤ 600 Nl/l·h, häufig ≤ 500 Nl/l·h, vielfach ≤ 400 Nl/l·h oder ≤ 350 Nl/l·h betragen. Belastungen im Bereich von ≥ 160 Nl/l·h bis ≤ 300 bzw. ≤ 250 oder ≤ 200 Nl/l·h sind besonders zweckmäßig.However, the advantageous properties of annular unsupported catalyst bodies (or other multimetal oxide (active) compositions of general stoichiometry I (shaped catalyst bodies) are also present if the aforementioned load on the catalyst charge is ≥ 140 Nl / l.h or ≥ 150 Nl In the normal case, the aforesaid load on the catalyst feed becomes ≦ 600 Nl / L · h, often ≦ 500 Nl / L · h, many times ≦ 400 Nl / L · h or ≦ 350 Nl / l · h are loads in the range of ≥ 160 Nl / l · h to ≤ 300 or ≤ 250 or ≤ 200 Nl / l · h are particularly useful.
Unter der Belastung eines Katalysatorfestbetts mit Reaktionsgaseingangsgemisch wird in dieser Schrift die Menge an Reaktionsgaseingangsgemisch in Normlitern (= Nl; das Volumen in Litern, das die entsprechende Reaktionsgaseingangsgemischmenge bei Normalbedingungen, d. h., bei 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), d. h., auf sein Schüttvolumen pro Stunde, zugeführt wird (-> Einheit = Nl/l·h).Under the load of a catalyst fixed bed with reaction gas input mixture is in this document, the amount of reaction gas input mixture in Normlitern (= Nl, the volume in liters, which is the corresponding Reaction gas input mixture amount under normal conditions, ie, at 0 ° C and 1 atm (1.01 bar) would take) understood that the fixed catalyst bed, based on the volume of its bed (bed sections of pure inert material are not included), ie, on its bulk volume per hour, is fed (-> unit = Nl / l · h).
Die Belastung kann auch nur auf einen Bestandteil des Reaktionsgaseingangsgemischs bezogen sein (z.B. nur auf die partiell zu oxidierende organische Ausgangsverbindung). Dann ist es die Volumenmenge dieses Bestandteils (z.B. der organischen Ausgangsverbindung der Partialoxidation), die dem Katalysatorfestbett, bezogen auf das Volumen seiner Schüttung, pro Stunde zugeführt wird.The load may also be based on only one constituent of the reaction gas input mixture (for example, only the partially organic starting compound to be oxidized). Then it is the volume amount of this ingredient (e.g., the organic starting compound of the partial oxidation) that is fed to the fixed catalyst bed per hour, based on the volume of its bed.
Selbstverständlich können erfindungsgemäß erhältliche Katalysatoren (z.B. ringförmige Vollkatalysatorformkörper) als Katalysatoren für die Partialoxidation von Propen zu Acrolein bzw. von iso-Buten und/oder tert. Butanol (bzw. dessen Methylether) zu Methacrolein auch bei Belastungen der Katalysatorbeschickung mit der partiell zu oxidierenden Ausgangsverbindung von ≤ 130 Nl/l·h, oder ≤ 120 Nl/l·h, oder ≤ 110 Nl/l·h, in erfindungsgemäß vorteilhafter Weise betrieben werden. In der Regel wird diese Belastung jedoch bei Werten ≥ 60 Nl/l·h, oder ≥ 70 Nl/l·h, oder ≥ 80 Nl/l·h liegen.Of course, catalysts obtainable according to the invention (for example annular unsupported catalyst bodies) can be used as catalysts for the partial oxidation of propene to acrolein or of isobutene and / or tert. Butanol (or its methyl ether) to methacrolein even with loads of the catalyst charge with the partially oxidized starting compound of ≤ 130 Nl / l · h, or ≤ 120 Nl / l · h, or ≤ 110 Nl / l · h, in accordance with the invention more advantageous Be operated way. In general, however, this load will be at values of ≥ 60 Nl / l ·h, or ≥ 70 Nl / l ·h, or ≥ 80 Nl / l ·h.
Prinzipiell kann die Belastung der Katalysatorbeschickung mit der partiell zu oxidierenden Ausgangsverbindung (Propen, iso-Buten und/oder tert. Butanol (bzw. 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.
- a) the load of the catalyst feed with reaction gas input mixture (the reaction gas mixture which 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 Katalysatoren (z. B. ringförmigen Vollkatalysatorformkörper) eignen sich insbesondere auch dann, wenn bei oberhalb von 130 Nl/l·h liegenden Belastungen der Katalysatorbeschickung mit der partiell zu oxidierenden organischen Verbindung die Belastungseinstellung vor allem über die vorgenannte Stellschraube a) erfolgt.The catalysts obtainable according to the invention (eg annular unsupported catalyst bodies) are also suitable, in particular, when the catalyst charge with the organic compound to be oxidized is above 130 Nl / lh in most cases via the aforesaid adjusting screw a) ,
Der Propenanteil (iso-Butenanteil bzw. tert. Butanolanteil (bzw. der Methyletheranteil)) im Reaktionsgaseingangsgemisch wird im Regelfall (d. h., im Wesentlichen unabhängig von der Belastung) 4 bis 20 Vol.-%, häufig 5 bis 15 Vol.-%, oder 5 bis 12 Vol.-%, oder 5 bis 8 Vol.-% betragen (jeweils bezogen auf das (den) Gesamtvolumen(strom) des Reaktionsgaseingangsgemischs).The propene content (isobutene content or tert-butanol portion (or the methyl ether content)) in the reaction gas input mixture is generally (ie, essentially independent of the load) 4 to 20% by volume, frequently 5 to 15% by volume, or 5 to 12% by volume, or 5 to 8% by volume (in each case based on the total volume (s) of the reaction gas input mixture).
Häufig wird man das Gasphasenpartialoxidationsverfahren der mit den wie beschrieben erhältlichen Katalysatoren (z. B. ringförmige Vollkatalysatorformkörper oder sonstige geometrische Katalysatorformkörper) katalysierten Partialoxidation (im Wesentlichen unabhängig von der Belastung) bei einem partiell zu oxidierende (organische) Verbindung (z.B. Propen): Sauerstoff: indifferente 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.Frequently, the gas phase partial oxidation process of the catalysts obtainable as described (eg annular unsupported catalyst bodies or other geometric shaped catalyst bodies) partial oxidation (substantially independent of the load) in a partially oxidized (organic) compound (eg propene): oxygen: indifferent 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 zu wenigstens 95 mol-%, vorzugsweise zu wenigstens 98 mol-% chemisch unverändert erhalten bleiben.Under indifferent gases (or inert gases) are understood to mean those gases which remain unchanged in the course of the partial oxidation to at least 95 mol%, preferably at least 98 mol% chemically.
Bei den vorstehend beschriebenen Reaktionsgaseingangsgemischen kann das indifferente Gas zu ≥ 20 Vol.-%, oder zu ≥ 30 Vol.-%, oder zu ≥ 40 Vol.-%, oder zu ≥ 50 Vol.-%, oder zu ≥ 60 Vol.-%, oder zu ≥ 70 Vol.-%, oder zu ≥ 80 Vol.-%, oder zu ≥ 90 Vol.-%, oder zu ≥ 95 Vol.-% aus molekularem Stickstoff bestehen.In the reaction gas input mixtures described above, the inert gas may be ≥20 vol%, or ≥30 vol%, or ≥40 vol%, or ≥50 vol%, or ≥60 vol. %, or at least ≥70 vol.%, or ≥80 vol.%, or ≥90 vol.%, or ≥95 vol.% of molecular nitrogen.
Bei Belastungen der Katalysatorbeschickung mit der partiell zu oxidierenden organischen Verbindung von ≥ 150 Nl/l·h ist jedoch die Mitverwendung von 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 z. B. ringförmigen Katalysatorformkörpern 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. 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, when the catalyst charge with the organic compound to be partially oxidized is ≥ 150 Nl / l · h, the concomitant use of inert diluent gases such as propane, ethane, methane, pentane, butane, CO 2 , CO, water vapor and / or noble gases for the reaction gas input mixture recommended (but not mandatory). In general, however, these inert gases and their mixtures can also be used even at lower loads on the catalyst feed with the organic compound to be partially oxidized. Also, cycle gas can be used as diluent gas. Under circulating gas is understood to mean the residual gas which remains when the target compound is essentially selectively separated from the product gas mixture of the partial oxidation. It should be noted that the partial oxidation to acrolein or methacrolein with the present invention available z. B. annular shaped catalyst bodies only the first stage of a two-stage partial oxidation to acrylic acid or methacrylic acid may be as the actual target compounds, so that the recycle gas is then usually only after the second stage. In the context of such a two-stage partial oxidation, the product mixture of the first stage as such, if appropriate after cooling and / or secondary oxygen addition (as a rule as air), is generally fed to the second partial oxidation stage.
Bei der Partialoxidation von Propen zu Acrolein, unter Anwendung der wie beschrieben erhältlichen Katalysatoren (z. B. ringförmigen Katalysatorformkörpern), kann eine typische Zusammensetzung des Reaktionsgaseingangsgemischs gemessen am Reaktoreingang (unabhängig von der gewählten Belastung) z.B. die nachfolgenden Komponenten enthalten:
Erstere Zusammensetzungen eignen sich insbesondere bei Propenbelastungen von ≥ 130 Nl/l·h und letztere Zusammensetzung insbesondere bei Propenbelastungen < 130 Nl/l·h, insbesondere ≤ 100 Nl/l·h des Katalysatorfestbetts.The first compositions are suitable in particular for propene loadings of ≥ 130 Nl / l.h and the latter composition in particular for propene loadings <130 Nl / l.h, in particular ≦ 100 Nl / l.h of the fixed catalyst bed.
Als alternative Zusammensetzungen des Reaktionsgaseingangsgemischs kommen für eine Propenpartialoxidation zu Acrolein (unabhängig von der gewählten Belastung) solche in Betracht, die nachfolgende Komponentengehalte aufweisen:
Das Reaktionsgaseingangsgemisch einer heterogen katalysierten partiellen Propenoxidation mit erfindungsgemäßen Katalysatoren zu Acrolein kann aber auch wie folgt zusammengesetzt sein:
Eine andere mögliche Reaktionsgaseingangsgemischzusammensetzung kann enthalten:
Alternativ können auch Reaktionsgaseingangsgemische der Zusammensetzung gemäß Example 1 der
Auch eignen sich die wie beschrieben erhältlichen erfindungsgemäßen Katalysatoren, z. B. ringförmige Katalysatorformkörper, für die Verfahren der
Weitere erfindungsgemäß geeignete Reaktionsgaseingangsgemische können im nachfolgenden Zusammensetzungsraster liegen:
Im Fall von Methacrolein als Zielverbindung kann das Reaktionsgaseingangsgemisch insbesondere auch wie in der
Die Reaktionstemperatur für eine erfindungsgemäße heterogen katalysierte Propenpartialoxidation zu Acrolein liegt bei Verwendung der wie beschrieben erhältlichen erfindungsgemäßen Katalysaoren (z. B. ringförmige Katalysatorformkörper) häufig bei 300 bis 450 °C, oder bis 400 °C, bzw. bis 380 °C. Das Gleiche trifft im Fall von Methacrolein als Zielverbindung zu.The reaction temperature for a heterogeneously catalyzed propene partial oxidation to acrolein according to the invention is, when using the catalysts of the invention obtainable as described (eg annular shaped catalyst bodies), frequently at 300 to 450 ° C., or up to 400 ° C., or up to 380 ° C. The same applies in the case of methacrolein as the target compound.
Der Reaktionsdruck liegt für die vorgenannten Partialoxidationen in der Regel bei 0,5 bis bzw. 1,5 bis 3 bzw. bis 4 bar (gemeint sind in dieser Schrift, soweit nicht ausdrücklich etwas anderes erwähnt ist, stets Absolutdrucke).The reaction pressure for the abovementioned partial oxidations is generally from 0.5 to 1.5 or 3 to 4 or 4 bar (meaning in this document, unless expressly stated otherwise, always absolute pressures).
Die Gesamtbelastung der Katalysatorbeschickung mit Reaktionsgaseingangsgemisch beläuft sich bei den vorgenannten Partialoxidationen typisch auf 1000 bis 10000 Nl/l·h, meist auf 1500 bis 5000 Nl/l·h und oft auf 2000 bis 4000 Nl/l·h.The total loading of the catalyst charge with the reaction gas input mixture in the abovementioned partial oxidations is typically 1000 to 10000 Nl / lh, usually 1500 to 5000 Nl / lh and often 2000 to 4000 Nl / lh.
Als im Reaktionsgaseingangsgemisch zu verwendendes Propen kommen vor allem polymer grade Propen und chemical grade Propen in Betracht, wie es z. B. die
Als Sauerstoffquelle wird normalerweise Luft eingesetzt.The source of oxygen is usually air.
Die Partialoxidation in Anwendung der wie beschrieben erhältlichen erfindungsgemäßen Katalysatoren (z. B. den ringförmigen Katalysatorformkörpern) kann im einfachsten Fall z. B. in einem Einzonen-Vielkontaktrohr-Festbettreaktor durchgeführt werden, wie ihn die
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 z. B. auf 3,20 m. Anwendungstechnisch 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 35000. Rohrbündelreaktoren mit einer oberhalb von 40000 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.
Die Partialoxidation kann aber auch in einem Mehrzonen(z. B. „Zwei-Zonen“)-Vielkontaktrohr-Festbettreaktor durchgeführt werden, wie es die
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
Zur Bereitung der Katalysatorbeschickung in den Kontaktrohren können, wie bereits erwähnt, nur wie beschrieben erhältliche erfindungsgemäße Katalysatoren (z. B. die ringförmigen Katalysatorformkörper) oder z. B. auch weitgehend homogene Gemische aus wie beschrieben erhältlichen z. B. ringförmigen Katalysatorformkörpern 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 z. B. poröse oder unporöse Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Zirkondioxid, Siliciumcarbid, Silikate wie Magnesium- oder Aluminiumsilikat und/oder Steatit (z.B. vom Typ C220 der Fa. CeramTec, DE) in Betracht.For the preparation of the catalyst charge in the catalyst tubes, as already mentioned, only catalysts according to the invention which can be obtained as described (eg the annular shaped catalyst bodies) or z. B. also largely homogeneous mixtures of as available obtainable z. B. annular shaped catalyst bodies and no active material having, with respect to the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation substantially inert behaving moldings are used. As materials for such inert molded body z. Example, porous or non-porous aluminas, silica, zirconia, silicon carbide, silicates such as magnesium or aluminum silicate and / or steatite (for example, the type C220 from CeramTec, DE) into consideration.
Die Geometrie solcher inerter Verdünnungsformkörper kann im Prinzip beliebig sein. D. h., es können beispielsweise Kugeln, Polygone, Vollzylinder oder auch, wie z. B. 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 shaped diluent bodies can in principle be arbitrary. D. h., It may, for example, balls, polygons, solid cylinders or else, such as. B. in the case of annular shaped catalyst body, rings. Often one will choose as inert diluent moldings whose geometry corresponds to that of the catalyst molding 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 geometry can be used in substantially homogeneous mixing. In a less preferred procedure, the active composition of the catalyst molding can also be changed along the catalyst charge.
Ganz generell wird, wie bereits erwähnt, die Katalysatorbeschickung mit Vorteil so gestaltet, dass die volumenspezifische (d. h., die auf die Einheit des Volumens normierte) Aktivität in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemischs entweder konstant bleibt oder zunimmt (kontinuierlich, sprunghaft oder stufenförmig).More generally, as already mentioned, the catalyst feed is advantageously designed so that the volume-specific (i.e., normalized to the unit of volume) activity in the flow direction of the reaction gas mixture either remains constant or increases (continuous, discontinuous or stepwise).
Eine Verringerung der volumenspezifischen Aktivität kann in einfacher Weise z. B. dadurch erzielt werden, dass man eine Grundmenge von erfindungsgemäß einheitlich hergestellten z. B. ringförmigen Katalysatorformkörpern 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 bzw. Katalysatoraktivität. Eine Verringerung kann aber auch dadurch erzielt werden, dass man die Geometrie der erfindungsgemäß erhältlichen Katalysatorformkörper so verändert, dass die in der Einheit des Reaktionsrohrinnenvolumens enthaltene Aktivmassenmenge kleiner wird.A reduction of the volume-specific activity can be easily z. B. be achieved by a uniform amount of inventively produced z. B. annular shaped catalyst bodies with inert diluent bodies homogeneously diluted. The higher the proportion of the diluent molding is selected, the lower is 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 catalyst bodies obtainable in accordance with the invention such that the amount of active composition contained in the unit of the inner volume of the reaction tube becomes smaller.
Für die heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidationen mit wie beschrieben erhältlichen erfindungsgemäßen ringförmigen Vollkatalysatorformkörpern wird die Katalysatorbeschickung vorzugsweise entweder auf der gesamten Länge einheitlich mit nur einem Typ von Vollkatalysatorringformkörpern 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 % (d. h., z. B. 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 erfindungsgemäß erhältlichem ringförmigem Vollkatalysatorformkörper und inertem Verdünnungsformkörper (wobei beide vorzugsweise im Wesentlichen die gleiche Geometrie aufweisen) platziert, wobei der Gewichtsanteil der Verdünnungsformkörper (die Massendichten von Katalysatorformkörpern 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 (d. h., z. B. 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 des wie beschrieben erhältlichen erfindungsgemäßen ringförmigen Vollkatalysatorformkörpers, oder, ganz besonders bevorzugt, eine alleinige (unverdünnte) Schüttung desselben erfindungsgemäßen ringförmigen Vollkatalysatorformkörpers, 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 erfindungsgemäß erhältlichen ringförmigen Vollkatalysatorformkörper von geringer, auf seinen Raumbedarf bezogener, Aktivmassendichte und im zweiten Abschnitt mit einem erfindungsgemäß erhältlichen ringförmigen Vollkatalysatorformkörper mit hoher, auf seinen Raumbedarf bezogener, Aktivmassendichte beschickt werden (z.B. 6,5 mm × 3 mm × 4,5 mm [A × H × I] im ersten Abschnitt, und 5 × 2 × 2 mm im zweiten Abschnitt).For the heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidations with annular unsupported catalyst bodies of the invention obtainable as described, the catalyst feed is preferably either uniformly formed along the entire length with only one type of unsupported catalyst ring bodies or structured as follows. At the reactor inlet is at a length of 10 to 60%, preferably 10 to 50%, more preferably 20 to 40% and most preferably 25 to 35% (ie, for., On 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 annular unsupported catalyst shaped body obtainable according to the invention and inert dilution molded body (both preferably having substantially the same geometry), the weight fraction of the dilution molded bodies (The mass densities of shaped catalyst bodies and of shaped diluents usually differ only slightly) normally from 5 to 40% by weight, or from 10 to 40% by weight, or from 20 to 40% by weight, or from 25 to 35% by weight. % is. In connection to This first feed section is then advantageously up to the end of the length of the catalyst feed (ie, for example, to a length of 1.00 to 3.00 m or 1.00 to 2.70 m, preferably 1.40 to 3 , 00 m, or 2.00 to 3.00 m) either a diluted only to a lesser extent (as in the first section) bed of the invention as available obtainable annular Vollkatalysatorformkörpers, or, most preferably, a sole (undiluted) bed of the same invention annular Vollkatalysatorformkörpers that has been used in the first section. Of course, a constant dilution can be selected throughout the feed. Also, in the first section only with an inventively available annular Vollkatalysatorformkörper of low, based on its space requirement, active mass density and in the second section with an inventively available annular Vollkatalysatorformkörper with high, based on its space requirement, active mass density can be charged (eg 6.5 mm × 3 mm × 4.5 mm [A × H × I] in the first section, and 5 × 2 × 2 mm in the second section).
Insgesamt werden bei einer mit den wie beschrieben erhältlichen erfindungsgemäßen (z. B. ringförmigen) Katalysatorformkörpern 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 94 mol-% resultiert. Die Selektivität der Acrolein- bzw. Methacroleinbildung wird dabei regelmäßig ≥ 80 mol-%, bzw. ≥ 85 mol-% betragen. In natürlicher Weise werden dabei möglichst geringe Heißpunkttemperaturen angestrebt. In the case of a partial oxidation according to the invention (eg ring-shaped) catalyst bodies which are carried out as catalysts for the preparation of acrolein or methacrolein, the catalyst charge, the reaction gas starting mixture, the load and the reaction temperature are generally chosen such that during the single pass of the catalyst Reaction gas mixture through the catalyst feed a conversion of the partially oxidized organic compound (propene, isobutene, tert-butanol or its methyl ether) of at least 90 mol%, or at least 92 mol%, preferably of at least 94 mol% results , The selectivity of acrolein or methacrolein formation will be regularly ≥ 80 mol%, or ≥ 85 mol%. In the natural way, the lowest possible hotspot temperatures are sought.
Abschließend sei festgehalten, dass wie beschrieben erhältliche erfindungsgemäße ringförmige Vollkatalysatorformkörper auch ein vorteilhaftes Bruchverhalten bei der Reaktorbefüllung aufweisen.Finally, it should be noted that as described inventive annular Vollkatalysatorformkörper also have an advantageous fracture behavior in the reactor filling.
Die Inbetriebnahme einer(s) frischen, erfindungsgemäß erhältliche geometrische Katalysatorformkörper enthaltenden, Katalysatorbeschickung (Katalysatorfestbetts) kann z. B. wie in der
Die Formierung erfindungsgemäß erhältlicher geometrischer Katalysatorformkörper kann dadurch beschleunigt werden, dass man sie bei im Wesentlichen gleichbleibendem Umsatz unter erhöhter Belastung der Katalysatorbeschickung mit Reaktionsgaseingangsgemisch durchführt.The formation of geometric shaped catalyst bodies obtainable according to the invention can be accelerated by carrying them out at substantially constant conversion under increased loading of the catalyst charge with reaction gas input mixture.
Im Übrigen sind erfindungsgemäß erhältliche Multimetalloxidmassen der allgemeinen Stöchiometrie I und selbige als Aktivmasse aufweisende Katalysatoren ganz generell zur Katalyse der Gasphasenpartialoxidation eines 3 bis 6 (d. h., 3, 4, 5 oder 6) C-Atome enthaltenden Alkanols, Alkanals, Alkens, Alkans und Alkenals zu z.B. 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.Incidentally, multimetal oxide compositions of the general stoichiometry I according to the invention and catalysts containing them as active composition are quite generally suitable for catalyzing the gas phase partial oxidation of an alkanol, alkanal, alkene, alkane and alkenalene containing 3 to 6 (ie, 3, 4, 5 or 6) carbon atoms for example olefinically unsaturated aldehydes and / or carboxylic acids and the corresponding nitriles, and suitable for gas phase catalytic oxidative dehydrogenation of the aforementioned 3, 4, 5 or 6 C-containing organic compounds.
Die großtechnische Herstellung von erfindungsgemäßen ringförmigen Vollkatalysatorformkörpern erfolgt anwendungstechnisch zweckmäßig wie in den Deutschen Offenlegungsschriften
Damit umfasst vorliegende Anmeldung insbesondere die folgenden erfindungsgemäßen Ausführungsformen:
- 1. Mo, Bi und Fe enthaltende Multimetalloxidmassen der allgemeinen Stöchiometrie I,
in der die Variablen folgende Bedeutung haben: a = 0,5Mo12 Bia Cob Fec Kd Sie Ox (I), bis 1, b = 7bis 8,5, c = 1,5 3,0, d = 0bis bis 0,15, e = 0 2,5 und x = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in I bestimmt wird, und die folgenden Bedingungen erfüllen: Bedingung 1 : 12 – b – 1,5·c = A,bis 0,5 ≤ A ≤ 1,5; Bedingung 2 : 0,2 ≤ a/A ≤ 1,3; und Bedingung 3 : 2,5 ≤ b/c ≤ 9.und - 2.
Multimetalloxidmasse gemäß Ausführungsform 1, deren stöchiometrischer Koeffizientd 0,04 0,1 beträgt.bis - 3.
Multimetalloxidmasse gemäß Ausführungsform 1oder 2, deren stöchiometrischer Koeffizientd 0,05bis 0,08 beträgt. - 4. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1bis 3, deren stöchiometrischer Koeffizient e 0,5bis 2 beträgt. - 5. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1bis 4, deren stöchiometrischer Koeffizient e 0,8bis 1,8 beträgt. - 6. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1bis 5, deren stöchiometrischer Koeffizient e 1bis 1,6 beträgt. - 7. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 6, die 1, 0,5 ≤ A ≤ 1,25, erfüllt.die Bedingung - 8. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 7, die 1, 0,5 ≤ A ≤ 1, erfüllt.die Bedingung - 9. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 8, die 2, 0,3 ≤ a/A ≤ 1,2, erfüllt.die Bedingung - 10. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 9, die 2, 0,4 ≤ a/A ≤ 1,2, erfüllt.die Bedingung - 11. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1bis 10, die 2, 0,5 ≤ a/A ≤ 1,2, erfüllt.die Bedingung - 12. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 11, die 3, 3 ≤ b/c ≤ 9, erfüllt.die Bedingung - 13. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 12, die 3, 3 ≤ b/c ≤ 7, erfüllt.die Bedingung - 14. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 13, die 3, 3 ≤ b ≤ 5, erfüllt.die Bedingung - 15. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 14, deren spezifische Oberfläche 2 bis 20 m2/g beträgt. - 16. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 15, deren spezifische Oberfläche 2 bis 15 m2/g beträgt. - 17. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 16, deren spezifische Oberfläche 3 bis 10 m2/g beträgt. - 18. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 17, deren spezifische Oberfläche 4 bis 8 m2/g beträgt. - 19. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 18, 0,1deren Porengesamtvolumen bis 1 cm3/g beträgt. - 20. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 19, 0,1deren Porengesamtvolumen bis 0,8 cm3/g beträgt. - 21. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1bis 20, 0,1deren Porengesamtvolumen 0,5 cm3/g beträgt.bis - 22. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 21, 0,2deren Porengesamtvolumen 0,4 cm3/g beträgt.bis - 23. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 22, bei der der Beitrag von Poren mit einem Porenradius ≤ 0,1 µm zum Porengesamtvolumen ≤ 0,05 cm3/g beträgt. - 24. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 23, bei der der Beitrag von Poren mit einem Porenradius 0,2im Bereich von 0,4 µIm zum Porengesamtvolumen, bezogen auf das Porengesamtvolumen, ≥ 70 Vol.-% beträgt.bis - 25. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 24, bei der der Beitrag von Poren mit einem Porenradius 0,2im Bereich von 0,4 µm zum Porengesamtvolumen, bezogen auf das Porengesamtvolumen, ≥ 75 Vol.-% beträgt.bis - 26. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 25, bei der der Beitrag von Poren mit einem Porenradius 0,2im Bereich von 0,4 µm zum Porengesamtvolumen, bezogen auf das Porengesamtvolumen, ≥ 85 Vol.-% beträgt.bis - 27. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 26, bei der der Beitrag von Poren mit einem Porenradius 0,2im Bereich von 0,4 µm zum Porengesamtvolumen, bezogen auf das Porengesamtvolumen, ≥ 90 Vol.-% beträgt.bis - 28. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 27, bei der der Beitrag von Poren mit einem Porenradius 0,2im Bereich von 0,4 µm zum Porengesamtvolumen, bezogen auf das Porengesamtvolumen, ≥ 95 Vol.-% beträgt.bis - 29. Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 28, bei der bei einer Auftragung ihrer Porendurchmesser in µm auf der Abszisse und des Logarithmus des differentiellen Beitrags in cm3/g des jeweiligen Porendurchmessers zum Porengesamtvolumen in cm3/g auf der Ordinate eine monomodale Verteilungskurve resultiert. - 30. Schalenkatalysator, umfassend einen Trägerformkörper und eine auf der äußeren Oberfläche des Trägerformkörpers befindliche Schale aus wenigstens einer Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 29. - 31.
Schalenkatalysator gemäß Ausführungsform 30, bei dem die Schale aus der wenigstens einen Multimetalloxidmasse eineDicke von 10bis 1000 µm aufweist. - 32.
Schalenkatalysator gemäß Ausführungsform 30 oder 31, bei dem die Schale aus der wenigstens einen Multimetalloxidmasse eineDicke von 100bis 700 µm aufweist. - 33. Schalenkatalysator gemäß einer der Ausführungsformen 30 bis 32, bei dem die Schale aus der wenigstens einen Multimetalloxidmasse eine
Dicke von 300bis 500 µm aufweist. - 34. Schalenkatalysator gemäß einer der Ausführungsformen 30 bis 33, dessen Trägerformkörper eine Kugel, ein Vollzylinder oder ein Hohlzylinder ist.
- 35. Schalenkatalysator gemäß Ausführungsform 34, dessen Trägerformkörper eine Kugel ist,
deren Durchmesser 1 bis 8 mm beträgt. - 36. Schalenkatalysator gemäß Ausführungsform 34, dessen Trägerformkörper ein Zylinder ist,
dessen Länge 2bis 10 mm und dessen Außendurchmesser 4bis 10 mm beträgt. - 37. Schalenkatalysator gemäß Ausführungsform 34, dessen Trägerformkörper ein Ring mit einer
Wanddicke von 1bis 4 mm,einer Länge von 2bis 10 mm und einemAußendurchmesser von 4bis 10 mm ist. - 38. Schalenkatalysator gemäß Ausführungsform 37, dessen Trägerformkörper ein Ring mit einer
Wanddicke von 1bis 2 mm,einer Länge von 3 bis 6 mm und einemAußendurchmesser von 4 bis 8 mm ist. - 39. Schalenkatalysator gemäß Ausführungsform 37, dessen Trägerformkörper ein Ring mit einer
Wanddicke von 1bis 2 mm,einer Länge von 2bis 4 mm und einemAußendurchmesser von 4 bis 8 mm ist. - 40. Schalenkatalysator gemäß einer der Ausführungsformen 30 bis 39, wobei das Material des Trägerformkörpers Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, ein Silikat, Siliciumcarbid, Zirkondioxid, Thoriumdioxid oder Steatit ist.
- 41. Vollkatalysatorformkörper, dessen Aktivmasse wenigstens ein Multimetalloxid gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 29 ist. - 42. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 41, der die Geometrie einer Kugel, eines Zylinders oder eines Ringes aufweist.
- 43. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 42, der die Geometrie einer Kugel mit
einem Durchmesser von 2bis 10 mm aufweist. - 44. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 43,
dessen Kugeldurchmesser 4 bis 8 mm beträgt. - 45. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 42, der die Geometrie eines Zylinders mit einer
Länge von 2bis 10 mm und einemAußendurchmesser von 2bis 10 mm aufweist. - 46. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 45, wobei die
Länge 2 bis 8 mm und der Außendurchmesser 2 bis 8 mm beträgt. - 47. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 42, der die Geometrie eines Ringes mit einer
Wanddicke von 1bis 3 mm,einer Länge von 2bis 10 mm und einemAußendurchmesser von 2bis 10 mm aufweist. - 48. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 47,
dessen Länge 2 bis 8 mm und dessen Außendurchmesser 3 bis 8 mm beträgt. - 49. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 47,
dessen Länge 3 bis 8 mm und dessen Außendurchmesser 3 bis 8 mm beträgt. - 50. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 47 bis 49, bei dem das Verhältnis von
0,3Länge zu Außendurchmesser bis 0,7 beträgt. - 51.
Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 50, bei dem das Verhältnis von 0,4Länge zu Außendurchmesser bis 0,6 beträgt. - 52. Vollkatalysatorformkörper gemäß einer der Ausführungsformen 47 bis 51, bei dem das Verhältnis von
0,3Innendurchmesser zu Außendurchmesser bis 0,7 beträgt. - 53. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 52, bei dem das Verhältnis von
0,4Innendurchmesser zu Außendurchmesser bis 0,7 beträgt. - 54. Vollkatalysatorformkörper gemäß Ausführungsform 47, dessen Ringgeometrie mit Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser eine Ringgeometrie aus der Gruppe 5 mm × 2 mm × 2 mm, 5 mm × 3 mm × 2 mm, 5 mm × 3 mm × 3 mm, 5,5 mm × 3 mm × 3,5 mm, 6 mm × 3 mm × 4 mm, 6,5 mm × 3 mm × 4,5 mm, 7 mm × 3 mm × 5 mm, 7 mm × 7 mm × 3 mm, 7 mm × 3 mm × 4 mm, und 7 mm × 7 mm × 4 mm ist.
- 55. Verfahren zur Herstellung einer Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass man von Quellen ihrer elementaren Konstituenten ein feinteiliges inniges Trockengemisch erzeugt und dieses bei Temperaturen im Bereich von 350 bis 650 °C kalciniert. - 56. Verfahren gemäß Ausführungsform 55, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalcination unter Inertgas, unter einem Gemisch aus molekularem Sauerstoff und einem Inertgas, unter einer reduzierenden Atmosphäre oder unter Vakuum erfolgt.
- 57. Verfahren gemäß Ausführungsform 56, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalcination unter Luft erfolgt.
- 58. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 55 bis 57, dadurch gekennzeichnet, dass die Quellen in Form von Lösungen und/oder Suspensionen miteinander vermischt und die dabei resultierende nasse Mischung M zum feinteiligen innigen Trockengemisch getrocknet wird.
- 59. Verfahren gemäß Ausführungsform 58, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsund/oder Suspendiermittel eine wässrige Lösung ist.
- 60. Verfahren gemäß Ausführungsform 58 oder 59, dadurch gekennzeichnet, dass als Quellen nur Lösungen und/oder kolloidale Lösungen verwendet werden.
- 61.
Verfahren gemäß Ausführungsform 60, dadurch gekennzeichnet, dass eine Quelle eine wässrige Lösung A ist, die Ausgangsverbindungen der Elemente Co, Fe und Bi gelöst enthält und deren pH-Wert ≤ 3 und ≥ –2 beträgt. - 62.
Verfahren gemäß Ausführungsform 60 oder 61, dadurch gekennzeichnet, dass eine Quelle eine wässrige Lösung B ist, die Ausgangsverbindungen der Elemente K und Mo gelöst enthält und deren pH-Wert ≤ 6,5 und ≥ 3 ist. - 63. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 60 bis 62, dadurch gekennzeichnet, dass eine Quelle wässriges Kieselsol ist.
- 64. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 55 bis 63, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen der Herstellung des feinteiligen innigen Trockengemischs eine wässrige Lösung A, die Ausgangsverbindungen der Elemente Co, Fe und Bi gelöst enthält und deren pH-Wert ≤ 3 und ≥ –2 beträgt, mit einer wässrigen Lösung B, die Ausgangsverbindungen der Elemente K und Mo gelöst enthält und deren pH-Wert ≤ 6,5 und ≥ 3 ist, vermischt wird und in das resultierende wässrige Gemisch ein wässriges Kieselsol eingemischt wird, wobei eine wässrige Mischung M resultiert.
- 65. Verfahren gemäß Ausführungsform 64, dadurch gekennzeichnet, dass die wässrige Lösung A in die wässrige Lösung B eingerührt wird.
- 66. Verfahren gemäß Ausführungsform 65, dadurch gekennzeichnet, dass das Einrühren bei einer Temperatur ≤ 80 °C und ≥ 0 °C erfolgt.
- 67. Verfahren gemäß Ausführungsform 66, dadurch gekennzeichnet, dass das Einrühren bei einer Temperatur ≤ 70 °C und ≥ 0 °C erfolgt.
- 68. Verfahren gemäß Ausführungsform 66 oder 67, dadurch gekennzeichnet, dass das Einrühren bei einer Temperatur ≤ 60 °C und ≥ 0 °C erfolgt.
- 69. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 66 bis 68, dadurch gekennzeichnet, dass das Einrühren bei einer Temperatur ≤ 40 °C und ≥ 0 °C erfolgt.
- 70. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 64 bis 69, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis V, gebildet aus der in der wässrigen Mischung der wässrigen Lösung A und der wässrigen Lösung B wahlweise enthaltenen molaren Gesamtmenge n1 an NH3 und NH4 + und der in derselben wässrigen Mischung enthaltenen molaren Gesamtmenge n2 an Mo, V = n1 : n2, ≤ 1 beträgt.
- 71.
Verfahren gemäß Ausführungsform 70, dadurch gekennzeichnet, dass 0 ≤ V ≤ 6/7 ist. - 72. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 64 bis 71, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der wässrigen Mischung aus der wässrigen Lösung A und der wässrigen Lösung B ≤ 3 und ≥ 0 beträgt.
- 73. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 64 bis 72, dadurch gekennzeichnet, dass der SiO2-Gehalt des wässrigen Kieselsols 15
bis 60 Gew.-% beträgt. - 74. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 64 bis 73, dadurch gekennzeichnet, dass der SiO2-Gehalt des wässrigen Kieselsols 30
bis 60 Gew.-% beträgt. - 75. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 64 bis 74, dadurch gekennzeichnet, dass der SiO2-Gehalt des wässrigen Kieselsols 45 bis 55 Gew.-% beträgt
- 76. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 64 bis 75, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtgehalt der wässrigen Mischung M an Mo, Co, Fe, Bi und Si, bezogen auf die Menge an in der wässrigen Mischung M enthaltenem Wasser, 5 bis 25 Gew.-% beträgt.
- 77. Verfahren gemäß Ausführungsform 76, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtgehalt der wässrigen Mischung M an Mo, Co, Fe, Bi und Si, bezogen auf die Menge an in der wässrigen Mischung M enthaltenem Wasser, 8
bis 20 Gew.-% beträgt. - 78. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 64 bis 77, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der wässrigen Mischung M ≤ 3 beträgt.
- 79. Verfahren gemäß Ausführungsform 78, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der wässrigen Mischung M ≥ 0 und ≤ 2 beträgt.
- 80. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 64 bis 79, dadurch gekennzeichnet, dass der im wässrigen Medium der wässrigen Mischung M gelöst vorliegende Anteil AT an Co der in der wässrigen Mischung M insgesamt enthaltenen Menge an Co ≤ 60 % beträgt.
- 81.
Verfahren gemäß Ausführungsform 80, dadurch gekennzeichnet, dass AT ≤ 50 % beträgt. 82.Verfahren gemäß Ausführungsform 80 oder 81, dadurch gekennzeichnet, dass 15 % ≤ AT ≤ 40 % gilt. - 83. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 58 bis 82, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung durch Sprühtrocknung erfolgt.
- 84. Verfahren gemäß Ausführungsform 83, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühtrocknung der wässrigen Mischung M nach Versprühen derselben in einem heißem Gasstrom erfolgt, dessen Eintrittstemperatur 250 bis 450 °C beträgt.
- 85. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 55 bis 84, dadurch gekennzeichnet, dass man das innige Trockengemisch vorab der Kalcinierung, wahlweise unter Zusatz von Formgebungshilfsmitteln, zu Formkörpern von regelmäßiger oder unregelmäßiger Geometrie formt.
- 86. Verfahren gemäß Ausführungsform 85, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgebung durch Tablettieren erfolgt.
- 87. Verfahren gemäß Ausführungsform 85 oder 86, dadurch gekennzeichnet, dass als Formgebungshilfsmittel Graphit zugesetzt wird.
- 88. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 85 bis 87, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper die Geometrie eines Ringes aufweist.
- 89.
Verfahren gemäß Ausführungsform 88, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring einenAußendurchmesser von 2bis 10 mm, eineHöhe von 2bis 10 mm und eineWandstärke von 1bis 3 mm aufweist. - 90. Verfahren gemäß Ausführungsform 89, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring einen
Außendurchmesser von 2 bis 8 mm und eineHöhe von 2 bis 8 mm aufweist. - 91. Verfahren gemäß Ausführungsform 89
oder 90, dadurch gekennzeichnet, dass der Ring einenAußendurchmesser von 3 bis 8 mm und eineHöhe von 3 bis 8 mm aufweist. - 92. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 88 bis 91, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitendruckfestigkeit SD des ringförmigen Formkörpers die Relation 12 N ≤ SD ≤ 35 N erfüllt.
- 93. Verfahren gemäß Ausführungsform 92, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitendruckfestigkeit die Relation 15 N ≤ SD ≤ 30 N erfüllt.
- 94. Verfahren gemäß Ausführungsform 92 oder 93, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitendruckfestigkeit die Relation 19 N ≤ SD ≤ 30 N erfüllt.
- 95. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 55 bis 94, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kalcination die Temperatur von 600 °C nicht überschritten wird.
- 96. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 55 bis 95, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kalcination die Temperatur von 550 °C nicht überschritten wird.
- 97. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 55 bis 96, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Kalcination
die Temperatur von 500 °C nicht überschritten wird. - 98. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 55 bis 97, dadurch gekennzeichnet, dass vorab der Kalcination eine thermische Behandlung des innigen Trockengemischs bei Temperaturen ≥ 120 °C und ≤ 350 °C erfolgt.
- 99. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 55 bis 98, dadurch gekennzeichnet, dass vorab der Kalcination eine thermische Behandlung des innigen Trockengemischs bei Temperaturen ≥ 150 °C und ≤ 320 °C erfolgt.
- 100. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 55 bis 99, dadurch gekennzeichnet, dass vorab der Kalcination eine thermische Behandlung des innigen Trockengemischs bei Temperaturen ≥ 220 °C und ≤ 290 °C erfolgt.
- 101. Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation eines 3 bis 6 C-Atome aufweisenden Alkans, Alkanols, Alkanals, Alkens und/oder Alkenals an einem Katalysatorbett, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorbett wenigstens eine Multimetalloxidmasse gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 29 aufweist. - 102. Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation eines 3 bis 6 C-Atome aufweisenden Alkans, Alkanols, Alkanals, Alkens und/oder Alkenals an einem Katalysatorbett, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorbett wenigstens einen Katalysator gemäß einer der Ausführungsformen 30 bis 54 aufweist.
- 103. Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation eines 3 bis 6 C-Atome aufweisenden Alkans, Alkanols, Alkanals, Alkens und/oder Alkenals an einem Katalysatorbett, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatorbett wenigstens ein Produkt eines Verfahrens gemäß einer der Ausführungsformen 55
bis 100 aufweist. - 104. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 101 bis 103, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein oder von iso-Buten zu Methacrolein ist.
- 105. Verfahren gemäß einer der Ausführungsformen 101 bis 103, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Verfahren der Ammoxidation von Propen zu Acrylnitril oder ein Verfahren der Ammoxidation von iso-Buten zu Methacrylnitril ist.
- 106. Verwendung wenigstens eines Multimetalloxids gemäß einer der
Ausführungsformen 1 bis 29, oder wenigstens eines Katalysators gemäß einer der Ausführungsformen 30 bis 54, oder wenigstens eines Produkts eines Verfahrens gemäß einer der Ausführungsformen 55bis 100 zur Katalyse eines Verfahrens der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation eines 3 bis 6 C-Atome aufweisenden Alkans, Alkanols, Alkanals, Alkens und/oder Alkenals an einem Katalysatorbett.
- 1. Mo, Bi and Fe-containing multimetal oxide materials of general stoichiometry I,
in which the variables have the following meaning: a = 0.5 to 1, b = 7 to 8.5, c = 1.5 to 3.0, d = 0 to 0.15, e = 0 to 2.5 and x = a number determined by the valence and frequency of the non-oxygen elements in I and satisfying the following conditions: Condition 1: 12-b-1.5 · c = A, and 0.5 ≤ A ≤ 1.5; Condition 2: 0.2 ≤ a / A ≤ 1.3; and condition 3: 2.5 ≦ b / c ≦ 9.Mo 12 Bi a Co b Fe c K d Si e O x (I), - 2. Multimetal oxide composition according to
embodiment 1, whose stoichiometric coefficient d is 0.04 to 0.1. - 3. Multimetal oxide composition according to
1 or 2, whose stoichiometric coefficient d is 0.05 to 0.08.embodiment - 4. Multimetal oxide according to any one of
embodiments 1 to 3, whose stoichiometric coefficient e is 0.5 to 2. - 5. Multimetal oxide according to any one of
embodiments 1 to 4, whose stoichiometric coefficient e is 0.8 to 1.8. - 6. Multimetal oxide according to any of
embodiments 1 to 5, whose stoichiometric coefficient e is 1 to 1.6. - 7. The multimetal oxide composition according to any one of
Embodiments 1 to 6 satisfying thecondition 1, 0.5 ≦ A ≦ 1.25. - 8. The multimetal oxide composition according to any one of
Embodiments 1 to 7 which satisfies thecondition 1, 0.5 ≦ A ≦ 1. - 9. The multimetal oxide composition according to any one of
Embodiments 1 to 8satisfying Condition 2, 0.3 ≦ a / A ≦ 1.2. - 10. The multimetal oxide composition according to any one of
Embodiments 1 to 9satisfying Condition 2, 0.4 ≦ a / A ≦ 1.2. - 11. The multimetal oxide composition according to any one of
Embodiments 1 to 10satisfying Condition 2, 0.5 ≦ a / A ≦ 1.2. - 12. The multimetal oxide composition according to any one of
embodiments 1 to 11 satisfying the 3, 3 ≦ b / c ≦ 9.condition - 13. The multimetal oxide composition according to any one of
embodiments 1 to 12 satisfying the 3, 3 ≦ b / c ≦ 7.condition - 14. The multimetal oxide composition according to any one of
embodiments 1 to 13 satisfying the 3, 3 ≦ b ≦ 5.condition - 15. Multimetal oxide according to any of
embodiments 1 to 14, whose specific surface is 2 to 20 m 2 / g. - 16. Multimetal oxide composition according to any one of
embodiments 1 to 15, whose specific surface area is 2 to 15 m 2 / g. - 17. Multimetal oxide composition according to one of
embodiments 1 to 16, whose specific surface area is 3 to 10 m 2 / g. - 18. Multimetal oxide composition according to any one of
embodiments 1 to 17, whose specific surface area is 4 to 8 m 2 / g. - 19. Multimetal oxide composition according to one of
embodiments 1 to 18, whose total pore volume is 0.1 to 1 cm 3 / g. - 20. Multimetal oxide composition according to one of
embodiments 1 to 19, whose total pore volume is 0.1 to 0.8 cm 3 / g. - 21. Multimetal oxide composition according to one of
embodiments 1 to 20, whose total pore volume is 0.1 to 0.5 cm 3 / g. - 22. Multimetal oxide composition according to one of
embodiments 1 to 21, whose total pore volume is 0.2 to 0.4 cm 3 / g. - 23. Multimetal oxide composition according to any one of
embodiments 1 to 22, wherein the contribution of pores having a pore radius ≤ 0.1 microns to the total pore volume ≤ 0.05 cm 3 / g. - 24. Multimetal oxide composition according to one of
embodiments 1 to 23, in which the contribution of pores having a pore radius in the range from 0.2 to 0.4 μm to the total pore volume, based on the total pore volume, is ≥70% by volume. - 25. Multimetal oxide composition according to one of
embodiments 1 to 24, wherein the contribution of pores having a pore radius in the range of 0.2 to 0.4 microns to the total pore volume, based on the total pore volume, ≥ 75 vol .-%. - 26. Multimetal oxide composition according to any one of
embodiments 1 to 25, wherein the contribution of pores having a pore radius in the range of 0.2 to 0.4 microns to the total pore volume, based on the total pore volume, ≥ 85 vol .-%. - 27. Multimetal oxide composition according to one of
embodiments 1 to 26, wherein the contribution of pores having a pore radius in the range of 0.2 to 0.4 microns to the total pore volume, based on the total pore volume, ≥ 90 vol .-%. - 28. The multimetal oxide composition according to any one of
embodiments 1 to 27, wherein the contribution of pores having a pore radius in the range of 0.2 to 0.4 microns to the total pore volume, based on the total pore volume, ≥ 95 vol .-%. - 29. Multimetal oxide composition according to one of the
embodiments 1 to 28, wherein in a plot of their pore diameter in microns 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 on the ordinate a monomodal distribution curve results. - 30. coated catalyst, comprising a carrier molding and a shell located on the outer surface of the carrier molding of at least one Multimetalloxidmasse according to one of the
embodiments 1 to 29th - 31. coated catalyst according to
embodiment 30, wherein the shell of the at least one Multimetalloxidmasse has a thickness of 10 to 1000 microns. - 32. coated catalyst according to
embodiment 30 or 31, wherein the shell of the at least one Multimetalloxidmasse has a thickness of 100 to 700 microns. - 33. The coated catalyst according to one of
embodiments 30 to 32, wherein the shell of the at least one multimetal oxide composition has a thickness of 300 to 500 μm. - 34. coated catalyst according to one of the
embodiments 30 to 33, the carrier molding is a ball, a solid cylinder or a hollow cylinder. - 35. coated catalyst according to embodiment 34, the carrier molding is a ball whose diameter is 1 to 8 mm.
- 36. coated catalyst according to embodiment 34, the carrier molding is a cylinder whose length is 2 to 10 mm and whose outer diameter is 4 to 10 mm.
- 37. coated catalyst according to embodiment 34, the support molding is a ring with a wall thickness of 1 to 4 mm, a length of 2 to 10 mm and an outer diameter of 4 to 10 mm.
- 38. coated catalyst according to embodiment 37, the support molding is a ring with a wall thickness of 1 to 2 mm, a length of 3 to 6 mm and an outer diameter of 4 to 8 mm.
- 39. coated catalyst according to embodiment 37, the support molding is a ring with a wall thickness of 1 to 2 mm, a length of 2 to 4 mm and an outer diameter of 4 to 8 mm.
- 40. coated catalyst according to any of
embodiments 30 to 39, wherein the material of the carrier molded body alumina, silica, a silicate, silicon carbide, zirconia, thoria or steatite. - 41. An unsupported catalyst body whose active composition is at least one multimetal oxide according to one of
embodiments 1 to 29. - 42. The full catalyst shaped body according to embodiment 41, which has the geometry of a ball, a cylinder or a ring.
- 43. An all-catalyst shaped body according to embodiment 42, which has the geometry of a ball with a diameter of 2 to 10 mm.
- 44. Whole catalyst shaped body according to embodiment 43, whose ball diameter is 4 to 8 mm.
- 45. An all-catalyst shaped body according to embodiment 42, which has the geometry of a cylinder with a length of 2 to 10 mm and an outer diameter of 2 to 10 mm.
- 46. The unsupported catalyst body according to embodiment 45, wherein the length is 2 to 8 mm and the outer diameter is 2 to 8 mm.
- 47. The unsupported catalyst body according to embodiment 42, which has the geometry of a ring with a wall thickness of 1 to 3 mm, a length of 2 to 10 mm and an outer diameter of 2 to 10 mm.
- 48. An unsupported catalyst body according to embodiment 47, whose length is 2 to 8 mm and whose outer diameter is 3 to 8 mm.
- 49. An unsupported catalyst body according to embodiment 47, whose length is 3 to 8 mm and whose outer diameter is 3 to 8 mm.
- 50. An all-catalyst shaped body according to one of embodiments 47 to 49, wherein the ratio of length to outer diameter is 0.3 to 0.7.
- 51. An all-catalyst shaped body according to
embodiment 50, wherein the ratio of length to outer diameter is 0.4 to 0.6. - 52. An all-catalyst shaped body according to any one of embodiments 47 to 51, wherein the ratio of inner diameter to outer diameter is 0.3 to 0.7.
- 53. An all-catalyst shaped body according to embodiment 52, wherein the ratio of inner diameter to outer diameter is 0.4 to 0.7.
- 54. The unsupported catalyst body according to embodiment 47, whose outer diameter × length × inner diameter ring geometry has a ring geometry from the
group 5 mm × 2 mm × 2 mm, 5 mm × 3 mm × 2 mm, 5 mm × 3 mm × 3 mm, 5.5 mm × 3 mm × 3.5 mm, 6 mm × 3 mm × 4 mm, 6.5 mm × 3 mm × 4.5 mm, 7 mm × 3 mm × 5 mm, 7 mm × 7 mm × 3 mm, 7 mm × 3 mm × 4 mm, and 7 mm × 7 mm × 4 mm. - 55. A process for the preparation of a multimetal oxide according to any one of
embodiments 1 to 29, characterized in that produced from sources of their elemental constituents a finely divided intimate dry mixture and calcined at temperatures ranging from 350 to 650 ° C. - 56. The method according to embodiment 55, characterized in that the calcination is carried out under inert gas, under a mixture of molecular oxygen and an inert gas, under a reducing atmosphere or under vacuum.
- 57. The method according to embodiment 56, characterized in that the calcination takes place under air.
- 58. The method according to any one of embodiments 55 to 57, characterized in that the sources are mixed together in the form of solutions and / or suspensions and the resulting wet mixture M is dried to finely divided intimate dry mixture.
- 59. The method according to embodiment 58, characterized in that the solvent and / or suspending agent is an aqueous solution.
- 60. The method according to embodiment 58 or 59, characterized in that only solutions and / or colloidal solutions are used as sources.
- 61. Method according to
embodiment 60, characterized in that a source is an aqueous solution A which contains dissolved starting compounds of the elements Co, Fe and Bi and whose pH is ≦ 3 and ≥ -2. - 62. Method according to
embodiment 60 or 61, characterized in that a source is an aqueous solution B which contains dissolved starting compounds of elements K and Mo and whose pH is ≤ 6.5 and ≥ 3. - 63. The method according to any of
embodiments 60 to 62, characterized in that a source is aqueous silica sol. - 64. The method according to any one of embodiments 55 to 63, characterized in that within the production of the finely divided intimate dry mixture contains an aqueous solution A, the starting compounds of the elements Co, Fe and Bi dissolved and their pH ≤ 3 and ≥ -2 is mixed with an aqueous solution B containing starting compounds of the elements K and Mo dissolved and their pH ≤ 6.5 and ≥ 3 is mixed, and in the resulting aqueous mixture, an aqueous silica sol is mixed, wherein an aqueous mixture M results.
- 65. The method according to embodiment 64, characterized in that the aqueous solution A is stirred into the aqueous solution B.
- 66. The method according to embodiment 65, characterized in that the stirring takes place at a temperature ≤ 80 ° C and ≥ 0 ° C.
- 67. The method according to embodiment 66, characterized in that the stirring takes place at a temperature ≤ 70 ° C and ≥ 0 ° C.
- 68. The method according to embodiment 66 or 67, characterized in that the stirring takes place at a temperature ≤ 60 ° C and ≥ 0 ° C.
- 69. The method according to any one of embodiments 66 to 68, characterized in that the stirring takes place at a temperature ≤ 40 ° C and ≥ 0 ° C.
- 70. The method according to any one of embodiments 64 to 69, characterized in that the ratio V, formed from the molar total amount of n 1 of NH 3 and NH 4 + optionally contained in the aqueous mixture of the aqueous solution A and the aqueous solution B. in the same aqueous mixture molar total amount of n 2 to Mo, V = n 1 : n 2 , ≤ 1.
- 71. Method according to
embodiment 70, characterized in that 0 ≤ V ≤ 6/7. - 72. The method according to one of embodiments 64 to 71, characterized in that the pH of the aqueous mixture of the aqueous solution A and the aqueous solution B ≤ 3 and ≥ 0.
- 73. The method according to any one of embodiments 64 to 72, characterized in that the SiO 2 content of the aqueous silica sol is 15 to 60 wt .-%.
- 74. The method according to any one of embodiments 64 to 73, characterized in that the SiO 2 content of the aqueous silica sol is 30 to 60 wt .-%.
- 75. The method according to any one of embodiments 64 to 74, characterized in that the SiO 2 content of the aqueous silica sol is 45 to 55 wt .-%
- 76. The method according to any one of embodiments 64 to 75, characterized in that the total content of the aqueous mixture M of Mo, Co, Fe, Bi and Si, based on the amount of water contained in the aqueous mixture M, 5 to 25 wt. -% is.
- 77. The method according to embodiment 76, characterized in that the total content of the aqueous mixture M of Mo, Co, Fe, Bi and Si, based on the amount of water contained in the aqueous mixture M, 8 to 20 wt .-% is.
- 78. The method according to any one of embodiments 64 to 77, characterized in that the pH of the aqueous mixture M ≤ 3.
- 79. Method according to embodiment 78, characterized in that the pH of the aqueous mixture is M ≥ 0 and ≤ 2.
- 80. The method according to any one of embodiments 64 to 79, characterized in that the proportion AT of Co dissolved in the aqueous medium of the aqueous mixture M is the total amount of Co ≤ 60% present in the aqueous mixture M.
- 81. Method according to
embodiment 80, characterized in that AT ≤ 50%. 82. The method according toembodiment 80 or 81, characterized in that 15% ≤ AT ≤ 40% applies. - 83. The method according to any one of embodiments 58 to 82, characterized in that the drying is carried out by spray drying.
- 84. The method according to embodiment 83, characterized in that the spray-drying of the aqueous mixture M after spraying thereof takes place in a hot gas stream whose inlet temperature is 250 to 450 ° C.
- 85. The method according to any one of embodiments 55 to 84, characterized in that forming the intimate dry mixture in advance of the calcination, optionally with the addition of shaping aids, to moldings of regular or irregular geometry.
- 86. The method according to embodiment 85, characterized in that the shaping is carried out by tableting.
- 87. The method according to embodiment 85 or 86, characterized in that graphite is added as a shaping aid.
- 88. The method according to any one of embodiments 85 to 87, characterized in that the shaped body has the geometry of a ring.
- 89. The method according to
embodiment 88, characterized in that the ring has an outer diameter of 2 to 10 mm, a height of 2 to 10 mm and a wall thickness of 1 to 3 mm. - 90. The method according to embodiment 89, characterized in that the ring has an outer diameter of 2 to 8 mm and a height of 2 to 8 mm.
- 91. The method according to
embodiment 89 or 90, characterized in that the ring has an outer diameter of 3 to 8 mm and a height of 3 to 8 mm. - 92. Method according to one of the
embodiments 88 to 91, characterized in that the lateral compressive strength SD of the annular shaped body satisfies the relation 12 N ≦ SD ≦ 35 N. - 93. Method according to embodiment 92, characterized in that the lateral compressive strength satisfies the relation 15 N ≤ SD ≤ 30 N.
- 94. The method according to embodiment 92 or 93, characterized in that the lateral compressive strength satisfies the relation 19 N ≤ SD ≤ 30 N.
- 95. The method according to any one of embodiments 55 to 94, characterized in that the temperature of 600 ° C is not exceeded in the Kalcination.
- 96. The method according to any one of embodiments 55 to 95, characterized in that the temperature of 550 ° C is not exceeded in the Kalcination.
- 97. The method according to any one of embodiments 55 to 96, characterized in that the temperature of 500 ° C is not exceeded in the Kalcination.
- 98. The method according to any one of embodiments 55 to 97, characterized in that prior to the Kalcination a thermal treatment of the intimate dry mixture at temperatures ≥ 120 ° C and ≤ 350 ° C.
- 99. The method according to any one of embodiments 55 to 98, characterized in that prior to the Kalcination a thermal treatment of the intimate dry mixture at temperatures ≥ 150 ° C and ≤ 320 ° C.
- 100. The method according to any one of embodiments 55 to 99, characterized in that prior to the Kalcination a thermal treatment of the intimate dry mixture at temperatures ≥ 220 ° C and ≤ 290 ° C.
- 101. A process of heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of a 3 to 6 C-atoms alkane, alkanols, alkanal, alkenes and / or alkenals on a catalyst bed, characterized in that the catalyst bed has at least one multimetal oxide according to any of
embodiments 1 to 29. - 102. A process of heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of a 3 to 6 C-atoms alkane, alkanols, alkanal, alkenes and / or alkenals on a catalyst bed, characterized in that the catalyst bed comprises at least one catalyst according to any one of
embodiments 30 to 54. - 103. A process of heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of a 3 to 6 C-atoms alkane, alkanols, alkanal, alkenes and / or alkenals on a catalyst bed, characterized in that the catalyst bed comprises at least one product of a method according to any of embodiments 55 to 100 ,
- 104. A process according to any of embodiments 101 to 103, characterized in that it is a process of heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein or of isobutene to methacrolein.
- 105. A process according to any of embodiments 101 to 103, characterized in that it is a process of ammoxidation of propene to acrylonitrile or a process of ammoxidation of isobutene to methacrylonitrile.
- 106. Use of at least one multimetal oxide according to one of
embodiments 1 to 29, or at least one catalyst according to one ofembodiments 30 to 54, or at least one product of a process according to one of embodiments 55 to 100 for catalyzing a process of heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of FIG alkanes, alkanols, alkanal, alkene and / or alkenalene having up to 6 carbon atoms on a catalyst bed.
Beispiele und VergleichsbeispieleExamples and Comparative Examples
I. Angewandtes Verfahren zur Herstellung von ringförmigen Vollkatalysatorformkörpern B1 bis B4 sowie V1 bis V7I. Applied process for the preparation of annular unsupported catalyst bodies B1 to B4 and also V1 to V7
1. Herstellung der jeweiligen wässrigen Lösung B1. Preparation of the respective aqueous solution B
In einem zur Atmosphäre (1 atm, 1,01 bar) offenen, temperierbaren und mit einem Ankerrührer ausgestatteten Behälter aus Edelstahl (Innenvolumen = 10 dm3) wurde die in der Tabelle 1 jeweils aufgeführte Menge M1 an vollentsalztem Wasser vorgelegt und unter Rühren (150 U/min) auf 60 °C erhitzt. Anschließend wurde jeweils die in Tabelle 1 aufgeführte Menge M2 einer 32 gew.-%igen wässrigen Lösung von KOH in Wasser, die eine Temperatur von 60 °C aufwies, zugegeben. Nach 1-minütigem Nachrühren bei 60 °C wurde unter Beibehalt der 60 °C jeweils die in Tabelle 1 aufgeführte Menge M3 an Ammoniumheptamolybdattetrahydrat (weiße Kristalle mit einer Körnung d < 1 mm, 55 Gew.-% Mo, 7,0–8,5 Gew.-% NH3, max. 150 mg/kg Alkalimetalle, der Fa. H.C. Starck, D-38642 Goslar) portionsweise eingerührt und die dabei resultierende wässrige Lösung bei 60 °C 20 min nachgerührt (150 U/min). Daran anschließend wurde die in Tabelle 1 aufgeführte Menge M4 an Ammoniumparawolframat (71 Gew.-%, H.C. Starck, D-38642 Goslar) zugegeben und weitere 20 min bei 60 °C und 150 U/min gerührt. Der pH-Wert der dabei jeweils resultierenden wässrigen Lösung B lag im Bereich 4 bis 6.In a to the atmosphere (1 atm, 1.01 bar) open, tempered and equipped with an anchor stirrer vessel made of stainless steel (inner volume = 10 dm 3 ) was presented in Table 1 each listed amount of M1 in demineralized water and stirring (150 Rpm) to 60 ° C. Subsequently, the amount of M2 of a 32% by weight aqueous solution of KOH in water, which had a temperature of 60 ° C., listed in Table 1, was added in each case. After stirring at 60 ° C. for 1 minute, while maintaining the 60 ° C., the amount of
2. Herstellung der jeweiligen wässrigen Lösung A2. Preparation of the respective aqueous solution A
In einem zur Atmosphäre (1 atm, 1,01 bar) offenen, temperierbaren und mit einem Ankerrührer ausgestatteten Behälter aus Edelstahl (Innenvolumen = 5 dm3) wurde jeweils die in der Tabelle 1 aufgeführte Menge M5 einer wässrigen Kobalt-(II)-nitratlösung (12,4 Gew.-% Co, 27 Gew.-% Nitrat (NO3 –)), pH = 1, 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 Salpetersäure) vorgelegt und unter Rühren (150 U/min) auf 60 °C erwärmt. Unter fortgesetztem Rühren (150 U/min) und fortgesetzter Temperierung auf 60 °C wurde jeweils die in Tabelle 1 aufgeführte Menge M6 an kristallinem Eisen-(III)-nitratnonahydrat (13,6 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 10 min bei 60 °C nachgerührt. Zur dabei resultierenden wässrigen Lösung wurde jeweils die in Tabelle 1 aufgeführte Menge M7 einer 60 °C warmen, wässrigen, salpetersauren Bismutnitratlösung (10,8 Gew.-% Bi, 13 Gew.-% Nitrat, hergestellt durch Lösen von Bismutmetall 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 < 1 mg/kg Cd, Zn in Salpetersäure) gegeben und 10 min bei 60 °C nachgerührt. Der pH-Wert der jeweils resultierenden wässrigen Lösung A lag im Bereich von –1 bis 0.In a stainless steel container (inner volume = 5 dm 3 ) open to the atmosphere (1 atm, 1.01 bar), temperature-controllable and equipped with an anchor stirrer, the amount of M5 listed in Table 1 was in each case an aqueous cobalt (II) nitrate solution (12.4 wt.% Co, 27 wt.% Nitrate (NO 3 - )), pH = 1, prepared by dissolving cobalt metal from MFT Metals & Ferro-Alloys Trading GmbH, D-41474 Viersen, purity > 99.6 wt .-% Co, <0.3 wt .-% Ni, <100 mg / kg Fe, <50 mg / kg of Cu in nitric acid) and with stirring (150 U / min) to 60 ° C. heated. With continued stirring (150 rpm) and continued heating to 60 ° C., the amount M6 of crystalline iron (III) nitrate nonahydrate listed in Table 1 (13.6% by weight Fe, <0.4% by weight) was determined. % Of alkali metals, <0.01% by weight of chloride, <0.02% by weight of sulfate, from Dr. Paul Lohmann GmbH, D-81857 Emmerthal) and stirred at 60 ° C. for 10 minutes. To the resulting aqueous solution was in each case listed in Table 1 amount M7 of a 60 ° C warm, aqueous, nitrate Bismutnitratlösung (10.8 wt .-% Bi, 13 wt .-% nitrate, prepared by dissolving bismuth metal Fa. Sidech SA, BE-1495 Tilly, purity> 99.997% by weight of Bi, <7 mg / kg of Pb, <5 mg / kg each of Ni, Ag, Fe, <3 mg / kg Cu, Sb and <1 mg / kg each Cd, Zn in nitric acid) and stirred at 60 ° C for 10 min. The pH of each resulting aqueous solution A was in the range of -1 to 0.
3. Vermischen der jeweiligen wässrigen Lösung A mit der jeweiligen wässrigen Lösung B3. Mixing of the respective aqueous solution A with the respective aqueous solution B
Die jeweilige 60 °C warme wässrige Lösung A wurde mit Hilfe einer Schlauchpumpe (Typ: BVP, Firma: Ismatec SA, Labortechnik-Analytik, Feldeggstraße 6, CH-8152 Glattbrugg, Einstellung: 320 Skalenteile) innerhalb von 15 min kontinuierlich in die nun mit einem Ultra-Turrax (Firma Janke & Kunkel GmbH & Co.KG – IKA-Labortechnik, Janke & Kunkel-Str. 10,
4. Zugabe eines Kieselgels unter Erhalt der jeweiligen wässrigen Mischung M 4. Addition of a silica gel to obtain the respective aqueous mixture M
Anschließend wurde dem in „3.“ jeweils erhaltenen wässrigen Gemisch jeweils die in Tabelle 1 aufgeführte Menge M8 eines auf 60 °C erwärmten Kieselgels der Fa. Grace vom Typ Ludox TM50 (24,4 Gew.-% Si, Dichte: 1,29 g/cm3, pH: 8,5 bis 9,5, Alkaligehalt max. 0,5 Gew.-%) zugegeben und daran anschließend noch weitere 15 min bei 60 °C gerührt. Der pH-Wert der jeweils resultierenden wässrigen Mischung M lag im Bereich von 1 bis 2 (im Fall der Vollkatalysatorformkörper V1, V2, V3, V4, V6 und V7 sowie B1 und B3) bzw. im Bereich von 0 bis 1 (im Fall der Vollkatalysatorformkörper B2, B4 und V5).Subsequently, the aqueous mixture respectively obtained in "3." was in each case listed in Table 1 the amount M8 of a silica gel heated to 60 ° C. from Grace of the type Ludox TM50 (24.4% by weight of Si, density: 1.29 g / cm 3 , pH: 8.5 to 9.5, alkali content max 0.5 wt .-%) was added and then stirred for a further 15 min at 60 ° C. The pH of each resulting aqueous mixture M was in the range of 1 to 2 (in the case of the Vollkatalysatorformkörper V1, V2, V3, V4, V6 and V7 and B1 and B3) and in the range of 0 to 1 (in the case of Vollkatalysatorformkörper B2, B4 and V5).
Der Feststoffgehalt der verschiedenen erhaltenen wässrigen Mischungen M (der Begriff Feststoff subsumiert dabei die nicht zusätzlich getrocknete Masse, die sich beim nachfolgend beschriebenen Zentrifugieren als festes Sediment abscheidet: Zentrifuge Universal 16 der Fa. Hettich, Drehzahl: 3000 U/min, Zentrifugationsdauer: 10 min, Verwendung von Zentrifugengläsern mit 100 ml Füllvolumen, Bezugstemperatur: 60 °C) lag, bezogen auf das Gewicht der jeweiligen wässrigen Mischung M, im Bereich von 20 bis 40 Gew.-% (im Fall der Vollkatalysatorformkörper V1, V2, V3, V4, V6 und V7 sowie B1 und B3) bzw. im Bereich von 40 bis 60 Gew.-% (im Fall der Vollkatalysatorformkörper B2, B4 und V5). Der flüssige Überstand enthielt, bezogen auf die in der jeweiligen wässrigen Mischung M enthaltene Gesamtmenge an Kobalt, 60 bis 90 Gew.-% an Co gelöst (im Fall der Vollkatalysatorformkörper V1, V2, V3, V4, V6 und V7 sowie B1 und B3) bzw. 40 bis 60 Gew.-% an Co gelöst (im Fall der Vollkatalysatorformkörper B2, B4 und V5). Die Trennung von Sediment und Überstand erfolgte jeweils durch Dekantieren.The solids content of the various aqueous mixtures M obtained (the term solid subsumes the mass which has not been additionally dried, which precipitates as solid sediment in the centrifugation described below: Universal centrifuge 16 from Hettich, rotational speed: 3000 rpm, centrifugation time: 10 min , Use of centrifuge tubes with 100 ml filling volume, reference temperature: 60 ° C), based on the weight of the respective aqueous mixture M, in the range of 20 to 40 wt .-% (in the case of the Vollkatalysatorformkörper V1, V2, V3, V4, V6 and V7 and B1 and B3) or in the range of 40 to 60 wt .-% (in the case of the Vollkatalysatorformkörper B2, B4 and V5). The liquid supernatant contained, based on the total amount of cobalt present in the respective aqueous mixture M, 60 to 90% by weight of Co (in the case of the all-catalyst moldings V1, V2, V3, V4, V6 and V7 as well as B1 and B3) or 40 to 60 wt .-% of Co dissolved (in the case of Vollkatalysatorformkörper B2, B4 and V5). The separation of sediment and supernatant was carried out by decantation.
5. Sprühtrocknung der jeweiligen wässrigen Mischung M5. Spray drying of the particular aqueous mixture M
Die jeweils (auch während der Sprühtrocknung) bei 60 °C mittels des Ankerrührers (150 U/min) weiter gerührte jeweilige wässrige Mischung (Suspension) M wurde in einem Sprühturm vom Typ Mobile Minor™ 2000 (MM-I) der Firma Niro A/S, Gladsaxevej 305, 2860 Søborg, Dänemark, mit einem Zentrifugalzerstäuber vom Typ F01A und einem Zerstäuberrad vom Typ SL24-50 im Heißluftgleichstrom innerhalb von 90 bis 140 min sprühgetrocknet (Gaseintrittstemperatur: 350 ± 10 °C, Gasaustrittstemperatur: 140 ± 5 °C). Der noch nicht sprühgetrocknete Anteil wurde stets bei 60 °C weitergerührt. Die Einstellung der Drehzahl des Zerstäuberrads betrug 25000 U/min. Es wurden so jeweils etwa 700 g (im Fall der Vollkatalysatorformkörper V1, V2, V3, V4, V6 und V7 sowie B1 und B3) bzw. etwa 1100 g (im Fall der Vollkatalysatorformkörper B2, B4 und V5) an orange-braunem Sprühpulver erhalten. Die Restfeuchten der verschiedenen Sprühpulver (Restfeuchtebestimmung mittels Mikrowellen) lagen im Bereich von 3 (im Fall des Vollkatalysatorformkörpers B3) bis 7,7 Gew.-% (jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des jeweiligen Sprühpulvers). Der Glühverlust der verschiedenen Sprühpulver (3 h bei 600 °C (Pulvertemperatur) unter stehender Luft glühen) war in allen Fällen < 35 Gew.-%.The respective aqueous mixture (suspension) M which was further stirred (also during the spray drying) at 60 ° C. by means of the anchor stirrer (150 rpm) was blown in a spray tower of the type Mobile Minor ™ 2000 (MM-I) from Niro A / S, Gladsaxevej 305, 2860 Søborg, Denmark, spray-dried within 90 to 140 minutes using a F01A centrifugal atomizer and a SL24-50 atomizing impeller in hot-air direct current (gas inlet temperature: 350 ± 10 ° C, gas outlet temperature: 140 ± 5 ° C) , The not yet spray-dried portion was always stirred at 60 ° C. The setting of the atomizer wheel speed was 25,000 rpm. In each case about 700 g (in the case of Vollkatalysatorformkörper V1, V2, V3, V4, V6 and V7 and B1 and B3) or about 1100 g (in the case of Vollkatalysatorformkörper B2, B4 and V5) obtained on orange-brown spray powder , The residual moistures of the various spray powders (determination of the residual moisture by means of microwaves) ranged from 3 (in the case of the solid catalyst tablet B3) to 7.7 wt% (in each case based on the total weight of the respective spray powder). The loss on ignition of the various spray powders (3 hours at 600 ° C (powder temperature) under stagnant air glow) was <35 wt .-% in all cases.
Eine repräsentative Sprühpulverpartikeldurchmesserverteilung (Dispergierdruck = 2 bar absolut) mit d10 = 9 μm, d50 = 22 μm und d90 = 39 μm zeigt
6. Herstellung ringförmiger Vollkatalysatorvorläuferformkörper (unter N2-Atmosphäre)6. Preparation of annular unsupported catalyst precursor moldings (under N 2 atmosphere)
In das jeweilige Sprühpulver wurden in einem Rhönradmischer (Raddurchmesser: 650 mm, Trommelvolumen: 5 l), bezogen auf sein Gewicht, 1 Gew.-% feinteiliger Graphit der Sorte TIMREX T44 der Fa. Timcal Ltd., CH-6743 Bodio (vgl.
7. Thermische Vorbehandlung und Kalcination der jeweiligen ringförmigen Vollkatalysatorvorläuferformkörper7. Thermal pretreatment and calcining of the respective annular unsupported catalyst precursor moldings
Zur abschließenden thermischen Behandlung wurden jeweils 1000 g der jeweils hergestellten Vollkatalysatorvorläuferformkörper gleichmäßig aufgeteilt auf nebeneinander angeordnete 4 Gitternetze mit einer quadratischen Grundfläche von jeweils 150 mm × 150 mm (Schütthöhe: 15 mm) in einem mit 4500 Nl/h zuvor getrockneter Luft (die eine Eintrittstemperatur von 140 °C aufwies) durchströmten Umluftschachtofen (Fa. Nabertherm; 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 meinen die Temperatur im jeweiligen aufgebrachten Schüttgut; diese wurde mittels 4 Thermoelementen bestimmt, die sich jeweils in der geometrischen Mitte der 4 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 min wurde von 25 °C auf 130 °C aufgeheizt. Diese Temperatur wurde während 72 min aufrecht erhalten und dann innerhalb von 36 min auf 190 °C erhöht. Die 190 °C wurden 72 min gehalten, bevor die Temperatur innerhalb von 36 min auf 220 °C erhöht wurde. Die 220 °C wurden 72 min gehalten, bevor die Temperatur innerhalb von 36 min auf 265 °C erhöht wurde. Die 265 °C wurden 72 min gehalten, bevor die Temperatur innerhalb von 93 min auf 380 °C erhöht wurde. Die 380 °C wurden 187 min gehalten, bevor die Temperatur innerhalb von 93 min auf 430 °C erhöht wurde. Die 430 °C wurden 187 min gehalten, bevor innerhalb von 93 min auf die Endkalcinationstemperatur von 500 °C erhöht wurde. Diese wurde 467 min aufrecht erhalten. Dann wurde innerhalb von 12 h auf 25 °C abgekühlt. Hierzu wurde sowohl die Beheizung des Umluftschaftofens als auch die Luftstromvorheizung abgeschaltet (der Luftstrom von 4500 Nl/h als solcher wurde jedoch beibehalten; die Eintrittstemperatur des Luftstroms betrug dann 25 °C). Die spezifischen BET Oberflächen der erhaltenen ringförmigen Vollkatalysatorformkörper lagen im Bereich 4 bis 8 m2/g (im Fall des ringförmigen Vollkatalysatorformkörpers B3 war die spezifische BET-Oberfläche 7,6 m2/g).For the final thermal treatment, in each case 1000 g of each prepared Vollkatalysatorvorläuferformkörper evenly distributed on juxtaposed 4 grids with a square base of 150 mm × 150 mm (height 15 mm) in a 4500 Nl / h previously dried air (the one inlet temperature circulating-air shaft furnace (Nabertherm, model S60 / 65A oven), through which the circulating-air oven was located in an environment having a temperature of 25.degree. Then, while maintaining the air flow (including its inlet temperature), the temperature in the circulating-air furnace was varied as follows (the temperature data mean the temperature in the bulk material applied, determined by 4 thermocouples located in the geometric center of the 4 grids in the center of the bulk one of the thermocouples provided the actual value for regulating the temperature of the convection oven, the other thermocouples confirmed that the temperatures were identical within the interval ± 0.1 ° C). The temperature increases were essentially linear over time. Within 72 min was heated from 25 ° C to 130 ° C. This temperature was maintained for 72 minutes and then increased to 190 ° C over 36 minutes. The 190 ° C was held for 72 minutes before the temperature was raised to 220 ° C over 36 minutes. The 220 ° C was held for 72 minutes before the temperature was increased to 265 ° C within 36 minutes. The 265 ° C was held for 72 minutes before the temperature was raised to 380 ° C over 93 minutes. The 380 ° C was held for 187 min before the temperature was increased to 430 ° C within 93 min. The 430 ° C was held for 187 min before increasing within 93 min to the final calcination temperature of 500 ° C. This was maintained 467 min. It was then cooled to 25 ° C within 12 h. For this purpose, both the heating of the Umluftschaftofens and the air flow preheating was switched off (the air flow of 4500 Nl / h as such was maintained, the inlet temperature of the air flow was then 25 ° C). The BET specific surface areas of the obtained unsupported annular shaped catalyst bodies were in the range of 4 to 8 m 2 / g (in the case of the annular unsupported catalyst body B3, the BET specific surface area was 7.6 m 2 / g).
Tabelle 2 zeigt die für die verschiedenen Multimetalloxide der ringförmigen Vollkatalysatorformkörper ermittelten Parameter A (Bedingung 1), a/A (Bedingung 2) und b/c (Bedingung 3). Tabelle 2
II. Katalyse einer heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein (Hauptprodukt) und Acrylsäure (Nebenprodukt) mit den in I. erzeugten ringförmigen VollkatalysatorformkörpernII. Catalysis of a heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein (main product) and acrylic acid (by-product) with the annular Vollkatalysatorformkörpern generated in I.
Ein Reaktionsrohr (V2A Stahl, 12 mm Außendurchmesser, 3 mm Wandstärke, 15 mm Innendurchmesser, 120 cm Länge) wurde von oben nach unten (in der späteren Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemischs) wie folgt beschickt:
Die Temperierung des Reaktionsrohres erfolgte jeweils mittels einer mit molekularem Stickstoff durchperlten, die Salzbadtemperatur TSB von 320 °C aufweisenden Salzschmelze (53 Gew.-% Kaliumnitrat, 40 Gew.-% Natriumnitrit und 7 Gew.-% Natriumnitrat). Das Salzbad (die Salzschmelze) befand sich in einer zylindrischen Einhüllenden des Innendurchmessers 15 mm. Die zylindrische Einhüllende wies dieselbe Länge wie das Reaktionsrohr auf. Letzteres war in der zylindrischen Einhüllenden so von oben nach unten geführt, dass die beiden Symmetrieachsen zusammenfielen. Der in das Salzbad von unten eingeperlte Stickstoffstrom betrug 40 Nl/h (Normalbedingungen = 1,01 bar, 0 °C). Die Wärmeverluste des Salzbades an die Umgebung waren größer als die vom Rohrreaktor während der Partialoxidation an das Salzbad abgegebene Reaktionswärme. Das Salzbad wurde daher mittels elektrischer Beheizung auf seiner Temperatur TSB(°C) gehalten. Auf diese Weise wurde gewährleistet, dass die Außenwand des Reaktionsrohres stets die entsprechende Temperatur TSB(°C) aufwies. The temperature control of the reaction tube was carried out in each case by means of a molecular nitrogen bubbled, the salt bath temperature T SB of 320 ° C having molten salt (53 wt .-% potassium nitrate, 40 wt .-% sodium nitrite and 7 wt .-% sodium nitrate). The salt bath (the molten salt) was in a cylindrical envelope of the inner diameter of 15 mm. The cylindrical envelope had the same length as the reaction tube. The latter was guided from top to bottom in the cylindrical envelope so that the two axes of symmetry coincided. The stream of nitrogen bubbled into the salt bath from below was 40 l / h (normal conditions = 1.01 bar, 0 ° C.). The heat losses of the salt bath to the environment were greater than the heat of reaction emitted by the tubular reactor during the partial oxidation to the salt bath. The salt bath was therefore kept at its temperature T SB (° C) by means of electrical heating. In this way it was ensured that the outer wall of the reaction tube always had the corresponding temperature T SB (° C).
Das Reaktionsrohr wurde kontinuierlich mit einem Reaktionsgaseingangsgemisch beschickt, das folgende Zusammensetzung aufwies:
5 Vol.-% Propen (des Reinheitsgrades polymer grade)
9,5 Vol.-% molekularer Sauerstoff, und
85,5 Vol.-% molekularer Stickstoff.The reaction tube was continuously charged with a reaction gas input mixture having the following composition:
5 vol.% Propene (grade of polymer grade)
9.5% by volume of molecular oxygen, and
85.5% by volume of molecular nitrogen.
Die Stromstärke des Reaktionsgaseingangsgemischstroms wurde jeweils so eingestellt, dass der, bezogen auf einen einmaligen Durchgang des Reaktionsgaseingangsgemischs durch das Reaktionsrohr, resultierende Propenumsatz, bei der Salzbadtemperatur TSB = 320 °C, 95 mol-% betrug. Der Druck am Eingang in das Reaktionsrohr betrug in allen Fällen 1,2 bar absolut (am Reaktionsrohrausgang befand sich zur Eingangsdruckeinstellung ein diesbezügliches Regelventil).The current strength of the reaction gas input mixture stream was in each case adjusted so that the propene conversion, based on a single pass of the reaction gas input mixture through the reaction tube, at the salt bath temperature T SB = 320 ° C., was 95 mol%. The pressure at the inlet to the reaction tube was in all cases 1.2 bar absolute (at the reaction tube outlet was located to the inlet pressure setting a relevant control valve).
Tabelle 3 zeigt für die verschiedenen Vollkatalysatorformkörper die Propenbelastung PL des Katalysatorfestbetts (hier in Nl Propen/(100 g Vollkatalysatorformkörper · h), die mit der Propenumsatzforderung verträglich war, sowie die nach einer Betriebsdauer von 90 h resultierende Gesamtzielproduktselektivität (SAC+AS (mol-%)) der Gesamtwertproduktbildung an Acrolein (AC) und an Acrylsäure (AS). Tabelle 3
Die in Tabelle 3 ausgewiesenen Ergebnisse zeigen deutlich, dass die beispielhaften (B) Vollkatalysatorformkörper mit erfindungsgemäßer Stöchiometrie ihres Multimetalloxids die bessere Katalysatorperformance sowohl im Hinblick auf die Aktivität (höhere Propenbelastungen sind mit Umsatzziel zuträglich), als auch auf die Gesamtzielproduktselektivität im Vergleich zu den vergleichsbeispielhaften (V) Vollkatalysatorformkörpern aufweisen.The results reported in Table 3 clearly show that the exemplary (B) unsupported catalyst moldings having the stoichiometry of their multimetal oxide according to the invention have the better catalyst performance both in terms of activity (higher propene loads are associated with sales target) and overall target product selectivity compared to the comparative ( V) have Vollkatalysatorformkörpern.
Die bei einer Badtemperatur von 320 °C mit einem Propenumsatzziel von 95 Mol-% noch verträgliche Propenlast PL reflektiert die Aktivität des verwendeten Katalysators. Je höher „PL“, desto höher ist die Aktivität. Die in Tabelle 3 berichteten Ergebnisse weisen zusätzlich aus, dass ein erhöhter relativer Wassergehalt beim Vermischen von wässriger Lösung A mit wässriger Lösung B sowohl für die resultierende Aktivität als auch für die resultierende Gesamtzielproduktselektivität förderlich ist (B1 ist besser als B2; B3 ist besser als B4; V4 ist besser als V5; die Multimetalloxide der Vergleichspaare weisen stets eine einheitliche Stöchiometrie auf).The propene load PL, which is still compatible at a bath temperature of 320 ° C. with a propene conversion target of 95 mol%, reflects the activity of the catalyst used. The higher "PL", the higher the activity. In addition, the results reported in Table 3 indicate that an increased relative water content when aqueous solution A is mixed with aqueous solution B is conducive to both the resulting activity and the resulting overall target product selectivity (B1 is better than B2; B3 is better than B4 V4 is better than V5, the multimetal oxides of the comparative pairs always have a uniform stoichiometry).
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Effective date: 20140201 |