DE10313211A1 - Partial oxidation of acrolein to acrylic acid by conducting starting reaction gas mixture comprising acrolein, molecular oxygen, and inert gas(es) in one reaction stage over fixed catalyst bed comprising multimetal oxide(s) - Google Patents
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Abstract
Description
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure, bei dem man ein Acrolein, molekularen Sauerstoff und wenigstens ein Inertgas, das zu wenigstens 20% seines Volumens aus molekularem Stickstoff besteht, enthaltendes Reaktionsgasausgangsgemisch, das den molekularen Sauerstoff und das Acrolein in einem molaren Verhältnis O2:C3H4O ≥ 0,5 enthält, in einer Reaktionsstufe so über eine Festbettkatalysatorschüttung, die in zwei räumlich aufeinander folgenden Reaktionszonen A, B angeordnet ist, wobei die Temperatur der Reaktionszone A eine Temperatur im Bereich von 230 bis 320°C und die Temperatur der Reaktionszone B ebenfalls eine Temperatur im Bereich von 230 bis 320°C ist, und deren Aktivmasse wenigstens ein die Elemente Mo und V enthaltendes Multimetalloxid ist, führt, dass sich die Reaktionszone A bis zu einem Umsatz des Acroleins von 45 bis 85 mol-% erstreckt und bei einmaligem Durchgang des Reaktionsgasausgangsgemischs durch die gesamte Festbettkatalysatorschüttung der Acroleinumsatz ≥ 90 mol-% und die Selektivität der Acrylsäurebildung, bezogen auf umgesetztes Acrolein, ≥ 90 mol-% beträgt, wobei die zeitliche Abfolge, in der das Reaktionsgasausgangsgemisch die Reaktionszonen durchströmt, der alphabetischen Abfolge der Reaktionszonen entspricht.The present invention relates to a process for the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of acrolein to acrylic acid, in which reaction gas starting mixture containing the molecular oxygen and the acrolein contains an acrolein, molecular oxygen and at least one inert gas which consists of at least 20% of its volume of molecular nitrogen contains in a molar ratio O 2 : C 3 H 4 O ≥ 0.5, in one reaction stage via a fixed bed catalyst bed which is arranged in two spatially successive reaction zones A, B, the temperature of reaction zone A being a temperature in the range of 230 to 320 ° C and the temperature of reaction zone B is also a temperature in the range of 230 to 320 ° C, and the active composition of which is at least one multimetal oxide containing the elements Mo and V, means that reaction zone A leads to a conversion of the Acroleins extends from 45 to 85 mol% and with one pass of the R the starting gas mixture through the entire fixed bed catalyst bed the acrolein conversion ≥ 90 mol% and the selectivity of acrylic acid formation, based on converted acrolein, is ≥ 90 mol%, the chronological sequence in which the reaction gas starting mixture flows through the reaction zones corresponds to the alphabetical sequence of the reaction zones.
Das vorgenannte Verfahren der katalytischen
Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure ist allgemein bekannt (vgl.
z.B.
Neben molekularem Sauerstoff und den Reaktanden enthält das Reaktionsgasausgangsgemisch u.a. deshalb Inertgas, um das Reaktionsgas außerhalb des Explosionsbereiches zu halten.In addition to molecular oxygen and contains the reactants the reaction gas starting mixture i.a. therefore inert gas to the reaction gas outside of the explosion area.
Eine Zielsetzung einer solchen heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure besteht darin, bei einmaligem Durchgang des Reaktionsgasgemisches durch die Reaktionsstufe unter ansonsten vorgegebenen Randbedingungen eine möglichst hohe Ausbeute AAA an Acrylsäure zu erzielen (das ist die Molzahl von zu Acrylsäure umgesetztem Acrolein, bezogen auf die Molzahl an eingesetztem Acrolein).One objective of such a heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of acrolein to acrylic acid is to achieve the highest possible yield A AA of acrylic acid (that is the mole number of acrolein converted to acrylic acid, based on, with one pass of the reaction gas mixture through the reaction stage under otherwise specified boundary conditions) the number of moles of acrolein used).
Eine weitere Zielsetzung einer solchen heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure besteht darin, eine möglichst hohe Raum-Zeit-Ausbeute (RZAAA) an Acrylsäure zu erzielen (das ist bei einer kontinuierlichen Verfahrensweise die je Stunde und Volumen der verwendeten Festbettkatalysatorschüttung in Litern erzeugte Gesamtmenge an Acrylsäure).Another objective of such a heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of acrolein to acrylic acid is to achieve the highest possible space-time yield (RZA AA ) of acrylic acid (that is, in a continuous procedure, the volume generated per hour and volume of the fixed bed catalyst bed used in liters Total amount of acrylic acid).
Bei gleich bleibender gegebener Ausbeute AAA ist die Raum-Zeit-Ausbeute um so größer, je größer die Belastung der Festbettkatalysatorschüttung der Reaktionsstufe mit Acrolein ist (darunter wird die Menge an Acrolein in Normlitern (= Nl; das Volumen in Litern, das die entsprechende Acroleinmenge bei Normalbedingungen , d.h. bei 25°C und 1 bar, einnehmen würde) verstanden, die als Bestandteil des Reaktionsgasausgangsgemisches pro Stunde durch einen Liter an Festbettkatalysatorschüttung geführt wird).With the given yield A AA remaining the same, the space-time yield is greater, the greater the load on the fixed bed catalyst bed of the reaction stage with acrolein (below this is the amount of acrolein in standard liters (= Nl; the volume in liters that corresponds to the corresponding Amount of acrolein under normal conditions, ie at 25 ° C and 1 bar, would understand), which is passed as part of the reaction gas starting mixture per hour through a liter of fixed bed catalyst bed).
Die Lehren der Schriften WO 01/36364,
In ähnlicher Weise lehrt auch die EP-A 1106598 ein Verfahren der Hochlastfahrweise für die heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure, bei dem die Festbettkatalysatorschüttung der Reaktionsstufe in mehreren Temperaturzonen angeordnet ist. Dabei kann der Temperaturunterschied einer in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches nachfolgenden Temperaturzone gemäß der Lehre der EP-A 1106598 sowohl mehr als auch weniger als 5°C oberhalb der Temperatur der vorhergehenden Temperaturzone liegen, wobei es die EP-A 1106598 völlig offen lässt, unter welchen Bedingungen ein größerer und unter welchen Bedingungen ein kleinerer Temperaturunterschied angewendet werden sollte.The teaches in a similar way EP-A 1106598 a method of high-load operation for the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of acrolein to acrylic acid, at which the fixed bed catalyst bed the reaction stage is arranged in several temperature zones. there can be the temperature difference in the flow direction of the reaction gas mixture subsequent temperature zone according to the teaching of EP-A 1106598 both more and less than 5 ° C above the temperature of the previous temperature zone, which is EP-A 1106598 completely leaves open under what conditions a larger and under what conditions a smaller temperature difference is applied should be.
Auch lässt die EP-A 1106598 völlig offen, was unter der Temperatur einer Reaktions- bzw. Temperaturzone zu verstehen ist.EP-A 1106598 also leaves completely open, what is meant by the temperature of a reaction or temperature zone.
Im Unterschied dazu wird in den übrigen Schriften des zitierten Standes der Technik unter der Temperatur einer Reaktionszone die Temperatur der in der Reaktionszone befindlichen Festbettkatalysatorschüttung bei Ausübung des Verfahrens in Abwesenheit einer chemischen Reaktion verstanden. Ist diese Temperatur innerhalb der Reaktionszone nicht konstant, so meint der Begriff Temperatur einer Reaktionszone hier den (Zahlen)mittelwert der Temperatur der Festbettkatalysatorschüttung längs der Reaktionszone. Wesentlich ist dabei, dass die Temperierung der einzelnen Reaktionszonen im wesentlichen unabhängig voneinander erfolgt, weshalb einer Reaktionszone stets eine Temperaturzone entspricht. Vorstehende Definition der Temperatur einer Reaktionszone soll auch in dieser Schrift gelten.In contrast to this, in the other documents of the cited prior art, the temperature of a reaction zone is understood to mean the temperature of the fixed bed catalyst bed in the reaction zone when the process is carried out in the absence of a chemical reaction. If this temperature is not constant within the reaction zone, the term temperature of a reaction zone here means the (number) average of the temperature of the fixed bed catalyst bed along the reaction zone. It is essential that the temperature of the individual reaction zones is essentially independent of one another, which is why a temperature zone always corresponds to one reaction zone. The above definition of the temperature of a The reaction zone should also apply in this document.
Da die heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure eine ausgeprägt exotherme Reaktion ist, ist die Temperatur des Reaktionsgasgemisches beim reaktiven Durchgang durch die Festbettkatalysatorschüttung in der Regel von der Temperatur einer Reaktionszone verschieden. Sie liegt normalerweise oberhalb der Temperatur der Reaktionszone und durchläuft innerhalb einer Reaktionszone in der Regel ein Maximum (Heißpunktmaximum) oder fällt von einem Maximalwert ausgehend ab.Because the heterogeneously catalyzed partial Gas phase oxidation of acrolein to acrylic acid is a distinctly exothermic Reaction is, the temperature of the reaction gas mixture is at reactive passage through the fixed bed catalyst bed in usually different from the temperature of a reaction zone. she is usually above the temperature of the reaction zone and goes through usually a maximum within a reaction zone (hotspot maximum) or falls starting from a maximum value.
Nachteilig an den Lehren des Standes der Technik ist jedoch, dass sie ausschließlich darauf gerichtet sind, eine Mehrzonenanordnung unter hoher Acroleinlast zu betreiben. Dies ist insofern nachteilig, als mit einer solchen Verfahrensweise unabdingbar eine hohe RZAAA einhergeht. Diese setzt aber einen entsprechenden Marktbedarf an Acrylsäure voraus. Ist letzterer nicht gegeben (z.B. temporär), muss die Mehrzonenanordnung in notwendiger Weise bei geringeren Acroleinlasten betrieben werden, wobei dann außerdem eine möglichst hohe Selektivität der Acrylsäurebildung, bezogen auf umgesetztes Acrolein, als anzustrebende Zielgröße im Vordergrund seht (SAA). Das ist die bei einmaligem Durchgang durch die Mehrzonenanordnung gebildete molare Menge an Acrylsäure bezogen auf die Molzahl an dabei umgesetztem Acrolein.A disadvantage of the teachings of the prior art, however, is that they are aimed exclusively at operating a multi-zone arrangement under high acrolein load. This is disadvantageous insofar as a high RZA AA is inevitably associated with such a procedure. However, this requires a corresponding market need for acrylic acid. If the latter is not the case (e.g. temporarily), the multi-zone arrangement must necessarily be operated with lower acrolein loads, with the highest possible selectivity of acrylic acid formation, based on converted acrolein, being the main target (S AA ). This is the molar amount of acrylic acid formed in a single pass through the multi-zone arrangement, based on the number of moles of acrolein reacted.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, ein Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure in einer Mehrzonenanordnung zur Verfügung zu stellen, bei dem bei Acroleinlasten von < 150 Nl/l·h die Acrylsäurebildung mit möglichst hoher Selektivität erfolgt.The object of the present invention therefore consisted of a process of heterogeneously catalyzed partial Gas phase oxidation of acrolein to acrylic acid in a multi-zone arrangement to disposal to be set at which the acrylic acid formation at acrolein loads of <150 Nl / l · h with if possible high selectivity he follows.
Demgemäß wurde ein Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure, beidem man ein Acrolein, molekularen Sauerstoff und wenigstens ein Inertgas, das zu wenigstens 20% seines Volumens aus molekularem Stickstoff besteht, enthaltendes Reaktionsgasausgangsgemisch, das den molekularen Sauerstoff und das Acrolein in einem molaren Verhältnis O2:C3H4O ≥ 0,5 enthält, in einer Reaktionsstufe so über eine Festbettkatalysatorschüttung, die in zwei räumlich aufeinander folgenden Reaktionszonen A, B angeordnet ist, wobei die Temperatur der Reaktionszone A eine Temperatur im Bereich von 230 bis 320°C und die Temperatur der Reaktionszone B ebenfalls eine Temperatur im Bereich von 230 bis 320°C ist, und deren Aktivmasse wenigstens ein die Elemente Mo und V enthaltendes Multimetalloxid ist, führt, dass sich die Reaktionszone A bis zu einem Umsatz des Acroleins von 45 bis 85 mol-% erstreckt und bei einmaligem Durchgang des Reaktionsgasausgangsgemischs durch die gesamte Festbettkatalysatorschüttung der Acroleinumsatz ≥ 90 mol-% und die Selektivität der Acrylsäurebildung, bezogen auf umgesetztes Acrolein, ≥ 90 mol-% beträgt, wobei die zeitliche Abfolge, in der das Reaktionsgasausgangsgemisch die Reaktionszonen durchströmt, der alphabetischen Abfolge der Reaktionszonen entspricht, gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
- a) die Belastung der Festbettkatalysatorschüttung mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch enthaltenen Acrolein ≤ 145 Nl Acrolein/l Festbettkatalysatorschüttung·h und ≥ 70 Nl Acrolein/l Festbettkatalysatorschüttung·h beträgt,
- b) die volumenspezifische Aktivität der Festbettkatalysatorschüttung in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches über die Festbettkatalysatorschüttung entweder konstant ist, oder wenigstens einmal zunimmt, und
- c) die Differenz TmaxA – TmaxB, gebildet aus der höchsten Temperatur TmaxA, die das Reaktionsgasgemisch innerhalb der Reaktionszone A aufweist, und der höchsten Temperatur TmaxB, die das Reaktionsgasgemisch innerhalb der Reaktionszone B aufweist, ≥ 0°C beträgt.
- a) the loading of the fixed bed catalyst bed with the acrolein contained in the reaction gas starting mixture is ≤ 145 Nl acrolein / l fixed bed catalyst bed · h and ≥ 70 Nl acrolein / l fixed bed catalyst bed · h,
- b) the volume-specific activity of the fixed bed catalyst bed in the flow direction of the reaction gas mixture over the fixed bed catalyst bed is either constant, or increases at least once, and
- c) the difference T maxA - T maxB , formed from the highest temperature T maxA that the reaction gas mixture has in reaction zone A and the highest temperature T maxB that the reaction gas mixture has in reaction zone B is ≥ 0 ° C.
Mit Vorteil nimmt die volumenspezifische Aktivität der Festbettkatalysatorschüttung in Strömungsrichtung wenigstens einmal zu.The volume-specific takes advantage activity the fixed bed catalyst bed in the direction of flow at least once.
In der Regel wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Differenz TmaxA – TmaxB nicht mehr als 75°C betragen. Erfindungsgemäß bevorzugt beträgt TmaxA – TmaxB ≥ 3°C und ≤ 60°C. Ganz besonders bevorzugt beträgt TmaxA – TmaxB beim erfindungsgemäßen Verfahren ≥ 5°C und ≤ 40°C.As a rule, the difference T maxA -T maxB in the method according to the invention will not be more than 75 ° C. According to the invention, T maxA -T maxB is preferably ≥ 3 ° C and ≤ 60 ° C. In the method according to the invention, T maxA -T maxB is very particularly preferably 5 5 ° C and 40 40 ° C.
Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich z.B. als vorteilhaft, wenn die Belastung der Festbettkatalysatorschüttung mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch enthaltenen Acrolein ≥ 70 Nl Acrolein/l·h und ≤ 140 Nl Acrolein/l·h, oder ≥ 70 Nl Acrolein/l·h und ≤ 135 Nl Acrolein/l·h, oder ≥ 70 Nl Acrolein/l·h und ≤ 140 Nl Acrolein/l·h, oder ≥ 80 Nl Acrolein/l·h und < 130 Nl Acrolein/l·h, oder ≥ 90 Nl Acrolein/l·h und < 125 Nl Acro lein/l·h, oder ≥ 100 Nl Acrolein/l·h und ≤ 120 Nl Acrolein/l·h, oder ≥ 105 Nl Acrolein/l·h und ≤ 115 Nl Acrolein/l·h beträgt.The method according to the invention proves to be e.g. as advantageous if the loading of the fixed bed catalyst bed with the acrolein contained in the reaction gas starting mixture ≥ 70 Nl acrolein / l · h and ≤ 140 Nl acrolein / l · h, or ≥ 70 Nl acrolein / l · h and ≤ 135 Nl acrolein / l · h, or ≥ 70 Nl acrolein / l · h h and ≤ 140 Nl acrolein / l · h, or ≥ 80 Nl acrolein / l · h and <130 Nl acrolein / l · h, or ≥ 90 Nl acrolein / l · h and <125 Nl acrolein / l · h, or ≥ 100 Nl acrolein / l · h and ≤ 120 Nl acrolein / l · h, or ≥ 105 Nl acrolein / l · h and ≤ 115 Nl acrolein / l · h.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch dann angewendet werden, wenn die Belastung der Festbettkatalysatorschüttung mit dem im Reaktionsgasgemisch enthaltenen Acrolein < 70 Nl Acrolein/l·h beträgt und/oder die volumenspezifische Aktivität der Festbettkatalysatorschüttung konstant ist. Der Betrieb einer Mehrzonenanordnung bei solchermaßen geringen Reaktandenlasten wäre jedoch kaum noch wirtschaftlich.Of course, the method according to the invention can can also be used when the load on the fixed bed catalyst bed the acrolein contained in the reaction gas mixture is <70 Nl acrolein / l · h and / or the volume-specific activity the fixed bed catalyst bed is constant. The operation of a multi-zone arrangement at such a low level Reactant loads would be however hardly economical anymore.
Die erfindungsgemäß geforderten Differenzen TmaxA – TmaxB stellen sich bei der Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens normalerweise dann ein, wenn einerseits sowohl die Temperatur der Reaktionszone A als auch die Temperatur der Reaktionszone B im Bereich von 230 bis 320°C liegt und andererseits die Differenz zwischen der Temperatur der Reaktionszone B(TB) und der Temperatur der Reaktionszone A(TA), d.h., TB – TA, ≤ 0°C und ≥ -20°C oder ≥ -10°C, bzw. ≤ 0°C und ≥ -5°C, oder häufig ≤ 0°C und ≥ -3°C beträgt.The differences T maxA -T maxB required according to the invention are usually set when the process according to the invention is carried out if, on the one hand, both the temperature of the reaction temperature ne A and the temperature of reaction zone B is in the range from 230 to 320 ° C. and on the other hand the difference between the temperature of reaction zone B (T B ) and the temperature of reaction zone A (T A ), ie, T B - T A , ≤ 0 ° C and ≥ -20 ° C or ≥ -10 ° C, or ≤ 0 ° C and ≥ -5 ° C, or often ≤ 0 ° C and ≥ -3 ° C.
D.h., im Gegensatz zur Lehre des Standes der Technik für hohe Lasten, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Temperatur der Nachfolgezone normalerweise geringer sein als die Temperatur der vorausgehenden Reaktionszone.That is, contrary to the teaching of State of the art for high loads, the temperature in the method according to the invention downstream zone is usually less than temperature the previous reaction zone.
Die vorgenannte Aussage betreffend die Temperaturdifferenzen TB – TA gilt auch dann, wenn die Temperatur der Reaktionszone A im bevorzugten Bereich von 250 bis 300°C bzw. im besonders bevorzugten Bereich von 260 bis 280°C liegt.The above statement regarding the temperature differences T B - T A also applies if the temperature of the reaction zone A is in the preferred range from 250 to 300 ° C. or in the particularly preferred range from 260 to 280 ° C.
Der Arbeitsdruck kann beim erfindungsgemäßen Verfahren sowohl unterhalb von Normaldruck (z.B. bis zu 0,5 bar) als auch oberhalb von Normaldruck liegen. Typischerweise wird der Arbeitsdruck bei Werten von 1 bis 5 bar, häufig 1 bis 3 bar liegen. Normalerweise wird der Reaktionsdruck 100 bar nicht überschreiten.The working pressure in the method according to the invention both below normal pressure (e.g. up to 0.5 bar) and are above normal pressure. Typically the working pressure at values from 1 to 5 bar, often 1 to 3 bar. Usually the reaction pressure is 100 bar do not exceed.
Erfindungsgemäß bevorzugt erstreckt sich die Reaktionszone A bis zu einem Umsatz des Acroleins von 50 bis 85 mol-% bzw. 60 bis 85 mol-%.According to the invention preferably extends reaction zone A up to a conversion of acrolein of 50 to 85 mol% or 60 to 85 mol%.
In der Regel kann der auf den einfachen Durchgang bezogene Acroleinumsatz beim erfindungsgemäßen Verfahren ≥ 92 mol %, oder ≥ 94 mol %, oder ≥ 96 mol-%, oder ≥ 98 mol-% und häufig sogar ≥ 99 mol-% betragen. Die Selektivität der Acrylsäurebildung wird dabei regelmäßig ≥ 92 mol%, bzw. ≥ 94 mol-%, häufig ≥ 95 mol-% oder ≥ 96 mol-% bzw. ≥ 97 mol-% betragen.As a rule, the simple Pass-related acrolein conversion in the method according to the invention ≥ 92 mol%, or ≥ 94 mol%, or ≥ 96 mol%, or ≥ 98 mol% and often even ≥ 99 mol%. The selectivity of acrylic acid formation is regularly ≥ 92 mol%, or ≥ 94 mol%, often ≥ 95 mol% or ≥ 96 mol% or ≥ 97 mol%.
Das molare Verhältnis von O2:Acrolein im Reaktionsgasausgangsgemisch muß erfindungsgemäß ≥ 0,5 betragen. Häufig liegt es bei Werten ≥ 1. Üblicherweise wird dieses Verhältnis bei Werten ≤ 3 liegen. Häufig beträgt das molare Verhältnis von O2:Acrolein im Reaktionsgasausgangsgemisch erfindungsgemäß 1 bis 2 bzw. 1 bis 1,5.According to the invention, the molar ratio of O 2 : acrolein in the reaction gas starting mixture must be 0,5 0.5. It is often values ≥ 1. Usually this ratio will be values ≤ 3. According to the invention, the molar ratio of O 2 : acrolein in the reaction gas starting mixture is frequently 1 to 2 or 1 to 1.5.
Als Katalysatoren für die Festbettkatalysatorschüttung der
erfindungsgemäßen gasphasenkatalytischen
Acroleinoxidation kommen alle diejenigen in Betracht, deren Aktivmasse
wenigstens ein Mo und V enthaltendes Multimetalloxid ist. Solchermaßen geeignete
Mulitmetalloxidkatalysatoren können
beispielsweise der US-A 3 775 474, der US-A 3954855, der US-A 3893951
und der US-A 4339355 entnommen werden. Ferner eignen sich in besonderer
Weise die Multimetalloxidmassen der EP-A 427508, der DE-A 2909671,
der DE-C 3151805, der DE-AS 2626887, der DE-A 4302991, der EP-A
700893, der EP-A 714700 und der
Geeignet sind in diesem Zusammenhang
auch die beispielhaften Ausführungsformen
der EP-A 714700 sowie der
Eine Vielzahl der für die Festbettkatalysatorschüttung geeigneten
Multimetalloxidaktivmassen, z.B. diejenigen der DE-A 19815281, lässt sich
unter der allgemeinen Formel IV
X1 = W, Nb, Ta, Cr
und/oder Ce,
X2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn
und/oder Zn,
X3 = Sb und/oder Bi,
X4 = eines oder mehrere Alkalimetalle,
X5 = eines oder mehrere Erdalkalimetalle,
X6 = Si, Al, Ti und/oder Zr,
a = 1 bis
6,
b = 0,2 bis 4,
c = 0,5 bis 18,
d = 0 bis 40,
e
= 0 bis 2,
f = 0 bis 4,
g = 0 bis 40 und
n = eine
Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff
ver schiedenen Elemente in IV bestimmt wird,
subsummieren.A large number of the multimetal oxide active compositions suitable for the fixed bed catalyst bed, for example those of DE-A 19815281, can be obtained using the general formula IV
X1 = W, Nb, Ta, Cr and / or Ce,
X 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn,
X 3 = Sb and / or Bi,
X 4 = one or more alkali metals,
X 5 = one or more alkaline earth metals,
X 6 = Si, Al, Ti and / or Zr,
a = 1 to 6,
b = 0.2 to 4,
c = 0.5 to 18,
d = 0 to 40,
e = 0 to 2,
f = 0 to 4,
g = 0 to 40 and
n = a number which is determined by the valency and frequency of the elements in IV different from oxygen,
subsumed.
Erfindungsgemäß bevorzugte Ausführungsformen
innerhalb der aktiven Multimetalloxide IV sind jene, die von den
nachfolgenden Bedeutungen der Variablen der allgemeinen Formel IV
erfasst werden:
X1 = W, Nb, und/oder Cr,
X2 =
Cu, Ni, Co, und/oder Fe,
X3 = Sb,
X4 = Na und/oder K,
X5 =
Ca, Sr und/oder Ba,
X6 = Si, Al, und/oder
Ti,
a = 1,5 bis 5,
b = 0,5 bis 2,
c = 0,5 bis 3,
d
= 0 bis 2,
e = 0 bis 0,2,
f = 0 bis 1 und
n = eine
Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff
verschiedenen Elemente in IV bestimmt wird.Preferred embodiments according to the invention within the active multimetal oxides IV are those which are covered by the following meanings of the variables of the general formula IV:
X1 = W, Nb, and / or Cr,
X 2 = Cu, Ni, Co, and / or Fe,
X 3 = Sb,
X 4 = Na and / or K,
X 5 = Ca, Sr and / or Ba,
X 6 = Si, Al, and / or Ti,
a = 1.5 to 5,
b = 0.5 to 2,
c = 0.5 to 3,
d = 0 to 2,
e = 0 to 0.2,
f = 0 to 1 and
n = a number determined by the valency and frequency of elements other than oxygen in IV.
Erfindungsgemäß ganz besonders bevorzugte
Multimetalloxide IV sind jedoch jene der allgemeinen Formel V
Y1 = W und/oder Nb,
Y2 =
Cu und/oder Ni,
Y5 = Ca und/oder Sr,
Y6 = Si und/oder Al,
a' = 2 bis 4,
b' = 1 bis 1,5,
c' = 1 bis 3,
f' = 0 bis 0,5
g' = 0 bis 8 und
n' = eine Zahl, die
durch die Wertigkeit und Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Elementen in V bestimmt wird.However, multimetal oxides IV which are particularly preferred according to the invention are those of the general formula V.
Y 1 = W and / or Nb,
Y 2 = Cu and / or Ni,
Y 5 = Ca and / or Sr,
Y 6 = Si and / or Al,
a '= 2 to 4,
b '= 1 to 1.5,
c '= 1 to 3,
f '= 0 to 0.5
g '= 0 to 8 and
n '= a number which is determined by the valency and frequency of the elements in V other than oxygen.
Die erfindungsgemäß geeigneten Multimetalloxidaktivmassen (IV) sind in an sich bekannter, z.B. in der DE-A 4335973 oder in der EP-A 714700 offenbarter, Weise erhältlich.The multimetal oxide active compositions suitable according to the invention (IV) are known per se, e.g. in DE-A 4335973 or in disclosed in EP-A 714700.
Prinzipiell können für die Katalysatoren der Festbettkatalysatorschüttung geeignete Multimetalloxidaktivmassen, insbesondere solche der allgemeinen Formel IV, in einfacher Weise dadurch hergestellt werden, dass man von geeigneten Quellen ihrer elementaren Konstituenten ein möglichst inniges, vorzugsweise feinteiliges, ihrer Stöchiometrie entsprechend zusammengesetztes, Trockengemisch erzeugt und dieses bei Temperaturen von 350 bis 600°C calciniert. Die Calcination kann sowohl unter Inertgas als auch unter einer oxidativen Atmosphäre wie z.B. Luft (Gemisch aus Inertgas und Sauerstoff) sowie auch unter reduzierender Atmosphäre (z.B. Gemische aus Inertgas und reduzierenden Gasen wie H2, NH3, CO, Methan und/oder Acrolein oder die genannten reduzierend wirkenden Gase für sich) durchgeführt werden. Die Calcinationsdauer kann einige Minuten bis einige Stunden betragen und nimmt üblicherweise mit der Temperatur ab. Als Quellen für die elementaren Konstituenten der Multimetalloxidaktivmassen IV kommen solche Verbindungen in Betracht, bei denen es sich bereits um Oxide handelt und/oder um solche Verbindungen, die durch Erhitzen, wenigstens in Anwesenheit von Sauerstoff, in Oxide überführbar sind.In principle, multimetal oxide active compositions suitable for the catalysts of the fixed bed catalyst bed, in particular those of the general formula IV, can be prepared in a simple manner by generating an intimate, preferably finely divided, dry mixture of suitable stoichiometry from suitable sources of their elemental constituents, and this at temperatures calcined from 350 to 600 ° C. The calcination can take place both under inert gas and under an oxidative atmosphere such as air (mixture of inert gas and oxygen) and also under a reducing atmosphere (eg mixtures of inert gas and reducing gases such as H 2 , NH 3 , CO, methane and / or acrolein or the reducing gases mentioned are carried out by themselves). The calcination time can range from a few minutes to a few hours and usually decreases with temperature. Suitable sources for the elementary constituents of the multimetal oxide active compositions IV are those compounds which are already oxides and / or those compounds which can be converted into oxides by heating, at least in the presence of oxygen.
Das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Multimetalloxidmassen IV kann in trockener oder in nasser Form erfolgen. Erfolgt es in trockener Form, so werden die Ausgangsverbindungen zweckmäßigerweise als feinteilige Pulver eingesetzt und nach dem Mischen und gegebenenfalls Verdichten der Calcinierung unterworfen. Vorzugsweise erfolgt das innige Vermischen jedoch in nasser Form.The intimate mixing of the starting compounds for the production of multimetal oxide masses IV can be in dry or done in wet form. If it is done in a dry form, it will be the starting compounds expediently used as a fine powder and after mixing and optionally Compacting subjected to calcination. This is preferably done intimate mixing, however, in wet form.
Üblicherweise werden dabei die Ausgangsverbindungen in Form einer wässrigen Lösung und/oder Suspension miteinander vermischt. Besonders innige Trockengemische werden beim beschriebenen Mischverfahren dann erhalten, wenn ausschließlich von in gelöster Form vorliegenden Quellen der elementaren Konstituenten ausgegangen wird. Als Lösungsmittel wird bevorzugt Wasser eingesetzt. Anschließend wird die erhaltene wässrige Masse getrocknet, wobei der Trocknungsprozess vorzugsweise durch Sprühtrocknung der wässrigen Mischung mit Austrittstemperaturen von 100 bis 150°C erfolgt.Usually the starting compounds are in the form of an aqueous solution and / or suspension mixed together. Particularly intimate dry mixes are obtained in the described mixing process if only from in dissolved Form of available sources of the elementary constituents becomes. As a solvent water is preferred. Then the aqueous mass obtained dried, the drying process preferably by spray drying the watery Mixing with outlet temperatures of 100 to 150 ° C takes place.
Die resultierenden Multimetalloxidmassen, insbesondere jene der allgemeinen Formel IV, werden in der Regel nicht in Pulverform sondern zu bestimmten Katalysatorgeometrien geformt in der Festbettkatalysatorschüttung eingesetzt, wobei die Formgebung vor oder nach der abschließenden Calcination erfolgen kann. Beispielsweise können aus der Pulverform der Aktivmasse oder ihrer uncalcinierten Vorläufermasse 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 Formhilfsmittel 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. Im Fall der Hohlzylinder ist eine Wandstärke von 1 bis 3 mm zweckmäßig. Selbstverständlich kann der Vollkatalysator auch Kugelgeometrie aufweisen, wobei der Kugeldurchmesser 2 bis 10 mm betragen kann.The resulting multimetal oxide compositions, in particular those of the general formula IV, are generally used in the fixed bed catalyst bed, not in powder form, but shaped into specific catalyst geometries, the shaping being able to take place before or after the final calcination. For example, solid catalysts can be produced from the powder form of the active composition or its uncalcined precursor composition by compression to the desired catalyst geometry (for example by tableting, extrusion or extrusion), where appropriate auxiliaries such as graphite or stearic acid as lubricants and / or shaping auxiliaries and reinforcing agents such as glass microfibers, Asbestos, silicon carbide or potassium titanate can be added. Suitable full catalyst geometries are, for example, full cylinders or hollow cylinders with an outer diameter and a length of 2 to 10 mm. In the case of the hollow cylinder, a wall thickness of 1 to 3 mm is appropriate. Of course, the full catalytic converter can also have a spherical geometry have, the ball diameter can be 2 to 10 mm.
Selbstverständlich kann die Formgebung der pulverförmigen Aktivmasse oder ihrer pulverförmigen, noch nicht calcinierten, Vorläufermasse auch durch Aufbringen auf vorgeformte inerte Katalysatorträger erfolgen. Die Beschichtung der Trägerkörper zur Herstellung der Schalenkatalysatoren wird in der Regel in einem geeigneten drehbaren Behälter ausgeführt, wie es z.B. aus der DE-A 2909671, der EP-A 293859 oder aus der EP-A 714700 bekannt ist.Of course, the shape the powdery Active mass or its powdery, still not calcined, precursor mass also by applying to preformed inert catalyst supports. The coating of the carrier body for Manufacture of coated catalysts is usually carried out in a suitable rotatable container executed as it e.g. from DE-A 2909671, EP-A 293859 or from EP-A 714700 is known.
Zweckmäßigerweise wird zur Beschichtung der Trägerkörper die aufzubringende Pulvermasse befeuchtet und nach dem Aufbringen, z.B. mittels heißer Luft, wieder getrocknet. Die Schichtdicke der auf den Trägerkörper aufgebrachten Pulvermasse wird zweckmäßigerweise im Bereich 10 bis 1000 μm, bevorzugt im Bereich 50 bis 500 μm und besonders bevorzugt im Bereich 150 bis 250 μm liegend, gewählt Als Trägermaterialien können dabei übliche poröse oder unporöse Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Thoriumdioxid, Zirkondioxid, Siliciumcarbid oder Silikate wie Magnesium- oder Aluminiumsilikat verwendet werden. Die Trägerkörper können regelmäßig oder unregelmäßig geformt sein, wobei regelmäßig geformte Trägerkörper mit deutlich ausgebildeter Oberflächenrauhigkeit, z.B. Kugeln oder Hohlzylinder mit Splittauflage, bevorzugt werden. Geeignet ist die Verwendung von im wesentlichen unporösen, oberflächenrauhen, kugelförmigen Trägern aus Steatit (z.B. Steatit C220 der Fa. CeramTec), deren Durchmesser 1 bis 8 mm, bevorzugt 4 bis 5 mm beträgt. Geeignet ist aber auch die Verwendung von Zylindern als Trägerkörper, deren Länge 2 bis 10 mm und deren Außendurchmesser 4 bis 10 mm beträgt. Im Fall von Ringen als Trägerkörper liegt die Wanddicke darüber hinaus üblicherweise bei 1 bis 4 mm. Bevorzugt zu verwendende ringförmige Trägerkörper besitzen eine Länge von 2 bis 6 mm, einen Außendurchmesser von 4 bis 8 mm und eine Wanddicke von 1 bis 2 mm. Geeignet sind vor allem auch Ringe der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) als Trägerkörper. Die Feinheit der auf die Oberfläche des Trägerkörpers aufzubringenden katalytisch aktiven Oxidmassen wird selbstredend an die gewünschte Schalendicke angepasst (vgl. EP-A 714 700).It is useful for coating the carrier body the powder mass to be applied is moistened and after application, e.g. by means of hot Air, dried again. The layer thickness of the applied to the carrier body Powder mass is convenient in the range 10 to 1000 μm, preferably in the range from 50 to 500 μm and particularly preferably in the range from 150 to 250 μm, chosen as support materials can usual porous or non-porous Aluminum oxides, silicon dioxide, thorium dioxide, zirconium dioxide, silicon carbide or silicates such as magnesium or aluminum silicate can be used. The carrier body can be regular or irregularly shaped be, being regularly shaped Carrier body with clearly developed surface roughness, e.g. Balls or hollow cylinders with a split layer are preferred. It is suitable to use essentially non-porous, rough spherical carriers made of steatite (e.g. steatite C220 from CeramTec), their diameter 1 to 8 mm, preferably 4 to 5 mm. But it is also suitable the use of cylinders as support bodies, the length of which is 2 to 10 mm and their outer diameter 4 to 10 mm. In the case of rings as a carrier body the wall thickness above usually at 1 to 4 mm. Ring-shaped carrier bodies to be used preferably have a length of 2 to 6 mm, an outer diameter from 4 to 8 mm and a wall thickness from 1 to 2 mm. Are suitable before especially rings of geometry 7 mm × 3 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as Carrier body. The Fineness of the surface of the carrier body to be applied catalytically active oxide masses is of course the desired shell thickness adapted (see EP-A 714 700).
Günstige
für die
Katalysatoren der Festbettkatalysatorschüttung zu verwendende Multimetalloxidaktivmassen
sind ferner Massen der allgemeinen Formel VI,
D = Mo12Va''Z1
b''Z2
c''Z3
d''Z4
e''Z5
f''Z6
g''Ox'' ,
E = Z7
12Cuh''Hi''Oy'' ,
Z1 =
W, Nb, Ta, Cr und/oder Ce,
Z2 = Cu,
Ni, Co, Fe, Mn und/oder Zn,
Z3 = Sb
und/oder Bi,
Z4 = Li, Na, K, Rb, Cs
und/oder N
Z5 = Mg, Ca, Sr und/oder
Ba,
Z6 = Si, Al, Ti und/oder Zr,
Z7 = Mo, W, V, Nb und/oder Ta, vorzugsweise
Mo und/oder W
a'' = 1 bis 8,
b'' = 0,2 bis 5,
c'' =
0 bis 23,
d'' = 0 bis 50,
e'' = 0 bis 2,
f' = 0 bis 5,
g'' =
0 bis 50,
h'' = 4 bis 30,
i'' = 0 bis 20 und
x'', y'' = Zahlen, die durch
die Wertigkeit und Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Element in VI bestimmt werden und
p,
q = von Null verschiedene Zahlen, deren Verhältnis p/q 160:1 bis 1:1 beträgt, und
die dadurch erhältlich
sind, dass man eine Multimetalloxidmasse E
in
feinteiliger Form getrennt vorbildet (Ausgangsmasse 1) und anschließend die
vorgebildete feste Ausgangsmasse 1 in eine wässrige Lösung, eine wässrige Suspension
oder in ein feinteiliges Trockengemisch von Quellen der Elemente
Mo, V, Z1, Z2, Z3, Z4, Z5,
Z6, die die vorgenannten Elemente in der
Stöchiometrie
D
D = Mo 12 V a '' Z 1 b '' Z 2 c '' Z 3 d '' Z 4 e '' Z 5 f '' Z 6 g '' O x '' ,
E = Z 7 12 Cu h '' H i '' O y '' ,
Z 1 = W, Nb, Ta, Cr and / or Ce,
Z 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn,
Z 3 = Sb and / or Bi,
Z 4 = Li, Na, K, Rb, Cs and / or N
Z 5 = Mg, Ca, Sr and / or Ba,
Z 6 = Si, Al, Ti and / or Zr,
Z 7 = Mo, W, V, Nb and / or Ta, preferably Mo and / or W.
a '' = 1 to 8,
b '' = 0.2 to 5,
c '' = 0 to 23,
d '' = 0 to 50,
e '' = 0 to 2,
f '= 0 to 5,
g '' = 0 to 50,
h '' = 4 to 30,
i '' = 0 to 20 and
x '', y '' = numbers determined by the valency and frequency of the element other than oxygen in VI and
p, q = non-zero numbers, whose ratio p / q is 160: 1 to 1: 1, and which can be obtained by using a multimetal oxide mass E
separately in finely divided form (starting mass 1) and then the preformed solid starting mass 1 in an aqueous solution, an aqueous suspension or in a finely divided dry mixture of sources of the elements Mo, V, Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z 5 , Z 6 , which the aforementioned elements in the stoichiometry D
Bevorzugt sind die Multimetalloxidmassen
VI, bei denen die Einarbeitung der vorgebildeten festen Ausgangsmasse
1 in eine wässrige
Ausgangsmasse 2 bei einer Temperatur < 70°C
erfolgt. Eine detaillierte Beschreibung der Herstellung von Multimetalloxidmassen
VI-Katalysatoren enthalten z.B. die EP-A 668104, die
Hinsichtlich der Formgebung gilt bezüglich Multimetalloxidmassen VI-Katalysatoren das bei den Multimetalloxidmassen IV-Katalysatoren Gesagte.Regarding the shape applies in terms of Multimetal oxide masses VI catalysts that in the multimetal oxide masses IV catalysts said.
Darüber hinaus eignen sich als für die Katalysatoren der Festbettkatalysatorschüttung geeignete Multimetalloxidmassen jene der DE-A 19815281, insbesondere alle beispielhaften Ausführungsformen aus dieser Schrift. Hinsichtlich der Formgebung gilt das vorstehend Gesagte.They are also suitable as for the Suitable multimetal oxide masses of catalysts of the fixed bed catalyst bed that of DE-A 19815281, in particular all exemplary embodiments from this writing. This applies to the shape above Said.
Für
die Festbettkatalysatorschüttung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
besonders geeignete Katalysatoren sind die Schalenkatalysatoren
S1 (Stöchiometrie:
Mo12V3W1,2Cu2,
4On)
und S7 (Stöchiometrie: Mo12V3W1,2Cu1,6Ni0,8On) aus der DE-A 4442346 mit einem Aktivmassenanteil
von 27 Gew.-% und einer Schalendicke von 230 μm, der Schalenkatalysator aus
Herstellungsbeispiel 5 der DE-A 10046928 (Stöchiometrie: Mo12V3W1,2Cu2,
4On) mit einem Aktivmassenanteil
von 20 Gew.-%, die Schalenkatalysatoren gemäß den Beispielen 1 bis 5 aus
der DE-A 19815281, jedoch ebenso wie die vorstehend genannten Schalenkatalysatoren für die zweite
Reaktionsstufe auf Trägerringe
der Geometrie 7 mm × 3
mm × 4
mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
mit einem Aktivmassenanteil von 20 Gew.-% (bezogen auf die Gesamtmasse
des Schalenkatalysators) aufgebracht, sowie ein Schalenkatalysator
mit zweiphasiger Aktivmasse der Stöchiometrie (Mo12V3W1,2Cu2,
4Ox) (CuMo0
,5W0,
5O4)1,
6, und hergestellt gemäß der
Die vorstehend für die erfindungsgemäße Reaktionsstufe empfohlenen Katalysatoren sind für die erfindungsgemäße Reaktionsstufe aber auch dann geeignet, wenn man alles beibehält und nur die Trägergeometrie auf 5 mm × 3 mm × 1,5 mm abändert (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser). Ferner können die genannten Multimetalloxide aber auch in Form der entsprechenden Vollkatalysatorringe in der erfindungsgemäßen Reaktionsstufe eingesetzt werden.The above for the reaction step according to the invention recommended catalysts are for the reaction stage according to the invention but also suitable if you keep everything and only the carrier geometry to 5 mm × 3 mm × 1.5 mm changed (Outer diameter × length × inner diameter). Can also the multimetal oxides mentioned but also in the form of the corresponding Fully catalyst rings used in the reaction stage according to the invention become.
Zur Bereitung der Festbettkatalysatorschüttung können beim erfindungsgemäßen Verfahren nur die entsprechende Multimetalloxidaktivmasse aufweisende Katalysatortormkörper oder auch weitgehend homogene Gemische aus Multimetalloxidaktivmasse aufweisenden Katalysatorformkörpern und keine Multimetalloxidaktivmasse aufweisenden, sich bezüglich der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation im wesentlichen inert verhaltenden, Formkörpern (Verdünnungsformkörper) verwendet werden. Als Materialien für solche inerten Formkörper kommen prinzipiell alle diejenigen in Betracht, die sich auch als Trägermaterial für erfindungsgemäß geeignete Schalenkatalysatoren eignen. Als solche Materialien kommen z.B. poröse oder unporöse Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Thoriumdioxid, Zirkondioxid, Siliciumcarbid, Silikate wie Magnesium- oder Aluminiumsilikat oder der bereits erwähnte Steatit (z.B. Steatit C220 der Fa. CeramTec) in Betracht.To prepare the fixed bed catalyst bed at method according to the invention only the corresponding multimetal oxide active catalyst body or also largely homogeneous mixtures of multimetal oxide active material having shaped catalyst bodies and not having a multimetal oxide active composition, regarding the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation essentially inert, shaped bodies (Dilution molded body) used become. As materials for such inert shaped body In principle, all those who also consider themselves as support material for suitable according to the invention Shell catalysts are suitable. As such materials come e.g. porous or non-porous Aluminum oxides, silicon dioxide, thorium dioxide, zirconium dioxide, silicon carbide, Silicates such as magnesium or aluminum silicate or the steatite already mentioned (e.g. Steatite C220 from CeramTec).
Die Geometrie solcher inerter Verdünnungsformkörper kann im Prinzip beliebig sein. D.h., es können beispielsweise Kugeln, Polygone, Vollzylinder oder auch Ringe sein. Erfindungsgemäß bevorzugt wird man als inerte Verdünnungskörper solche wählen, deren Geometrie derjenigen der mit ihnen zu verdünnenden Katalysatorformkörper entspricht.The geometry of such inert shaped dilution bodies can be arbitrary in principle. That means, for example, balls, Polygons, solid cylinders or rings. Preferred according to the invention is such an inert diluent choose, whose geometry corresponds to that of the shaped catalyst bodies to be diluted with them.
Erfindungsgemäß günstig ist es, wenn sich die chemische Zusammensetzung der verwendeten Aktivmasse über die Festbettkatalysatorschüttung nicht verändert. D.h., die für einen einzelnen Katalysatorformkörper verwendete Aktivmasse kann zwar ein Gemisch aus verschiedenen die Elemente Mo und V enthaltenden Multimetalloxiden sein, für alle Katalysatortormkörper der Festbettkatalysatorschüttung ist dann jedoch das gleiche Gemisch zu verwenden.According to the invention it is favorable if the chemical composition of the active mass used over the Fixed catalyst bed not changed. That is, the for a single shaped catalyst body Active mass used can be a mixture of different Multimetal oxides containing elements Mo and V, for all shaped catalyst bodies Fixed catalyst bed however, the same mixture must then be used.
Die volumenspezifische (d.h., die auf die Einheit des Volumens normierte) Aktivität kann in diesem Fall z.B. in einfacher Weise dadurch verringert werden, dass man eine Grundmenge von einheitlich hergestellten Katalysatorformkörpem mit Verdünnungsformkörpern homogen verdünnt. Je höher der Anteil der Verdünnungsformkörper gewählt wird, desto geringer ist die in einem bestimmten Volumen der Schüttung enthaltene Aktivmasse bzw. Katalysatoraktivität.The volume-specific (i.e., the activity standardized to the unit of volume can in this case e.g. can be easily reduced by having a basic set of homogeneously produced shaped catalyst bodies with shaped dilution bodies homogeneous diluted. The higher the proportion of the shaped diluent is selected, the lower the active mass contained in a certain volume of the bed or catalyst activity.
Eine in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches über die Festbettkatalysatorschüttung wenigstens einmal zunehmende volumenspezifische Aktivität lässt sich für das erfindungsgemäße Verfahren somit in einfacher Weise z.B. dadurch einstellen, dass man die Schüttung mit einem hohen Anteil an inerten Verdünnungsformkörpern bezogen auf eine Sorte von Katalysatorformkörpern beginnt, und dann diesen Anteil an Verdünnungsformkörpern in Strömungsrichtung entweder kontinuierlich oder wenigstens einmal oder mehrfach abrupt (z.B. stufenförmig) verringert. Eine Zunahme der volumenspezifischen Aktivität ist aber auch z.B. dadurch möglich, dass man bei gleich bleibender Geometrie und Aktivmassenart eines Schalenkatalysatorformkörpers die Dicke der auf dem Träger aufgebrachten Aktivmassenschicht erhöht oder in einem Gemisch aus Schalenkatalysatoren mit gleicher Geometrie aber mit unterschiedlichem Gewichtsanteil der Aktivmasse den Anteil an Katalysatorformkörpern mit höherem Aktivmassengewichtsanteil steigert. Alternativ kann man auch die Aktivmassen selbst verdünnen, indem man bei der Aktivmassenherstellung z.B. in das zu calcinierende Trockengemisch aus Ausgangsverbindungen inerte verdünnend wirkende Materialien wie hochgebranntes Siliciumdioxid einarbeitet. Unterschiedliche Zusatzmengen an verdünnend wirkendem Material führen automatisch zu unterschiedlichen Aktivitäten. Je mehr verdünnend wirkendes Material zugesetzt wird, desto geringer wird die resultierende Aktivität sein. Analoge Wirkung lässt sich auch z.B. dadurch erzielen, dass man in Mischungen aus Vollkatalysatoren und aus Schalenkatalysatoren (bei identischer Aktivmasse) in entsprechender Weise das Mischungsverhältnis verändert. Selbstredend lassen sich die beschriebenen Varianten auch kombiniert anwenden.A volume-specific activity which increases at least once in the direction of flow of the reaction gas mixture via the fixed bed catalyst bed can thus be set in a simple manner for the process according to the invention, for example, by starting the bed with a high proportion of inert diluent shaped bodies, based on a type of shaped catalyst bodies, and then this proportion on shaped dilution bodies in the flow direction either continuously or at least once or several times abruptly (for example step-wise). However, an increase in the volume-specific activity is also possible, for example, by increasing the thickness of the active mass layer applied to the support while maintaining the same geometry and type of active mass of a shell catalyst or in a mixture of shell catalysts with the same geometry but with a different proportion by weight of the active mass increases the proportion of shaped catalyst bodies with a higher proportion of active mass. Alternatively, one can also dilute the active materials themselves, for example, by incorporating inert, diluting materials, such as highly-fired silicon dioxide, into the dry mixture of starting compounds to be calcined in the active material preparation. Different amounts of diluting material automatically lead to different activities. The more diluting material is added, the lower the resulting activity will be. An analogous effect can also be achieved, for example, by changing the mixing ratio in a corresponding manner in mixtures of unsupported catalysts and shell catalysts (with identical active mass). Of course, the variants described can also be used in combination.
Natürlich können für die Festbettkatalysatorschüttung aber auch Mischungen aus Katalysatoren mit chemisch unterschiedlicher Aktivmassenzusammensetzung und als Folge dieser verschiedenen Zusammensetzung unterschiedlicher Aktivität verwendet werden. Diese Mischungen können wiederum mit inerten Verdünnungskörpern verdünnt werden.Of course, for the fixed bed catalyst bed also mixtures of catalysts with chemically different ones Active composition and as a result of this different composition different activity be used. These mixtures can in turn be diluted with inert diluents.
Im Normalfall wird beim erfindungsgemäßen Verfahren innerhalb der Festbettkatalysatorschüttung in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches die volumenspezifische Aktivität nicht einmal abnehmen.Normally, the method according to the invention within the fixed bed catalyst bed in the direction of flow of the reaction gas mixture does not have volume-specific activity lose weight once.
Vorab und/oder im Anschluss an die Festbettkatalysatorschüttung können sich ausschließlich aus Inertmaterial (z.B. nur Verdünnungsformkörpern) bestehende Schüttungen befinden (sie werden in dieser Schrift begrifflich nicht der Festbettkatalysatorschüttung zugerechnet, da sie keine Formkörper enthalten, die Multimetalloxidaktivmasse aufweisen). Dabei können die für die Inertschüttung verwendeten Verdünnungsformkörper die gleiche Geometrie wie die in der Festbettkatalysatorschüttung verwen deten Katalysatorformkörper aufweisen. Die Geometrie der für die Inertschüttung verwendeten Verdünnungsformkörper kann aber auch von der vorgenannten Geometrie der Katalysatorformkörper verschieden sein (z.B. kugelförmig anstatt ringförmig).Before and / or after the Fixed catalyst bed can yourself consisting of inert material (e.g. only dilution tablets) packings (they are not conceptually assigned to the fixed bed catalyst bed in this document, since they are not molded articles contain the multimetal oxide active material). The for the inert bed used dilution moldings same geometry as that used in the fixed bed catalyst bed Catalyst bodies exhibit. The geometry of the for the inertia used dilution tablets but also different from the aforementioned geometry of the shaped catalyst bodies be (e.g. spherical instead of circular).
Häufig weisen die für solche Inertschüttungen verwendeten Formkörper die ringförmige Geometrie 7 mm × 7 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) oder die kugelförmige Geometrie mit dem Durchmesser d = 4 – 5 mm auf.Frequently assign the for such inertia Shaped body used the ring-shaped Geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) or the spherical Geometry with the diameter d = 4 - 5 mm.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist beim erfindungsgemäßen Verfahren die Festbettkatalysatorschüttung in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches wie folgt strukturiert.According to the invention, preference is given to the method according to the invention the fixed bed catalyst bed in flow direction of the reaction gas mixture structured as follows.
Zunächst 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 Festbettkatalysatorschüttung, ein homogenes Gemisch oder zwei (mit abnehmender Verdünnung) aufeinander folgende homogene Gemische aus Katalysatorformkörpern und Verdünnungsformkörpern (wobei beide vorzugsweise im wesentlichen die gleiche Geometrie aufweisen), wobei der Gewichtsanteil der Verdünnungsformkörper (die Massendichten von Katalysatorformkörpern und von Verdünnungsformkörpern unterscheiden sich in der Regel nur geringfügig) normalerweise 10 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 45 Gew.-% und besonders bevorzugt 25 bis 35 Gew.-% beträgt. Im Anschluss an diese erste Zone der Festbettkatalysatorschüttung befindet sich dann erfindungsgemäß vorteilhaft bis zum Ende der Länge der Festbettkatalysatorschüttung (d.h., z.B. auf einer Länge von 2,00 bis 3,00 m, bevorzugt 2,50 bis 3,00 m) entweder eine nur in geringerem Umfang (als in der ersten Zone) verdünnte Schüttung der Katalysatorformkörper, oder, ganz besonders bevorzugt, eine alleinige Schüttung derselben Katalysatorformkörper, die auch in der ersten Zone verwendet worden sind.First of all on a length of 10 to 60%, preferably 10 to 50%, particularly preferably 20 to 40 %, and most preferably 25 to 35% (i.e., e.g. on one length of 0.70 to 1.50 m, preferably 0.90 to 1.20 m), in each case the total length of the Fixed catalyst bed, a homogeneous mixture or two (with decreasing dilution) on top of each other the following homogeneous mixtures of shaped catalyst bodies and shaped dilution bodies (where both preferably have essentially the same geometry), where the weight fraction of the dilution tablets (the mass densities of Catalyst bodies and differentiate from dilution tablets usually only slightly) normally 10 to 50% by weight, preferably 20 to 45% by weight and is particularly preferably 25 to 35% by weight. Following this first zone the fixed bed catalyst bed is then advantageous according to the invention to the end of the length the fixed bed catalyst bed (i.e. over a length from 2.00 to 3.00 m, preferably 2.50 to 3.00 m) either one only to a lesser extent (than in the first zone) diluted bed of the Catalyst bodies, or, very particularly preferably, a sole pouring of the same Catalyst bodies, which were also used in the first zone.
Das Vorgenannte trifft insbesondere dann zu, wenn in der Festbettkatalysatorschüttung als Katalysatorformkörper Schalenkatalysatorringe oder Schalenkatalysatorkugeln eingesetzt werden (insbesondere jene, die in dieser Schrift als bevorzugt angeführt werden). Mit Vorteil weisen im Rahmen der vorgenannten Strukturierung sowohl die Katalysatorformkörper bzw. deren Trägerringe als auch die Verdünnungsformkörper beim erfindungsgemäßen Verfahren im wesentlichen die Ringgeometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) auf.The above is particularly true then when shell catalyst rings are used as shaped catalyst bodies in the fixed bed catalyst bed or shell catalyst balls are used (especially those that be cited as preferred in this document). Show with advantage within the framework of the aforementioned structuring, both the shaped catalyst bodies or their carrier rings as well as the dilution tablets in the process according to the invention essentially the ring geometry 7 mm × 3 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) on.
Das oben Genannte trifft auch dann zu, wenn anstelle inerter Verdünnungskörper Schalenkatalysatorformkörper verwendet werden, deren Aktivmassenanteil um 2 bis 15 Gew.-%-Punkte tiefer liegt, als der Aktivmassenanteil der Schalenkatalysatorformkörper am Ende der Festbettkatalysatorschüttung.The above also applies to if shell catalyst moldings are used instead of inert diluents whose active mass fraction is 2 to 15% by weight - points lower is, than the active mass fraction of the molded shell catalyst body on End of the fixed bed catalyst bed.
In anwendungstechnisch zweckmäßiger Weise
erfolgt die Durchführung
der Reaktionsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Zweizonenrohrbündelreaktor,
wie er z.B. in den
D.h:, in einfachster Weise befindet sich die erfindungsgemäß zu verwendende Festbettkatalysatorschüttung (eventuell mit vor- und/oder nach angeordneten Inertschüttungen) in den Metallrohren eines Rohrbündelreaktors und um die Metallrohre werden zwei voneinander im wesentlichen räumlich getrennte Temperiermedien, in der Regel Salzschmelzen, geführt. Der Rohrabschnitt, über den sich das jeweilige Salzbad erstreckt, repräsentiert erfindungsgemäß eine Reaktionszone.That is, located in the simplest way the one to be used according to the invention Fixed catalyst bed (possibly with upstream and / or downstream inert fillings) in the metal tubes of a tube bundle reactor and around the metal tubes are two essentially spatially separated from each other Temperature control media, usually molten salts. The pipe section over which extends the respective salt bath, represents a reaction zone according to the invention.
D.h., in einfacher Weise umströmt z.B. ein Salzbad A diejenigen Abschnitte der Rohre (die Reaktionszone A), in welchem sich die oxidative Umsetzung des Acroleins (beim einfachen Durchgang) bis zum Erreichen eines Umsatzwertes im Bereich von 45 bis 85 mol-% (bevorzugt 50 bis 85 mol-%, besonders bevorzugt 60 bis 85 mol-%) vollzieht und ein Salzbad B umströmt den Abschnitt der Rohre (die Reaktionszone B), in welchem sich die oxidative Anschlussumsetzung des Acroleins (beim einfachen Durchgang) bis zum Erreichen eines Umsatzwertes von wenigstens 90 mol-% vollzieht (bei Bedarf können sich an die erfindungsgemäß anzuwendenden Reaktionszonen A, B weitere Reaktionszonen anschließen, die auf individuellen Temperaturen gehalten werden).That is, flows around in a simple manner, e.g. a salt bath A those sections of the tubes (the reaction zone A), in which the oxidative conversion of acrolein (at simple pass) until a sales value is reached in the area from 45 to 85 mol% (preferably 50 to 85 mol%, particularly preferably 60 up to 85 mol%) and a salt bath B flows around the section of the tubes (the reaction zone B), in which the oxidative connection reaction takes place of acrolein (in a single pass) until reaching one Sales value of at least 90 mol% takes place (if necessary to those to be used according to the invention Reaction zones A, B connect further reaction zones that are kept at individual temperatures).
Anwendungstechnisch zweckmäßig umfasst die Reaktionsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens keine weiteren Reaktionszonen. D.h., das Salzbad B umströmt zweckmäßig den Abschnitt der Rohre, in welchem sich die oxidative Anschlussumsetzung des Acroleins (beim einfachen Durchgang) bis zu einem Umsatzwert von ≥ 92 mol-%, oder ≥ 94 mol-% oder ≥ 96 mol-% oder ≥ 98 mol-% und häufig sogar ≥ 99 mol-% oder mehr vollzieht.Appropriately applied in terms of application technology the reaction stage of the process according to the invention is no further Reaction zones. That is, the salt bath B expediently flows around the section of the pipes, in which the oxidative subsequent conversion of acrolein (at single pass) up to a conversion value of ≥ 92 mol%, or ≥ 94 mol% or ≥ 96 mol% or ≥ 98 mol% and often even ≥ 99 mol% or more.
Üblicherweise liegt der Beginn der Reaktionszone B hinter dem Heißpunktmaximum der Reaktionszone A.Usually is the beginning of reaction zone B behind the hotspot maximum reaction zone A.
Die beiden Salzbäder A, B können erfindungsgemäß relativ zur Strömungsrichtung des durch die Reaktionsrohre strömenden Reaktionsgasgemisches im Gleichstrom oder im Gegenstrom durch den die Reaktionsrohre umgebenden Raum geführt werden.According to the invention, the two salt baths A, B can be relative to the direction of flow of the flowing through the reaction tubes Reaction gas mixture in cocurrent or in countercurrent through the the space surrounding the reaction tubes.
Selbstverständlich kann erfindungsgemäß auch in der Reaktionszone A eine Gleichströmung und in der Reaktionszone B eine Gegenströmung (oder umgekehrt) angewandt werden.Of course, according to the invention also in the reaction zone A is a co-current and in the reaction zone B a counter flow (or vice versa).
Selbstredend kann man in allen vorgenannten Fallkonstellationen innerhalb der jeweiligen Reaktionszone der, relativ zu den Reaktionsrohren, erfolgenden Parallelströmung der Salzschmelze noch eine Querströmung überlagern, so dass die einzelne Reaktionszone einem wie in der EP-A 700714 oder in der EP-A 700893 beschriebenen Rohrbündelreaktor entspricht und insgesamt im Längsschnitt durch das Kontaktrohrbündel ein mäanderförmiger Strömungsverlauf des Wärmeaustauschmittels resultiert.Of course you can in all of the above Case constellations within the respective reaction zone of the relative to the reaction tubes, parallel flow of the A molten salt layer over a cross flow, so that the individual reaction zone as in EP-A 700714 or corresponds to the tube bundle reactor described in EP-A 700893 and overall in longitudinal section through the contact tube bundle a meandering flow of the heat exchange medium results.
Üblicherweise sind in den vorgenannten Zweizonen-Rohrbündelreaktoren für die erfindungsgemäße Reaktionsstufe 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 22 bis 26 mm. Ihre Länge beträgt zweckmäßig 3 bis 4, bevorzugt 3,5 m. In jeder Temperaturzone belegt die Festbettkatalysatorschüttung wenigstens 60 %, bzw. wenigstens 75 %, oder wenigstens 90 % der Länge der Zone. Die gegebenenfalls verbleibende Restlänge wird gegebenenfalls von einer Inertschüttung belegt. Anwendungstechnisch zweckmäßig beläuft sich die im Rohrbündelbehälter untergebrachte Anzahl an Kontaktrohren auf wenigstens 5000, vorzugsweise auf wenigstens 10000. Häufig beträgt die Anzahl der im Reaktionsbehälter untergebrachten Kontaktrohre 15000 bis 30000. 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 (bevorzugt 6 äquidistante Nachbarrohre pro Kontaktrohr), wobei die Verteilung zweckmäßig so gewählt wird, dass der Abstand der zentrischen Innenachsen von zueinander nächstliegenden Kontaktrohren (die so genannte Kontaktrohrteilung) 35 bis 45 mm beträgt (vgl. EP-B 468290).Usually are in the aforementioned two-zone tube bundle reactors for the reaction stage according to the invention the contact tubes are made of ferritic steel and have typically a wall thickness of 1 to 3 mm. Your inside diameter is usually 20 to 30 mm, often 22 to 26 mm. Their length is expediently 3 to 4, preferably 3.5 m. The fixed bed catalyst bed occupies at least in each temperature zone 60%, or at least 75%, or at least 90% of the length of the Zone. The remaining length, if any, is determined by an inertia busy. Appropriately from an application point of view, the one accommodated in the tube bundle container Number of contact tubes to at least 5000, preferably to at least 10000. Often is the number of in the reaction vessel housed contact tubes 15000 to 30000. Tube bundle reactors with a number of contact tubes above 40,000 rather the exception. The contact tubes are inside the container normally distributed homogeneously (preferably 6 equidistant Neighboring tubes per contact tube), the distribution being appropriately selected so that the distance of the central inner axes from the nearest to each other Contact tubes (the so-called contact tube division) 35 to 45 mm is (see EP-B 468290).
Als Wärmeaustauschmittel eignen sich insbesondere fluide Temperiermedien. Besonders günstig ist die Verwendung von Schmelzen von Salzen wie Kaliumnitrat, Kaliumnitrit, Natriumnitrit und/oder Natriumnitrat, oder von niedrig schmelzenden Metallen wie Natrium, Quecksilber sowie Legierungen verschiedener Metalle.Are suitable as heat exchange medium in particular fluid tempering media. The use of is particularly favorable Melting salts such as potassium nitrate, potassium nitrite, sodium nitrite and / or sodium nitrate, or of low melting metals such as Sodium, mercury and alloys of various metals.
In der Regel wird bei allen vorstehend erwähnten Konstellationen der Stromführung in den Zweizonenrohrbündelreaktoren der erfindungsgemäßen Reaktionsstufe die Fließgeschwindigkeit innerhalb der beiden erforderlichen Wärmeaustauschmittelkreisläufe so gewählt, dass die Temperatur des Wärmeaustauschmittels von der Eintrittstelle in die Reaktionszone bis zur Austrittsstelle aus der Reaktionszone um 0 bis 15°C ansteigt. D.h., das vorgenannte ΔT kann erfindungsgemäß 1 bis 10°C, oder 2 bis 8°C oder 3 bis 6°C betragen.As a rule, all of the above mentioned Constellations of the current routing in the two-zone tube bundle reactors the reaction stage according to the invention the flow rate selected within the two required heat exchange medium circuits so that the temperature of the heat exchange medium from the entry point into the reaction zone up to the exit point from the reaction zone around 0 to 15 ° C increases. That is, the aforementioned ΔT can 1 to 10 ° C, or 2 to 8 ° C or 3 to 6 ° C be.
Die Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Reaktionszone A liegt erfindungsgemäß normalerweise im Bereich von 230 bis 320°C, bevorzugt im Bereich von 250 bis 300°C und besonders bevorzugt im Bereich von 260 bis 280°C. Die Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Reaktionszone B liegt erfindungsgemäß normalerweise ebenfalls im Bereich von 230 bis 320°C, bzw. bis 280°C, gleichzeitig aber normalerweise ≥ 0°C bis ≤ 20°C oder bis ≤ 10°C, bzw. ≥ 0°C und ≤ 5°C, oder häufig ≥ 0°C und ≤ 3°C unterhalb der Eintrittstemperatur des in die Reaktionszone A eintretenden Wärmeaustauschmittels.The inlet temperature of the heat exchange medium According to the invention, reaction zone A is normally in the range from 230 to 320 ° C, preferably in the range from 250 to 300 ° C. and particularly preferably in Range from 260 to 280 ° C. The inlet temperature of the heat exchange medium according to the invention, reaction zone B is normally also in Range from 230 to 320 ° C, or up to 280 ° C, at the same time, however, normally ≥ 0 ° C to ≤ 20 ° C or up to ≤ 10 ° C, or ≥ 0 ° C and ≤ 5 ° C, or often ≥ 0 ° C and ≤ 3 ° C below the inlet temperature of that entering reaction zone A. Heat exchange medium.
Es sei an dieser Stelle auch noch einmal darauf hingewiesen, dass für eine Durchführung der erfindungsgemäßen Reaktionsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere auch der in der DE-AS 2201528 beschriebene Zweizonenrohrbündelreaktortyp verwendet werden kann, der die Möglichkeit beinhaltet, vom heißeren Wärmeaustauschmittel der Reaktionszone B eine Teilmenge an die Reaktionszone A abzuführen, um gegebenenfalls ein Anwärmen eines zu kalten Reaktionsgasausgangsgemisches oder eines kalten Kreisgases zu bewirken. Ferner kann die Rohrbündelcharakteristik innerhalb einer individuellen Reaktionszone wie in der EP-A 382 098 beschrieben gestaltet werden.At this point, too once noted that for carrying out the reaction stage according to the invention of the method according to the invention in particular also the two-zone tubular reactor type described in DE-AS 2201528 can be used, the possibility includes, from the hotter Heat exchange means the reaction zone B a portion to the reaction zone A to if necessary warming up a reaction gas starting mixture which is too cold or a cold circulating gas to effect. Furthermore, the tube bundle characteristic can be within an individual reaction zone as described in EP-A 382 098 be designed.
Normalerweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren Acrolein eingesetzt, das durch katalytische Gasphasenoxidation von Propen erzeugt wurde. In der Regel werden die Acrolein enthaltenden Reaktionsgase dieser Propenoxidation ohne Zwischenreinigung eingesetzt, weshalb das erfindungsgemäße Reaktionsgasausgangsgemisch auch geringe Mengen von z.B. nicht umgesetztem Propen oder von Nebenprodukten der Propenoxidation enthalten kann. Normalerweise muss dabei dem Produktgasgemisch der Propenoxidation noch der für die Acroleinoxidation erforderliche Sauerstoff zugesetzt werden.Acrolein, which is produced by catalytic Gas phase oxidation of propene was generated. As a rule, the reaction gases of this propene oxidation containing acrolein are used without intermediate purification, which is why the reaction gas starting mixture according to the invention can also contain small amounts of, for example, unreacted propene or of by-products of propene oxidation. Normally, the oxygen required for acrolein oxidation must also be added to the product gas mixture from the propene oxidation.
Mit Vorteil wird eine solche dem erfindungsgemäßen Verfahren vorausgehende gasphasenkatalytische Oxidation von Propen zu Acrolein in Analogie zum erfindungsgemäßen Verfahren so durchgeführt, dass man ein Propen, molekularen Sauerstoff und wenigstens ein Inertgas enthaltendes Reaktionsgasausgangsgemisch, das den molekularen Sauerstoff und das Propen in einem molaren Verhältnis O2:C3H6 ≥ 1 enthält, in einer Reaktionsstufe so über eine Festbettkatalysatorschüttung, die in zwei räumlich aufeinander folgenden Reaktionszonen A', B' angeordnet ist, wobei die Temperatur der Reaktionszone A' eine Temperatur im Bereich von 290 bis 380°C und die Temperatur der Reaktionszone B' ebenfalls eine Temperatur im Bereich von 290 bis 380°C ist, und deren Aktivmasse wenigstens ein die Elemente Mo, Fe und Bi enthaltendes Multimetalloxid ist, führt, dass sich die Reaktionszone A' bis zu einem Umsatz des Propens von 40 bis 80 mol.-% erstreckt und der Propenumsatz bei einmaligem Durchgang durch die Festbettkatalysatorschüttung 1 ≥ 90 mol.-% und die damit einhergehende Selektivität der Acroleinbildung sowie der Acrylsäurenebenproduktbildung zusammengenommen ≥ 90 mol.-% betragen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass
- a) die Belastung der Festbettkatalysatorschüttung mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch enthaltenen Propen ≤ 160 Nl Propen/l Festbettkatalysatorschüttung 1·h und ≥ 90 Nl Propen/1 Festbettkatalysatorschüttung 1·h beträgt;
- b) die volumenspezifische Aktivität der Festbettkatalysatorschüttung in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches über die Festbettkatalysatorschüttung entweder konstant ist oder wenigstens einmal zunimmt, und
- c) die Differenz TmaxA' – TmaxB' gebildet aus der höchsten Temperatur TmaxA', die das Reaktionsgasgemisch innerhalb der Reaktionszone A' aufweist, und der höchsten Temperatur TmaxB', die das Reaktionsgasgemisch innerhalb der Reaktionszone B aufweist, ≥ 0°C beträgt.
- a) the loading of the fixed bed catalyst bed with the propene contained in the reaction gas starting mixture is ≤ 160 Nl propene / l fixed bed catalyst bed 1 · h and ≥ 90 Nl propene / 1 fixed bed catalyst bed 1 · h;
- b) the volume-specific activity of the fixed bed catalyst bed in the flow direction of the reaction gas mixture over the fixed bed catalyst bed is either constant or increases at least once, and
- c) the difference T maxA ' - T maxB' formed from the highest temperature T maxA ' , which the reaction gas mixture has within the reaction zone A', and the highest temperature T maxB ' , which the reaction gas mixture has within the reaction zone B, ≥ 0 ° C.
In der Regel wird die Differenz TmaxA' – TmaxB' nicht mehr als 80°C betragen.As a rule, the difference T maxA '- T maxB' will not be more than 80 ° C.
Bevorzugt beträgt dabei TmaxA' – TmaxB' ≥ 3°C und ≤ 70°C. Ganz besonders bevorzugt beträgt dabei TmaxA' – TmaxB' ≥ 20°C und ≤ 60°C.T maxA ' - T maxB' is preferably ≥ 3 ° C and ≤ 70 ° C. T maxA '- T maxB' is very particularly preferably ≥ 20 ° C and ≤ 60 ° C.
Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Belastung der Festbettkatalysatorschüttung mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch enthaltenen Propen ≥ 90 Nl Propen/l h und ≤ 155 Nl Propen/l·h, oder ≥ 100 Nl Propen/l·h und ≤ 150 Nl Propen/l·h, oder ≥ 110 Nl Propen/l·h und ≤ 145 Nl Propen/l·h, oder ≥ 120 Nl Propen/l·h und ≤ 140 Nl Propen/l·h, oder ≥ 125 Nl Propen/l·h und ≤ 135 Nl Propen/l·h beträgt.It proves to be advantageous if the loading of the fixed bed catalyst bed with that in the reaction gas starting mixture contained propene ≥ 90 Nl propene / l h and ≤ 155 Nl propene / l · h, or ≥ 100 Nl Propene / lh and ≤ 150 Nl propene / l · h, or ≥ 110 Nl propene / l · h and ≤ 145 Nl propene / l · h, or ≥ 120 Nl propene / l · h and ≤ 140 Nl propene / l · h, or ≥ 125 Nl propene / l · h and ≤ 135 Nl propene / l · h is.
Die dabei geforderten Differenzen TmaxA' – TmaxB' stellen sich bei der Ausübung des Verfahrens normalerweise dann ein, wenn einerseits sowohl die Temperatur der Reaktionszone A' als auch die Temperatur der Reaktionszone B' im Bereich von 290 bis 380°C liegt und andererseits die Differenz zwischen der Temperatur der Reaktionszone B' (TB') und der Temperatur der Reaktionszone A' (TA'), d.h., TB' – TA', ≤ 0°C und ≥-10°C, bzw. ≤ 0°C und ≥ -5°C, oder häufig ≤ 0°C und ≥ -3°C beträgt.The differences T maxA ' - T maxB' required in this case usually occur when the process is carried out if, on the one hand, both the temperature of reaction zone A 'and the temperature of reaction zone B' are in the range from 290 to 380 ° C and, on the other hand the difference between the temperature of reaction zone B '(T B' ) and the temperature of reaction zone A '(T A' ), ie, T B ' - T A' , ≤ 0 ° C and ≥-10 ° C, or ≤ 0 ° C and ≥ -5 ° C, or often ≤ 0 ° C and ≥ -3 ° C.
D.h., zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können zwei Zweizonenrohrbündelreaktoren hintereinander geschaltet oder zu einem Vierzonenrohrbündelreaktor verschmolzen werden, wie es z.B. in der WO 01/36364 beschrieben ist, wobei im ersten Zweizonenteil die Propenoxidation und im zweiten Zweizonenteil die erfindungsgemäße Acroleinoxidation durchgeführt wird.That is, to carry out the method according to the invention can two two-zone tube bundle reactors connected in series or to a four-zone tube bundle reactor be fused, e.g. described in WO 01/36364 is, the propene oxidation in the first two-zone part and in the second Two-zone part of the acrolein oxidation according to the invention carried out becomes.
Normalerweise befindet sich im zweiten Fall zwischen den Festbettkatalysatorschüttungen für die beiden Reaktionsstufen eine Inertschüttung. Allerdings kann auf eine solche Zwischeninertschüttung auch verzichtet werden.Usually located in the second Fall between the fixed bed catalyst beds for the two reaction stages an inertia. However, such an intermediate pouring can also be dispensed with.
Natürlich kann die Propenoxidationsstufe aber auch ein separater oder mit der nachfolgenden Acroleinoxidationsstufe in entsprechender Weise verschmolzener Einzonenrohrbündelreaktor sein.Of course, the propene oxidation level but also a separate one or with the subsequent acrolein oxidation stage in a correspondingly fused single-zone tube bundle reactor his.
Die Länge der Reaktionsrohre entspricht im Verschmelzungsfall vielfach der Summe der Längen der nicht verschmolzenen Rohrbündelreaktoren.The length of the reaction tubes corresponds in the event of a merger, often the sum of the lengths of the non-fused ones Tube reactors.
Der Propenanteil im Reaktionsgasausgangsgemisch für die dem erfindungsgemäßen Verfahren vorausgehende Reaktionsstufe kann dabei z.B. bei Werten von 4 bis 15 Vol.-%, häufig bei 5 bis 12 Vol.-% bzw. 5 bis 8 Vol.-% liegen (jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen).The proportion of propene in the reaction gas starting mixture for the the inventive method preceding reaction stage can e.g. at values from 4 to 15% by volume, often 5 to 12% by volume or 5 to 8% by volume (each related on the total volume).
Häufig wird man das dem erfindungsgemäßen Verfahren vorausgehende Verfahren bei einem Propen : Sauerstoff : indifferente Gase (einschließlich Wasserdampf) Volumenverhältnis im Reaktionsgasausgangsgemisch von 1 : (1,0 bis 3,0) : (5 bis 25), vorzugsweise 1 : (1,4 bis 2,3) : (10 bis 15) durchführen. Im Regelfall wird das indifferente (inerte) Gas zu wenigstens 20 % seines Volumens aus molekularem Stickstoff bestehen. Es kann aber auch zu ≥ 30 Vol.-%, oder zu ≥ 40 Vol.-%, oder zu ≥ 50 Vol.-%, oder zu ≥ 60 Vol.-%, oder zu ≥ 70 Vol.-%, oder zur ≥ 80 Vol.-%, oder zu ≥ 90 Vol.-%, oder zu ≥ 95 Vol.-% aus molekularem Stickstoff bestehen (generell sollen in dieser Schrift inerte Verdünnungsgase solche sein, die sich beim einmaligen Durchgang durch die jeweilige Reaktionsstufe zu weniger als 5 %, bevorzugt zu weniger als 2 % umsetzen; das sind neben molarem Stickstoff z.B. Gase wie Propan, Ethan, Methan, Pentan, Butan, CO2, CO, Wasserdampf und/oder Edelgase). Natürlich kann das inerte Verdünnungsgas beim dem erfindungsgemäßen Verfahren vorausgehenden Verfahren auch zu bis zu 50 mol-%, bzw. bis zu 75 mol-% und mehr aus Propan bestehen. Bestandteil des Verdünnungsgases kann auch Kreisgas sein, wie es nach der Abtrennung der Acrylsäure aus dem Produktgasgemisch des erfindungsgemäßen Verfahrens verbleibt.Frequently, the process preceding the process according to the invention will be carried out with a propene: oxygen: indifferent gases (including water vapor) volume ratio in the reaction gas starting mixture of 1: (1.0 to 3.0): (5 to 25), preferably 1: (1.4 to 2.3): Carry out (10 to 15). As a rule, the indifferent (inert) gas will consist of at least 20% of its volume of molecular nitrogen. However, it can also be ≥ 30% by volume, or ≥ 40% by volume, or ≥ 50% by volume, or ≥ 60% by volume, or ≥ 70% by volume, or ≥ 80 vol .-%, or ≥ 90 vol .-%, or ≥ 95 vol .-% consist of molecular nitrogen (in general, in this document, inert diluent gases are supposed to be those that occur during a single pass implement less than 5%, preferably less than 2%, of the respective reaction stage; in addition to molar nitrogen, these include, for example, gases such as propane, ethane, methane, pentane, butane, CO 2 , CO, water vapor and / or noble gases). Of course, the inert diluent gas in the process preceding the process according to the invention can also consist of up to 50 mol% or up to 75 mol% and more of propane. Circulating gas can also be part of the diluent gas, as it remains after the acrylic acid has been separated off from the product gas mixture of the process according to the invention.
Als Katalysatoren für eine solche gasphasenkatalytische Propenoxidation kommen insbesondere jene der EP-A 15565, der EP-A 575897, der DE-A 19746210 und der DE-A 19855913 in Betracht.As catalysts for such Gas phase catalytic propene oxidation comes especially from those EP-A 15565, EP-A 575897, DE-A 19746210 and DE-A 19855913 into consideration.
Der Acroleinanteil im Reaktionsgasausgangsgemisch für das erfindungsgemäße Verfahren kann z.B. bei Werten von 3 bis 15 Vol.-%, häufig bei 4 bis 10 Vol.-% bzw. 5 bis 8 Vol.-% liegen (jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen).The acrolein content in the reaction gas starting mixture for the inventive method can e.g. at values of 3 to 15 vol.%, often at 4 to 10 vol.% or 5 to 8 vol .-% (each based on the total volume).
Häufig wird man das erfindungsgemäße Verfahren mit einem im Reaktionsgasausgangsgemisch vorliegenden Acrolein : Sauerstoff : Wasserdampf : Inertgas – Volumenverhältnis (Nl) von 1 : (1 bis 3) : (0 bis 20) : (3 bis 30), vorzugsweise von 1 : (1 bis 3) : (0,5 bis 10) : (7 bis 10) ausführen.Frequently becomes the method of the invention with an acrolein present in the reaction gas starting mixture: Oxygen: water vapor: inert gas - volume ratio (Nl) from 1: (1 to 3): (0 to 20): (3 to 30), preferably from 1 : (1 to 3): (0.5 to 10): (7 to 10) execute.
Selbstredend kann man das erfindungsgemäße Verfahren aber auch mit einem im Reaktionsgasausgangsgemisch vorliegenden Acrolein : Sauerstoff : Wasserdampf Sonstige – Volumenverhältnis (Nl) von 1 : (0,9 bis 1,3) : (2,5 bis 3,5) : (10 bis 12) ausführen.Of course, you can use the inventive method but also with one present in the reaction gas starting mixture Acrolein: Oxygen: Water vapor Other - volume ratio (Nl) from 1: (0.9 to 1.3): (2.5 to 3.5): (10 to 12).
An dieser Stelle sei noch festgehalten, dass als Aktivmassen für die Festbettkatalysatorschüttung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch die Multimetalloxidmassen der DE-A 10261186 günstig sind.At this point it should be noted that as active masses for the fixed bed catalyst bed of the method according to the invention the multimetal oxide compositions of DE-A 10261186 are also favorable.
Generell lässt sich die volumenspezifische Aktivität zwischen zwei Festbettkatalysatorschüttungszonen experimentell in einfacher Weise so differenzieren, dass unter identischen Randbedingungen (vorzugsweise den Bedingungen des ins Auge gefassten Verfahrens) über Festbettkatalysatorschüttungen derselben Länge, aber jeweils der Zusammensetzung der jeweiligen Festbettkatalysatorschüttungszone entsprechend, das gleiche Acrolein enthaltende Reaktionsgasausgangsgemisch geführt wird. Die höhere umgesetzte Menge an Acrolein weist die höhere volumenspezifische Aktivität aus.In general, the volume-specific activity experimentally between two fixed bed catalyst bed zones differentiate easily in such a way that under identical boundary conditions (preferably the conditions of the envisaged process) over fixed bed catalyst beds same length, but in each case the composition of the respective fixed bed catalyst bed zone correspondingly, the same acrolein-containing reaction gas starting mixture guided becomes. The higher one converted amount of acrolein shows the higher volume-specific activity.
Erfindungsgemäß günstige Ausgestaltungen eines
Zweizonenrohrbündelreaktors
für eine
der erfindungsgemäßen Reaktionsstufe
vorausgehende Propenpartialoxidationsstufe können wie folgt beschaffen sein (die
konstruktive Detailgestaltung kann wie in den Gebrauchsmusteranmeldungen
202 19 277.6, 2002 19 278.4 und 202 19 279.2 bzw. in den PCT-Anmeldungen
PCT/EP02/14187, PCT/EP02/14188 oder PCT/EP02/14189 erfolgen):
Kontaktrohre:
Anzahl der Kontaktrohre im Rohrbündel: z.B.
30000, oder 28000, oder 32000, oder 34000; zusätzlich bis zu 10 Thermorohre
(wie in EP-A 873 783 und EP-A 12 70 065 beschrieben), die wie die
Kontaktrohre beschickt sind (schneckenartig von ganz außen nach
innen drehend) z.B. der selben Länge
und Wandstärke, aber
mit einem Außendurchmesser
von z.B. 33,4 mm und einer zentrierten Thermohülse von z.B. 8 mm Außendurchmesser
und z.B. 1 mm Wandstärke;
Reaktor
(Material wie die Kontaktrohre):
Zylinderförmiger Behälter eines Innendurchmessers
von 6000 – 8000
mm;
Reaktorhauben plattiert mit Edelstahl des Typs 1,4541;
Plattierungsdicke: einige mm;
ringförmig angeordnetes Rohrbündel, z.B.
mit einem freien zentralen Raum;
Durchmesser des zentralen
freien Raumes: z.B. 1000 – 2500
mm (z.B. 1200 mm, oder 1400 mm, oder 1600 mm, oder 1800 mm, oder
2000 mm, oder 2200 mm, oder 2400 mm);
normalerweise homogene
Kontaktrohrverteilung im Rohrbündel
(6 äquidistante
Nachbarrohre pro Kontaktrohr), Anordnung in gleichseitigem Dreieck,
Kontaktrohrteilung (Abstand der zentrischen Innenachsen von zueinander
nächstliegenden
Kontaktrohren): 35 – 45
mm, z.B. 36 mm, oder 38 mm, oder 40 mm, oder 42 mm, oder 44 mm;
die Kontaktrohre sind mit ihren Enden in Kontaktrohrböden (oberer
Boden und unterer Boden z.B. mit einer Dicke von 100 – 200 mm)
abdichtend befestigt und münden
am oberen Ende in eine mit dem Behälter verbundene Haube, die
einen Zulass für
das Reaktionsgasausgangsgemisch aufweist; ein z.B. auf der halben Kontaktrohrlänge befindliches
Trennblech einer Dicke von 20 – 100
mm, teilt den Reaktorraum symmetrisch in zwei Reaktionszonen (Temperaturzonen)
A' (obere Zone)
und B' (untere Zone);
jede Reaktionszone wird durch eine Umlenkscheibe in 2 äquidistante
Längsabschnitte
geteilt;
die Umlenkscheibe weist bevorzugt Ringgeometrie auf;
die Kontaktrohre sind mit Vorteil am Trennblech abdichtend befestigt;
an den Umlenkscheiben sind sie nicht abdichtend befestigt, so dass
die Querströmungsgeschwindigkeit
der Salzschmelze innerhalb einer Zone möglichst konstant ist;
jede
Zone wird durch eine eigene Salzpumpe mit Salzschmelze als Wärmeträger versorgt;
die Zufuhr der Salzschmelze ist z.B. unterhalb der Umlenkscheibe
und die Entnahme ist z.B. oberhalb der Umlenkscheibe;
aus beiden
Salzschmelzekreisen wird z.B. ein Teilstrom entnommen und z.B. in
einem gemeinsamen oder zwei getrennten indirekten Wärmetauschern
abgekühlt
(Dampferzeugung);
im ersten Fall wird der abgekühlte Salzschmelzestrom
aufgeteilt, mit dem jeweiligen Reststrom vereinigt und durch die
jeweilige Pumpe in den entsprechenden Ringkanal, der die Salzschmelze über den
Behälterumfang verteilt,
in den Reaktor gedrückt;
durch
im Reaktormantel befindliche Fenster gelangt die Salzschmelze zum
Rohrbündel;
die Einströmung
erfolgt z.B. in radialer Richtung zum Rohrbündel;
die Salzschmelze
fließt
in jeder Zone der Vorgabe des Umlenkblechs folgend z.B. in der Abfolge
- – von außen nach innen,
- – von innen nach außen,
um die Kontaktrohre;
durch um den Behälterumfang angebrachte Fenster sammelt sich die Salzschmelze an jedem Zonenende in einem um den Reaktormantel angebrachten Ringkanal, um einschließlich Teilstromkühlung im Kreis gepumpt zu werden;
über jede Reaktionszone wird die Salzschmelze von unten nach oben geführt.Number of contact tubes in the tube bundle: e.g. 30,000, or 28,000, or 32,000, or 34,000; additionally up to 10 thermotubes (as described in EP-A 873 783 and EP-A 12 70 065), which are loaded like the contact tubes (rotating helically from the very outside to the inside), e.g. of the same length and wall thickness, but with an outside diameter of eg 33.4 mm and a centered thermal sleeve with eg 8 mm outer diameter and eg 1 mm wall thickness;
Reactor (material like the contact tubes):
Cylindrical container with an inner diameter of 6000 - 8000 mm;
Reactor covers clad with 1.4541 stainless steel; Plating thickness: a few mm;
ring-shaped tube bundle, for example with a free central space;
Diameter of the central free space: eg 1000 - 2500 mm (eg 1200 mm, or 1400 mm, or 1600 mm, or 1800 mm, or 2000 mm, or 2200 mm, or 2400 mm);
Normally homogeneous contact tube distribution in the tube bundle (6 equidistant neighboring tubes per contact tube), arrangement in an equilateral triangle, contact tube division (distance of the central inner axes from the closest contact tubes): 35 - 45 mm, e.g. 36 mm, or 38 mm, or 40 mm, or 42 mm , or 44 mm; the contact tubes are sealed with their ends in contact tube plates (upper plate and lower plate, for example with a thickness of 100-200 mm) and open at the upper end into a hood connected to the container, which has an approval for the reaction gas starting mixture; a separating plate, for example on half the length of the contact tube, with a thickness of 20-100 mm, divides the reactor space symmetrically into two reaction zones (temperature zones) A '(upper zone) and B' (lower zone); each reaction zone is divided into two equidistant longitudinal sections by a deflection disk;
the deflection disk preferably has a ring geometry; the contact tubes are advantageously fastened in a sealing manner to the separating plate; they are not attached in a sealing manner to the deflection disks, so that the cross-flow speed of the molten salt is as constant as possible within a zone;
each zone is supplied with molten salt as a heat transfer medium by its own salt pump; the supply of the molten salt is, for example, below the deflection plate and the removal is, for example, above the deflection plate;
For example, a partial flow is taken from both molten salt circuits and cooled, for example, in a common or two separate indirect heat exchangers (steam generation);
in the first case the cooled salt melt stream is divided, combined with the respective residual stream and pressed into the reactor by the respective pump into the corresponding ring channel which distributes the salt melt over the circumference of the container;
the salt melt reaches the tube bundle through windows in the reactor jacket; the inflow takes place, for example, in the radial direction to the tube bundle;
the salt melt flows in each zone according to the specification of the baffle, for example in the sequence
- - from the outside to the inside,
- - from the inside to the outside,
around the contact tubes;
through windows arranged around the circumference of the vessel, the molten salt collects at each end of the zone in an annular channel arranged around the reactor jacket in order to be pumped in a circuit, including partial flow cooling;
The molten salt is passed from bottom to top over each reaction zone.
Das Reaktionsgasgemisch verlässt den Reaktor der der erfindungsgemäßen Reaktionsstufe voraus geschalteten Reaktionsstufe mit einer Temperatur wenige Grad höher als die Salzbadeintrittstemperatur dieses Reaktors. Das Reaktionsgasgemisch wird für die Weiterverarbeitung zweckmäßigerweise in einem separaten Nachkühler, der diesem Reaktor nachgeschaltet ist, auf 220°C bis 280°C, bevorzugt 240°C bis 260°C abgekühlt.The reaction gas mixture leaves the Reactor of the reaction stage according to the invention upstream reaction stage with a temperature of a few degrees higher than the salt bath inlet temperature of this reactor. The reaction gas mixture is for the further processing expediently in a separate aftercooler, which is downstream of this reactor, cooled to 220 ° C to 280 ° C, preferably 240 ° C to 260 ° C.
Der Nachkühler ist in der Regel unterhalb des unteren Rohrbodens angeflanscht und besteht normalerweise aus Rohren mit ferritischem Stahl. In die Rohre des Nachkühlers sind mit Vorteil innen Edelstahl-Blechspiralen, die teil- oder vollgewendelt sein können, zur Verbesserung des Wärmeübergangs eingeführt.The aftercooler is usually below flanged to the lower tube plate and usually consists of Pipes with ferritic steel. Into the aftercooler pipes with advantage inside stainless steel sheet spirals that are partially or fully coiled could be, to improve heat transfer introduced.
Salzschmelze:
Als Salzschmelze
kann ein Gemisch aus 53 Gew.-% Kaliumnitrat, 40 Gew.-% Natriumnitrit
und 7 Gew.-% Natriumnitrat verwendet werden; beide Reaktionszonen
und der Nachkühler
wenden mit Vorteil eine Salzschmelze derselben Zusammensetzung an;
die in den Reaktionszonen umgepumpte Salzmenge kann je Zone ca. 10000
m3/h betragen.Molten salt:
A mixture of 53% by weight of potassium nitrate, 40% by weight of sodium nitrite and 7% by weight of sodium nitrate can be used as the molten salt; both reaction zones and the aftercooler advantageously use a molten salt of the same composition; the amount of salt pumped around in the reaction zones can be approximately 10000 m 3 / h per zone.
Stromführung:
das Reaktionsgasausgangsgemisch
für die
Propenoxidation strömt
zweckmäßig von
oben nach unten durch den Reaktor, während die unterschiedlich temperierten
Salzschmelzen der einzelnen Zonen zweckmäßig von unten nach oben gefördert werden;
Kontaktrohr- und Thermorohrbeschickung (von oben nach unten) z.B.:
Abschnitt
1: 50 cm Länge
Steatitringe
der Geometrie 7 mm × 7
mm × 4
mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
als Vorschüttung.
Abschnitt
2: 140 cm Länge
Katalysatorbeschickung
mit einem homogenen Gemisch aus 30 Gew.-% an Steatitringen der Geometrie
5 mm × 3
mm × 2
mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
und 70 Gew.-% Vollkatalysator aus Abschnitt 3.
Abschnitt 3:
160 cm Länge
Katalysatorbeschickung
mit ringförmigem
(5 mm × 3
mm × 2
mm = Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
Vollkatalysator gemäß Beispiel
1 der DE-A 10046957 (Stöchiometrie:
[Bi2W2O3 × 2WO3]0,5 [Mo12Co5,5Fe2,94Si1,59K0,08Ox]1).Flow Control:
the reaction gas starting mixture for the propene oxidation expediently flows through the reactor from top to bottom, while the differently tempered salt melts of the individual zones are expediently conveyed from bottom to top; Contact tube and thermotube feeding (from top to bottom) eg:
Section 1: 50 cm in length
Steatite rings of geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as a pre-fill.
Section 2: 140 cm in length
Catalyst feed with a homogeneous mixture of 30% by weight of steatite rings of geometry 5 mm × 3 mm × 2 mm (outer diameter × length × inner diameter) and 70% by weight of full catalyst from section 3.
Section 3: 160 cm in length
Catalyst feed with annular (5 mm × 3 mm × 2 mm = outer diameter × length × inner diameter) full catalyst according to Example 1 of DE-A 10046957 (stoichiometry: [Bi 2 W 2 O 3 × 2WO 3 ] 0.5 [Mo 12 Co 5 , 5 Fe 2.94 Si 1.59 K 0.08 O x ] 1 ).
Erfindungsgemäß günstige Ausgestaltungen eines Zweizonenrohrbündelreaktors für die erfindungsgemäße Acroleinreaktionsstufe können wie folgt beschaffen sein: Alles wie beim Zweizonenrohrbündelreaktor für die Propenreaktionsstufe. Die Dicke des oberen und unteren Kontaktrohrbodens beträgt jedoch häufig 100 – 200 mm, z.B. 110 mm, oder 130 mm, oder 150 mm, oder 170 mm, oder 190 mm.Inexpensive embodiments of a Two-zone tube bundle reactor for the acrolein reaction step according to the invention can be as follows: Everything as in the two-zone tube bundle reactor for the propene reaction stage. However, the thickness of the upper and lower contact tube plate is frequently 100-200 mm, e.g. 110 mm, or 130 mm, or 150 mm, or 170 mm, or 190 mm.
Der Nachkühler entfällt; statt dessen münden die Kontaktrohre mit ihren unteren Öffnungen in eine am unteren Ende mit dem Behälter verbundene Haube mit Auslass für das Produktgasgemisch; die obere Reaktionszone ist die Zone A und die untere Reaktionszone ist die Reaktionszone B. Zwischen Auslass "Nachkühler" und Einlass "Reaktor für die erfindungsgemäße Reaktionsstufe" besteht zweckmäßig eine Zufuhrmöglichkeit für komprimierte Luft. The aftercooler is omitted; instead the Contact tubes with their lower openings into a hood with an outlet connected to the container at the lower end for the Product gas mixture; the upper reaction zone is zone A and the lower reaction zone is reaction zone B. Between outlet "aftercooler" and inlet "reactor for the reaction stage according to the invention" there is expediently one supply ability for compressed Air.
Die Kontaktrohr- und Thermorohrbeschickung
(von oben nach unten) kann z.B. wie folgt sein:
Abschnitt 1:
20 cm Länge
Steatitringe
der Geometrie 7 mm × 7
mm × 4
mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
als Vorschüttung.
Abschnitt
2: 90 cm Länge
Katalysatorbeschickung
mit einem homogenen Gemisch aus 30 Gew.-% an Steatit-Ringen der
Geometrie 7 mm × 3
mm × 4
mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
und 70 Gew.-% Schalenkatalysator aus Abschnitt 4.
Abschnitt
3: 50 cm Länge
Katalysatorbeschickung
mit einem homogenen Gemisch aus 20 Gew.-% an Steatit-Ringen der
Geometrie 7 mm × 3
mm × 4
mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
und 80 Gew.-% Schalenkatalysator aus Abschnitt 4.
Abschnitt
4: 190 cm Länge
Katalysatorbeschickung
mit ringförmigem
(7 mm × 3
mm × 4
mm = Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
Schalenkatalysator gemäß Herstellungsbeispiel
5 der DE-A 10046928 (Stöchiometrie: Mo12V3W1,2Cu2
,4Ox).The contact tube and thermal tube loading (from top to bottom) can be as follows, for example:
Section 1: 20 cm long
Steatite rings of geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as a pre-fill.
Section 2: 90 cm in length
Catalyst feed with a homogeneous mixture of 30% by weight of steatite rings of geometry 7 mm × 3 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) and 70% by weight coated catalyst from section 4.
Section 3: 50 cm long
Catalyst feed with a homogeneous mixture of 20% by weight of steatite rings of geometry 7 mm × 3 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) and 80% by weight coated catalyst from section 4.
Section 4: 190 cm length
Catalyst feed with ring-shaped (7 mm × 3 mm × 4 mm = outer diameter × length × inner diameter) coated catalyst according to production example 5 of DE-A 10046928 (stoichiometry: Mo 12 V 3 W 1.2 Cu 2 , 4 O x ).
Alternativ kann die Propenstufen-Kontaktrohr-
und Thermorohrbeschickung (von oben nach unten) auch so aussehen:
Abschnitt
1: 50 cm Länge
Steatitringe
der Geometrie 7 mm × 7
mm × 4
mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
als Vorschüttung.
Abschnitt
2: 300 cm Länge
Katalysatorbeschickung
mit ringförmigem
(5 mm × 3
mm × 2
mm = Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
Vollkatalysator gemäß Beispiel
1 der DE-A 10046957 (Stöchiometrie:
[Bi2W2O9 × 2WO3]0,5 [Mo12Co5,6Fe2,94Si1,59K0,08Ox]1).Alternatively, the propene step contact tube and thermotube loading (from top to bottom) can also look like this:
Section 1: 50 cm in length
Steatite rings of geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as a pre-fill.
Section 2: 300 cm in length
Catalyst feed with annular (5 mm × 3 mm × 2 mm = outer diameter × length × inner diameter) full catalyst according to Example 1 of DE-A 10046957 (stoichiometry: [Bi 2 W 2 O 9 × 2WO 3 ] 0.5 [Mo 12 Co 5 , 6 Fe 2.94 Si 1.59 K 0.08 O x ] 1 ).
Die Acroleinstufen-Kontaktrohr- und
Thermorohrbeschickung kann (von oben nach unten) auch so aussehen:
Abschnitt
1: 20 cm Länge
Steatitringe
der Geometrie 7 mm × 7
mm × 4
mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
als Vorschüttung.
Abschnitt
2: 140 cm Länge
Katalysatorbeschickung
mit einem homogenen Gemisch aus 25 Gew.-% an Steatit-Ringen der
Geometrie 7 mm × 3
mm × 4
mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
und 75 Gew.-% Schalenkatalysator aus Abschnitt 3.
Abschnitt
3: 190 cm Länge
Katalysatorbeschickung
mit ringförmigem
(7 mm × 3
mm × 4
mm = Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
Schalenkatalysator gemäß Herstellungsbeispiel
5 der DE-A 10046928 (Stöchiometrie: Mo12V3W1,2Cu2,4Ox).The acrol-stage contact tube and thermotube feeding can also look like this (from top to bottom):
Section 1: 20 cm long
Steatite rings of geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as a pre-fill.
Section 2: 140 cm in length
Catalyst feed with a homogeneous mixture of 25% by weight of steatite rings of geometry 7 mm × 3 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) and 75% by weight coated catalyst from section 3.
Section 3: 190 cm length
Catalyst feed with ring-shaped (7 mm × 3 mm × 4 mm = outer diameter × length × inner diameter) coated catalyst according to production example 5 of DE-A 10046928 (stoichiometry: Mo 12 V 3 W 1.2 Cu 2.4 O x ).
In allen genannten Propenstufenbeschickungen kann der Vollkatalysator aus Beispiel 1 der DE-A 10046957 auch ersetzt werden durch:
- a) einen Katalysator gemäß Beispiel 1 c aus der EP-A 15565 oder einen gemäß diesem Beispiel herzustellenden Katalysator, der jedoch die Aktivmasse Mo12Ni6,5Zn2Fe2Bi1P0,0065K0,06Ox·10 SiO2 aufweist;
- b) Beispiel Nr. 3 aus der DE-A 19855913 als Hohlzylindervollkatalysator der Geometrie 5 mm × 3 mm × 2 mm bzw.5 mm × 2 mm × 2 mm;
- c) Multimetalloxid II – Vollkatalysator gemäß Beispiel 1 der DE-A 19746210;
- d) einen der Schalenkatalysatoren 1, 2 und 3 aus der DE-A 10063162, jedoch bei gleicher Schalendicke auf Trägerringe der Geometrie 5 mm × 3 mm × 1,5 mm bzw. 7 mm × 3 mm × 1,5 mm aufgebracht;
- e) einen Schalenkatalysator gemäß den Ausführungsbeispielen der DE-A 19815281 jedoch bei gleicher Schalendicke auf Trägerringe der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm, oder 8 mm × 6 mm × 4 mm (stets Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) aufgebracht.
- a) a catalyst according to Example 1 c from EP-A 15565 or a catalyst to be produced according to this example, but which has the active composition Mo 12 Ni 6.5 Zn 2 Fe 2 Bi 1 P 0.0065 K 0.06 O x · 10 SiO 2 ;
- b) Example No. 3 from DE-A 19855913 as a hollow cylinder full catalyst of the geometry 5 mm × 3 mm × 2 mm or 5 mm × 2 mm × 2 mm;
- c) multimetal oxide II - full catalyst according to Example 1 of DE-A 19746210;
- d) one of the shell catalysts 1, 2 and 3 from DE-A 10063162, but with the same shell thickness applied to carrier rings of geometry 5 mm × 3 mm × 1.5 mm or 7 mm × 3 mm × 1.5 mm;
- e) a coated catalyst according to the exemplary embodiments of DE-A 19815281 but with the same shell thickness applied to carrier rings of geometry 7 mm × 3 mm × 4 mm, or 8 mm × 6 mm × 4 mm (always outer diameter × length × inner diameter).
In vorgenannter Auflistung wird als Trägermaterial bevorzugt Steatit der Fa. CeramTec eingesetzt (Typ: C220).In the above listing is called support material preferably used steatite from CeramTec (type: C220).
In allen vorgenannten erfindungsgemäßen Acroleinstufenbeschickungen kann der Schalenkatalysator gemäß Herstellungsbeispiel 5 der DE-A 10046928 ersetzt werden durch:
- a) Schalenkatalysator S1 oder S7 aus der DE-A 4442346 mit einem Aktivmassenanteil von 27 Gew.-% und einer Schalendicke von 230 μm;
- b) einem Schalenkatalysator gemäß den Beispielen 1 bis 5 aus der DE-A 19815281, jedoch auf Trägerringe der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm mit einem Aktivmassenanteil von 20 Gew.-% aufgebracht;
- c) Schalenkatalysator mit zweiphasiger Aktivmasse der Stöchiometrie
(Mo10,4V3W1,2Ox) (CuMo0,5W0,5O4)1,6. hergestellt gemäß
und mit einem Aktivmassenanteil von 20 Gew.-% auf den vorgenannten 7 mm × 3 mm × 4 mm Träger aufgebracht.DE-A 19736105
- a) shell catalyst S1 or S7 from DE-A 4442346 with an active mass fraction of 27% by weight and a shell thickness of 230 μm;
- b) a coated catalyst according to Examples 1 to 5 from DE-A 19815281, but applied to carrier rings of geometry 7 mm × 3 mm × 4 mm with an active mass fraction of 20% by weight;
- c) Shell catalyst with two-phase active mass of stoichiometry (Mo 10.4 V 3 W 1.2 O x ) (CuMo 0.5 W 0.5 O 4 ) 1.6 . manufactured according to
and applied with an active mass fraction of 20% by weight to the aforementioned 7 mm × 3 mm × 4 mm support.DE-A 19736105
Im Übrigen werden die Festbettkatalysatorschüttung für die Propenoxidationsstufe und die Festbettkatalysatorschüttung für die erfindungsgemäße Acroleinoxidationsstufe zweckmäßig so gewählt (z.B. durch Verdünnung mit z.B. Inertmaterial), dass der Temperaturunterschied zwischen dem Heißpunktmaximum des Reaktionsgasgemisches in den einzelnen Reaktionszonen und der jeweiligen Temperatur der Reaktionszone in der Regel 80°C nicht überschreitet. Meist beträgt dieser Temperaturunterschied ≤ 70°C, häufig liegt er bei 20 bis 70°C, vorzugsweise ist dieser Temperaturunterschied gering. Außerdem werden diese Festbettkatalysatorschüttungen aus Sicherheitsgründen in dem Fachmann an sich bekannter Weise so gewählt (z.B. durch Verdünnung mit z.B. Inertmaterial), dass die "peak-to-salt-temperature sensitivity" gemäß Definition in der EP-A 1106598 ≤ 9°C, oder ≤ 7°C, oder ≤ 5°C, oder ≤ 3°C beträgt.Incidentally, the fixed bed catalyst bed for the propene oxidation stage and the fixed bed catalyst bed for the acrolein oxidation stage according to the invention appropriately chosen (e.g. by dilution with e.g. Inert material) that the temperature difference between the hotspot maximum of the reaction gas mixture in the individual reaction zones and respective temperature of the reaction zone usually does not exceed 80 ° C. Most is this temperature difference ≤ 70 ° C, is often at 20 to 70 ° C, this temperature difference is preferably small. Also be these fixed bed catalyst beds for safety reasons chosen in a manner known per se to the person skilled in the art (e.g. by dilution with e.g. Inert material) that the "peak-to-salt-temperature sensitivity "as defined in EP-A 1106598 is ≤ 9 ° C, or ≤ 7 ° C, or ≤ 5 ° C, or ≤ 3 ° C.
Nachkühler und Reaktor für die Acroleinreaktionsstufe sind durch ein Verbindungsrohr verbunden, dessen Länge weniger als 25 m beträgt.After cooler and reactor for the acrolein reaction stage are connected by a connecting pipe, the length of which is less than 25 m.
Die beschriebene Reaktoranordnung
und alle anderen in dieser Schrift beschriebenen Reaktoranordnungen
und Beschickungen mit Festbettkatalysator können auch bei hohen Propen-
bzw. Acroleinlasten wie in den Schriften WO 01/36364,
Bevorzugt können die Reaktionszonen A', B' bzw. A, B dabei die in dieser Schrift empfohlenen Temperaturen aufweisen, jedoch so, dass die jeweils zweite Reaktionszone, gemäß der Lehre der vorgenannten Schriften, eine höhere Temperatur als die jeweils erste Reaktionszone aufweist. Die Heißpunkttemperatur in der jeweils zweiten Reaktionszone liegt vorzugsweise stets unterhalb derjenigen der jeweils ersten Reaktionszone.The reaction zones A ', B' or A, B can preferably be used have the temperatures recommended in this document, however such that the second reaction zone in each case, according to the teaching of the abovementioned documents, a higher one Has temperature than the first reaction zone. The hot spot temperature in the second reaction zone in each case is preferably always below that of the first reaction zone.
Bei den erfindungsgemäßen Acroleinlasten resultiert jedoch mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise eine, relativ zu der für hohe Acroleinlasten empfohlenen Verfahrensweise, erhöhte Selektivität der Acrylsäurebildung.With the acrolein loads according to the invention However, with the procedure according to the invention, a results relatively to the for high acrolein loads recommended procedure, increased selectivity of acrylic acid formation.
In den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen sowie in der vorstehenden Reaktoranordnung können in der Acroleinreaktionsstufe die ringförmigen Verdünnungsformkörper und die ringförmigen Katalysatorformkörper auch durch kugelförmige Verdünnungsformkörper und kugelförmige Katalysatorformkörper (jeweils mit Radius 2 bis 5 mm und mit einem Aktivmassenanteil von 10 bis 30 Gew.-%, häufig 10 bis 20 Gew.-%) ersetzt werden. Die Aussage bezüglich des Betriebs bei flohen Acroleinlasten gemäß den vorgenannten Schriften behält dabei ihre Gültigkeit.In the examples below and Comparative examples and in the above reactor arrangement can in the acrolein reaction stage the annular shaped diluent bodies and the annular shaped catalyst bodies also through spherical Dilution tablets and spherical Catalyst bodies (each with a radius of 2 to 5 mm and with an active mass fraction of 10 to 30% by weight, often 10 to 20 wt .-%) are replaced. The statement regarding the Operation with flea acrolein loads according to the aforementioned writings reserves their validity.
Beispiele und VergleichsbeispieleExamples and comparative examples
Ein Reaktionsrohr (V2A Stahl; 30
mm Außendurchmesser,
2 mm Wandstärke,
26 mm Innendurchmesser, Länge:
350 cm, sowie ein in der Reaktionsrohrmitte zentriertes Thermorohr
(4 mm Außendurchmesser) zur
Aufnahme eines Thermoelements mit dem die Temperatur im Reaktionsrohr
auf seiner gesamten Länge ermittelt
werden kann) wird von oben nach unten wie folgt beschickt:
Abschnitt
1: 20 cm Länge
Steatitringe
der Geometrie 7 mm × 7
mm × 4
mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
als Vorschüttung.
Abschnitt
2: 90 cm Länge
Katalysatorbeschickung
mit einem homogenen Gemisch aus 30 Gew.-% an Steatit-Ringen der
Geometrie 7 mm × 3
mm × 4
mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
und 70 Gew.-% Schalenkatalysator aus Abschnitt 4.
Abschnitt
3: 50 cm Länge
Katalysatorbeschickung
mit einem homogenen Gemisch aus 20 Gew.-% an Steatit-Ringen der
Geometrie 7 mm × 3
mm × 4
mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
und 80 Gew.-% Schalenkatalysator aus Abschnitt 4.
Abschnitt
4: 190 cm Länge
Katalysatorbeschickung
mit ringförmigem
(7 mm × 3
mm × 4
mm = Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser)
Schalenkatalysator gemäß Herstellungsbeispiel
5 der DE-A 10046928 (Stöchiometrie: Mo12V3W1,2Cu2,
4Ox).A reaction tube (V2A steel; 30 mm outside diameter, 2 mm wall thickness, 26 mm inside diameter, length: 350 cm) as well as a thermotube centered in the middle of the reaction tube (4 mm outside diameter) for receiving a thermocouple with which the temperature in the reaction tube is determined over its entire length is loaded from top to bottom as follows:
Section 1: 20 cm long
Steatite rings of geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as a pre-fill.
Section 2: 90 cm in length
Catalyst feed with a homogeneous mixture of 30% by weight of steatite rings of geometry 7 mm × 3 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) and 70% by weight coated catalyst from section 4.
Section 3: 50 cm long
Catalyst feed with a homogeneous mixture of 20% by weight of steatite rings of geometry 7 mm × 3 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) and 80% by weight coated catalyst from section 4.
Section 4: 190 cm length
Catalyst feed with ring-shaped (7 mm × 3 mm × 4 mm = outer diameter × length × inner diameter) coated catalyst according to production example 5 of DE-A 10046928 (stoichiometry: Mo 12 V 3 W 1.2 Cu 2, 4 O x ).
Von oben nach unten werden die ersten 175 cm mittels eines im Gegenstrom gepumpten Salzbades A thermostatisiert. Die zweiten 175 cm werden mittels eines im Gegenstrom gepumpten Salzbades B thermostatisiert.From top to bottom are the first 175 cm thermostatted by means of a salt bath A pumped in countercurrent. The second 175 cm are pumped in countercurrent Salt bath B thermostatted.
Gasphasenoxidation:
Das vorstehend
beschriebene Reaktionsrohr wird mit einem Reaktionsgasausgangsgemisch
der nachfolgenden Zusammensetzung kontinuierlich beschickt, wobei
die Belastung und die Thermostatisierung des Reaktionsrohres variiert
werden:
5,5 Vol.-% Acrolein,
0,3 Vol.-% Propen,
6,0
Vol.-% molekularer Sauerstoff,
0,4 Vol.-% CO,
0,8 Vol.-%
CO2,
9,0 Vol.-% Wasser und,
78,0
Vol.-% Stickstoff.Gas-phase oxidation:
The reaction tube described above is continuously charged with a reaction gas starting mixture of the following composition, the load and the thermostatting of the reaction tube being varied:
5.5% by volume of acrolein,
0.3% by volume of propene,
6.0 vol% molecular oxygen,
0.4 vol.% CO,
0.8 vol% CO 2 ,
9.0% by volume of water and,
78.0% by volume of nitrogen.
Das Reaktionsgasgemisch durchströmt das Reaktionsrohr von oben nach unten.The reaction gas mixture flows through the reaction tube from top to bottom.
Der Druck am Eingang des Reaktionsrohres variiert in Abhängigkeit von der Acroleinbelastung zwischen 1,6 und 2,1 bar.The pressure at the entrance to the reaction tube varies depending on of the acrolein load between 1.6 and 2.1 bar.
Dem Produktgasgemisch wird am Reaktionsrohrausgang eine kleine Probe für die gaschromatographische Analyse entnommen. Am Ende der Reaktionszone A befindet sich ebenfalls eine Analysenstelle.The product gas mixture is at the reaction tube outlet a little sample for the gas chromatographic analysis taken. At the end of the reaction zone A is also an analysis point.
Die Ergebnisse in Abhängigkeit
von Belastungen und Salzbadtemperaturen zeigt die nachfolgende Tabelle
(der Buchstabe B in Klammern bedeutet Beispiel und der Buchstabe
V in Klammern bedeutet Vergleichsbeispiel).
TA,
TB, stehen für die Temperaturen der umgepumpten
Salzbäder
in den Reaktionszonen A und B.
UAA ist
der Acroleinumsatz am Ende der Reaktionszone A in mol-%.
UAB ist der Acroleinumsatz am Ende der Reaktionszone
B in mol-%.
SAA ist die Selektivität der Acrylsäurebildung
im Produktgasgemisch bezogen auf umgesetztes Acrolein in mol-%.The results as a function of loads and salt bath temperatures are shown in the table below (the letter B in brackets means example and the letter V in brackets means comparative example).
T A , T B stand for the temperatures of the pumped salt baths in reaction zones A and B.
U AA is the acrolein conversion at the end of reaction zone A in mol%.
U AB is the acrolein conversion at the end of reaction zone B in mol%.
S AA is the selectivity of the acrylic acid formation in the product gas mixture based on converted acrolein in mol%.
TmaxA, TmaxB stehen für die höchste Temperatur des Reaktionsgasgemisches innerhalb der Reaktionszonen A und B in °C.T maxA , T maxB stand for the highest temperature of the reaction gas mixture within reaction zones A and B in ° C.
Tabelle table
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