DE10313210A1 - Partial oxidation of propene for manufacture of acrolein, involves passing reaction mixture over catalyst bed having preset temperature zones whose transition is different from transition between preset fixed catalyst bed zones - Google Patents
Partial oxidation of propene for manufacture of acrolein, involves passing reaction mixture over catalyst bed having preset temperature zones whose transition is different from transition between preset fixed catalyst bed zones Download PDFInfo
- Publication number
- DE10313210A1 DE10313210A1 DE2003113210 DE10313210A DE10313210A1 DE 10313210 A1 DE10313210 A1 DE 10313210A1 DE 2003113210 DE2003113210 DE 2003113210 DE 10313210 A DE10313210 A DE 10313210A DE 10313210 A1 DE10313210 A1 DE 10313210A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- catalyst bed
- zone
- temperature
- fixed bed
- propene
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C45/00—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
- C07C45/27—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation
- C07C45/32—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen
- C07C45/33—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties
- C07C45/34—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties in unsaturated compounds
- C07C45/35—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties in unsaturated compounds in propene or isobutene
Abstract
Description
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein, bei dem 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 mit der Maßgabe über eine Festbettkatalysatorschüttung, deren Aktivmasse wenigstens ein die Elemente Mo, Fe und Bi enthaltendes Multimetalloxid ist, führt, dass
- – die Festbettkatalysatorschüttung in zwei räumlich aufeinander folgenden Temperaturzonen A, B angeordnet ist,
- – sowohl die Temperatur der Temperaturzone A als auch die Temperatur der Temperaturzone B eine Temperatur im Bereich von 290 bis 380°C ist,
- – die Festbettkatalysatorschüttung aus wenigstens zwei räumlich aufeinanderfolgenden Festbettkatalysatorschüttungszonen besteht, wobei die volumenspezifische Aktivität innerhalb einer Festbettkatalysatorschüttungszone im wesentlichen konstant ist und in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches beim Übergang von einer Festbettkatalysatorschüttungszone in eine andere Festbettkatalysatorschüttungszone sprunghaft zunimmt,
- – sich die Temperaturzone A bis zu einem Umsatz des Propens von 40 bis 80 mol.-% erstreckt,
- – bei einmaligem Durchgang des Reaktionsgasausgangsgemisches durch die gesamte Festbettkatalysatorschüttung der Propenumsatz ≥90 mol.-% und die Selektivität der Acroleinbildung, bezogen auf umgesetztes Propen, ≥90 mol.-% beträgt,
- – die zeitliche Abfolge, in der das Reaktionsgasgemisch die Temperaturzonen A, B durchströmt der alphabetischen Abfolge der Temperaturzonen entspricht,
- – die Belastung der Festbettkatalysatorschüttung mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch enthaltenen Propen ≥90 Nl Propen/l Festbettkatalysatorschüttung μ h beträgt, und
- – die Differenz TmaxA – TmaxB, gebildet aus der höchsten Temperatur TmaxA, die das Reaktionsgasgemisch innerhalb der Temperaturzone A aufweist, und der höchsten Temperatur TmaxB, die das Reaktionsgasgemisch innerhalb der Temperaturzone B aufweist, ≥0°C beträgt.
- The fixed bed catalyst bed is arranged in two spatially successive temperature zones A, B,
- Both the temperature of temperature zone A and the temperature of temperature zone B are a temperature in the range from 290 to 380 ° C.,
- The fixed bed catalyst bed consists of at least two spatially successive fixed bed catalyst bed zones, the volume-specific activity within a fixed bed catalyst bed zone being essentially constant and increasing suddenly in the direction of flow of the reaction gas mixture during the transition from a fixed bed catalyst bed zone into another fixed bed catalyst bed zone,
- Temperature zone A extends to a propene conversion of 40 to 80 mol%,
- The propene conversion is ≥90 mol% and the selectivity of acrolein formation, based on converted propene, is ≥90 mol% when the reaction gas starting mixture passes through the entire fixed bed catalyst bed once,
- The chronological sequence in which the reaction gas mixture flows through the temperature zones A, B corresponds to the alphabetical sequence of the temperature zones,
- - The loading of the fixed bed catalyst bed with the propene contained in the reaction gas starting mixture is ≥90 Nl propene / l fixed bed catalyst bed μ h, and
- - The difference T maxA - T maxB , formed from the highest temperature T maxA , which the reaction gas mixture has within the temperature zone A, and the highest temperature T maxB , which the reaction gas mixture has within the temperature zone B, is ≥0 ° C.
Das vorgenannte Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein ist z.B. aus der WO 00/53556 prinzipiell bekannt und insbesondere als erste Oxidationsstufe bei der Herstellung von Acrylsäure durch zweistufige katalytische Gasphasenoxidation ausgehend von Propen von Bedeutung. Acrylsäure ist ein bedeutendes Monomer, das als solches oder in Form seiner Alkylester zur Erzeugung von z.B. als Klebstoffen geeigneten Polymerisation Verwendung findet. Acrolein ist ein bedeutendes Zwischenprodukt.The aforementioned process of heterogeneous catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein is e.g. known in principle from WO 00/53556 and in particular as the first oxidation stage in the production of acrylic acid two-stage catalytic gas phase oxidation based on propene significant. acrylic acid is a significant monomer, as such or in the form of its Alkyl esters to produce e.g. Polymerization suitable as adhesives Is used. Acrolein is an important intermediate.
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 katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein besteht darin, bei einmaligem Durchgang des Reaktionsgasgemisches durch die Reaktionsstufe unter ansonsten vorgegebenen Randbedingungen eine möglichst hohe Selektivität SAC an Acrolein zu erzielen (das ist die Molzahl von zu Acrolein umgesetztem Propen, bezogen auf die Molzahl an umgesetztem Propen).One objective of such a catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein is to achieve the highest possible selectivity S AC for acrolein (that is the mole number of propene converted to acrolein, based on that) when the reaction gas mixture passes through the reaction stage once under otherwise specified boundary conditions Number of moles of propene reacted).
Eine weitere Zielsetzung besteht darin, bei einmaligem Durchgang des Reaktionsgasgemisches durch die Reaktionsstufe unter ansonsten vorgegebenen Randbedingungen einen möglichst hohen Umsatz UP an Propen zu erzielen (das ist die Molzahl von umgesetztem Propen, bezogen auf die Molzahl an eingesetztem Propen).Another objective is to achieve the highest possible conversion U P of propene when the reaction gas mixture passes through the reaction stage under otherwise specified boundary conditions (this is the mole number of propene converted, based on the mole number of propene used).
Ist bei hohem UP die SAC hoch, entspricht dies einer hohen Ausbeute AAC an Acrolein (AAC ist das Produkt UP · SAC; d.h., die Molzahl von zu Acrolein umgesetztem Propen, bezogen auf die Molzahl an eingesetztem Propen).If the S AC is high at a high U P , this corresponds to a high yield A AC of acrolein (A AC is the product U P · S AC ; that is, the mole number of propene converted to acrolein, based on the mole number of propene used).
Eine weitere Zielsetzung einer solchen heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein besteht darin, eine möglichst hohe Raum-Zeit-Ausbeute (RZAAC) an Acrolein zu erzielen (das ist bei einer kontinuierlichen Verfahrensweise die je Stunde und Volumen der verwendeten Festbettkatalysatorschüttung in Litern erzeugte Gesamtmenge an Acrolein).Another objective of such a heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein is to achieve the highest possible space-time yield (RZA AC ) of acrolein (that is, in a continuous process, the volume generated in liters per hour and volume of the fixed bed catalyst bed used Total amount of acrolein).
Bei gleich bleibender gegebener Ausbeute AAC ist die Raum-Zeit-Ausbeute um so größer, je größer die Belastung der Festbettkatalysatorschüttung der Reaktionsstufe mit Propen ist (darunter wird die Menge an Propen in Normlitern (=Nl; das Volumen in Litern, das die entsprechende Propenmenge 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 AC remaining the same, the space-time yield is greater, the greater the loading of the fixed bed catalyst bed of the reaction stage with propene (below this is the amount of propene in standard liters (= Nl; the volume in liters that corresponds to the corresponding Amount of propene under normal conditions, ie at 25 ° C and 1 bar, would be understood), which is passed as part of the reaction gas starting mixture per hour through a liter of fixed bed catalyst bed).
Die
Dies ist insofern von Vorteil, als sich eine geringe volumenspezifische Aktivität innerhalb einer Festbettkatalysatorschüttung bzw. Festbettkatalysatorschüttungszone z.B. dadurch erzielen lässt, dass man die eigentlichen Aktivmasse tragenden Katalysatorformkörper mit an Aktivmasse freien inerten Verdünnungsformkörpern verdünnt, wodurch die Festbettkatalysatorschüttung insgesamt kostengünstiger wird.This is advantageous in that low volume-specific activity within a fixed bed catalyst bed or Fixed catalyst bed zone e.g. by doing so that one with the actual active mass-carrying shaped catalyst body inert diluent shaped bodies free of active composition, as a result of which the fixed bed catalyst bed as a whole cost-effective becomes.
Nachteilig an den Lehren der
In ähnlicher Weise lehrt die
Gemäß der Lehr der
Eingehende Untersuchungen seitens der Anmelderin haben jedoch ergeben, dass ein räumliches Zusammenfallen von Festbettkatalysatorschüttungszonen und Temperaturzonen für ein optimales Erreichen der verschiedenen angesprochenen Zielsetzungen in der Regel nicht förderlich ist.In-depth investigations on the part of the applicant has shown, however, that a spatial coincidence of Fixed catalyst bed zones and temperature zones for an optimal achievement of the different objectives mentioned usually not beneficial is.
Dies ist u.a. darauf zurückzuführen, dass der Übergang von der Temperaturzone A in die Temperaturzone B und der Übergang von einer Festbettkatalysatorschüttungszone in eine andere Festbettkatalysatorschüttungszone entweder als im wesentlichen gleich wirkende oder als im wesentlichen entgegengesetzt wirkende Maßnahmen ergriffen werden.This includes due to the fact that the transition from temperature zone A to temperature zone B and the transition from a fixed bed catalyst bed zone in a different fixed bed catalyst bed zone than either in essentially equivalent or as essentially opposite effective measures be taken.
Werden sie als im wesentlichen gleich wirkende Maßnahmen ergriffen (z.B. Übergang von einer kälteren Temperaturzone A in eine heißere Temperaturzone B und Übergang von einer Festbettkatalysatorschüttungszone mit niederer volumenspezifischer Aktivität in eine Festbettkatalysatorschüttungszone mit höherer volumenspezifischer Aktivität; beide Maßnahmen verfolgen den Zweck die Reaktion zu fördern), so schießt die erzielte Gesamtwirkung im Übergangsbereich häufig über das angestrebte Ziel hinaus und es resultiert z.B. eine Minderung der SAC.If they are taken as essentially equivalent measures (e.g. transition from a colder temperature zone A to a hotter temperature zone B and transition from a fixed-bed catalyst bed zone with low volume-specific activity to a fixed-bed catalyst bed zone with higher volume-specific activity; both measures have the purpose of promoting the reaction), the overall effect achieved in the transition area often goes beyond the desired goal and, for example, there is a reduction in the S AC .
Werden sie als im wesentlichen entgegengesetzt wirkende Maßnahmen ergriffen (z.B. Übergang von einer heißeren Temperaturzone A in eine kältere Temperaturzone B und Übergang von einer Festbettkatalysatorschüttungszone mit niederer volumenspezifischer Aktivität in eine Festbettkatalysatorschüttungszone mit höherer volumenspezifischer Aktivität; die erste Maßnahme verfolgt den Zweck, die Reaktion zu mindern, die zweite Maßnahme verfolgt den Zweck, die Reaktion zu fördern), so neutralisieren sich die Einwirkungen im Übergangsbereich häufig und es resultiert ein geminderter UP.If they are taken as essentially counteracting measures (e.g. transition from a hotter temperature zone A to a colder temperature zone B and transition from a fixed-bed catalyst bed zone with lower volume-specific activity to a fixed-bed catalyst bed zone with higher volume-specific activity; the first measure has the purpose of reducing the reaction , the second measure has the purpose of promoting the reaction), the effects in the transition area are often neutralized and the result is a reduced U P.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, ein Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein in einer Mehrzonenanordnung zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile der Verfahren des Standes der Technik nicht aufweist.The object of the present invention therefore consisted of a process of heterogeneously catalyzed partial Gas phase oxidation of propene to acrolein in a multi-zone arrangement to disposal to face the disadvantages of the prior art methods does not have.
Demgemäss wurde ein Verfahren der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein, bei dem 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 enthielt, in einer Reaktionsstufe mit der Maßgabe über eine Festbettkatalysatorschüttung, deren Aktivmasse wenigstens ein die Elemente Mo, Fe und Bi enthaltendes Multimetalloxid ist, führt, dass
- – die Festbettkatalysatorschüttung in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Temperaturzonen A, B angeordnet ist,
- – sowohl die Temperatur der Temperaturzone A als auch die Temperatur der Temperaturzone B eine Temperatur im Bereich von 290 bis 380°C ist,
- – die Festbettkatalysatorschüttung aus wenigstens zwei räumlich aufeinander folgenden Festbettkatalysatorschüttungszonen besteht, wobei die volumenspezifische Aktivität innerhalb einer Festbettkatalysatorschüttungszone im wesentlichen konstant ist und in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches beim Übergang von einer Festbettkatalysatorschüttungszone in eine andere Festbettkatalysatorschüttungszone sprunghaft zunimmt,
- – sich die Temperaturzone A bis zu einem Umsatz des Propens von 40 bis 80 mol.-% erstreckt,
- – bei einmaligem Durchgang des Reaktionsgasausgangsgemisches durch die gesamte Festbettkatalysatorschüttung der Propenumsatz ≥90 mol.-% und die Selektivität der Acroleinbildung, bezogen auf umgesetztes Propen, ≥90 mol.-% beträgt,
- – die zeitliche Abfolge, in der das Reaktionsgasgemisch die Temperaturzonen A, B durchströmt, der alphabetischen Abfolge der Temperaturzonen entspricht,
- – die Belastung der Festbettkatalysatorschüttung mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch enthaltenen Propen ≥90 Nl Propen/l Festbettkatalysatorschüttung · h beträgt, und
- – die Differenz TmaxA – TmaxB gebildet aus der höchsten Temperatur TmaxA, die das Reaktionsgasgemisch innerhalb der Temperaturzone A aufweist, und der höchsten Temperatur TmaxB, die das Reaktionsgasgemisch innerhalb der Temperaturzone B aufweist, ≥0°C beträgt,
- The fixed bed catalyst bed is arranged in two spatially successive temperature zones A, B,
- Both the temperature of temperature zone A and the temperature of temperature zone B are a temperature in the range from 290 to 380 ° C.,
- The fixed bed catalyst bed consists of at least two spatially consecutive fixed bed catalyst bed zones, the volume-specific activity within a fixed bed catalyst bed zone being essentially constant and increasing suddenly in the direction of flow of the reaction gas mixture upon transition from a fixed bed catalyst bed zone into another fixed bed catalyst bed zone,
- Temperature zone A extends to a propene conversion of 40 to 80 mol%,
- The propene conversion is ≥90 mol% and the selectivity of acrolein formation, based on converted propene, is ≥90 mol% when the reaction gas starting mixture passes through the entire fixed bed catalyst bed once,
- The chronological sequence in which the reaction gas mixture flows through the temperature zones A, B corresponds to the alphabetical sequence of the temperature zones,
- - The loading of the fixed bed catalyst bed with the propene contained in the reaction gas starting mixture is ≥90 Nl propene / l fixed bed catalyst bed · h, and
- The difference T maxA - T maxB formed from the highest temperature T maxA that the reaction gas mixture has within the temperature zone A and the highest temperature T maxB that the reaction gas mixture has within the temperature zone B is ≥0 ° C.
Unter der Temperatur einer Temperaturzone wird in dieser Schrift die Temperatur des in der Temperaturzone befindlichen Teils der Festbettkatalysatorschüttung bei Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, jedoch in Abwesenheit einer chemischen Reaktion verstanden. Ist diese Temperatur innerhalb der Temperaturzone nicht konstant, so meint der Begriff Temperatur einer Temperaturzone hier den (Zahlen)mittelwert der Temperatur der Festbettkatalysatorschüttung längs der Temperaturzone.Under the temperature of a temperature zone in this document the temperature of the in the temperature zone located part of the fixed bed catalyst bed when exercising method according to the invention, however understood in the absence of a chemical reaction. is this temperature is not constant within the temperature zone, so The term temperature of a temperature zone here means the (number) mean of Fixed bed catalyst bed temperature along the temperature zone.
Wesentlich ist dabei, dass die Temperierung der einzelnen Temperaturzonen im wesentlichen unabhängig voneinander erfolgt.It is essential that the temperature control of the individual temperature zones essentially independent of each other he follows.
Da die heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein eine ausgeprägt exotherme Reaktion ist, ist die Temperatur des Reaktionsgasgemisches beim reaktiven Durchgang durch die Festbettkatalysatorschüttung in der Regel von der Temperatur einer Temperaturzone verschieden. Sie liegt normalerweise oberhalb der Temperatur der Temperaturzone und durchläuft innerhalb einer Temperaturzone in der Regel ein Maximum (Heißpunktmaximum) oder fällt von einem Maximalwert ausgehend ab.Because the heterogeneously catalyzed partial Gas phase oxidation of propene to acrolein 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 temperature zone. she is usually above the temperature of the temperature zone and goes through usually a maximum within a temperature zone (hotspot maximum) or falls starting from a maximum value.
In der Regel wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Differenz TmaxA – TmaxB nicht mehr als 80°C betragen. Erfindungsgemäß bevorzugt beträgt TmaxA – TmaxB ≥3°C und ≤70°C. Ganz besonders bevorzugt beträgt TmaxA – TmaxB beim erfindungsgemäßen Verfahren ≥20°C und ≤60°C.As a rule, the difference T maxA -T maxB in the method according to the invention will not be more than 80 ° C. According to the invention, T maxA -T maxB is preferably ≥3 ° C and ≤70 ° C. In the method according to the invention, T maxA -T maxB is very particularly preferably 2020 ° C and 6060 ° C.
Die erfindungsgemäß geforderten Differenzen TmaxA – TmaxB stellen sich bei der Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Fall von eher niederen (≥90 Nl/l · h und < 160 Nl/l · h) Propenbelastungen der Festbettkatalysatorschüttung normalerweise dann ein, wenn einerseits sowohl die Temperatur der Temperaturzone A als auch die Temperatur der Temperaturzone B im Bereich von 290 bis 380°C liegt und andererseits die Differenz zwischen der Temperatur der Temperaturzone B(TB) und der Temperatur der Temperaturzone 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 in accordance with the invention occur when the process according to the invention is carried out in the case of rather low (≥90 Nl / l · h and <160 Nl / l · h) propene loads on the fixed bed catalyst bed normally when both Temperature of temperature zone A and the temperature of temperature zone B is in the range from 290 to 380 ° C. and, on the other hand, the difference between the temperature of temperature zone B (T B ) and the temperature of temperature 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.
Bei Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter erhöhten Propenbelastungen ( ≥160 Nl/l · h und ≤300 Nl/l · h bzw. ≤600 Nl/l · h) stellen sich die erfindungsgemäß geforderten Differenzen TmaxA – TmaxB normalerweise dann ein, wenn einerseits sowohl die Temperatur der Temperaturzone A als auch die Temperatur der Temperaturzone B im Bereich von 290 bis 380°C liegt und TB – TA > 0°C und ≤50°C, oder ≥5°C und ≤45°C, oder ≥10°C und ≤40°C, oder ≥15°C und ≤30°C, oder ≤35°C (z.B. 20°C oder 25°C) beträgt.When the process according to the invention is carried out under increased propene loads (1160 Nl / l · h and 300300 Nl / l · h or 600600 Nl / l · h), the differences T maxA - T maxB required according to the invention usually occur when on the one hand, both the temperature of temperature zone A and the temperature of temperature zone B are in the range from 290 to 380 ° C and T B - T A > 0 ° C and ≤50 ° C, or ≥5 ° C and ≤45 ° C, or ≥10 ° C and ≤40 ° C, or ≥15 ° C and ≤30 ° C, or ≤35 ° C (e.g. 20 ° C or 25 ° C).
Die vorgenannte Aussage betreffend die Temperaturdifferenzen TB – TA gilt regelmäßig auch dann, wenn die Temperatur der Temperaturzone A im bevorzugten Bereich von 305 bis 365°C bzw. im besonders bevorzugten Bereich von 310 bis 340°C liegt.The above statement regarding the temperature differences T B - T A also applies regularly if the temperature of the temperature zone A is in the preferred range from 305 to 365 ° C or in the particularly preferred range from 310 to 340 ° C.
Die Propenbelastung der Festbettkatalysatorschüttung kann somit beim erfindungsgemäßen Verfahren z.B. ≥90 Nl/l · h und ≤300 Nl/l · h, oder ≥110 Nl/l · h und ≤280 Nl/l · h, oder ≥130 Nl/l · h und ≤260 Nl/l · h, oder ≥150 Nl/l · h und ≤240 Nl/l · h, oder ≥170 Nl/l · h und ≤220 Nl/l · h, oder ≥190 Nl/l · h und ≤200 Nl/l · h betragen.The propene load on the fixed bed catalyst bed can thus in the method according to the invention e.g. ≥90 Nl / l · h and ≤300 Nl / lh, or ≥110 Nl / l · h and ≤280 Nl / lh, or ≥130 Nl / l · h and ≤260 Nl / l · h, or ≥150 Nl / l · h and ≤240 Nl / l · h, or ≥170 Nl / l · h and ≤220 Nl / l · h, or ≥190 Nl / l · h and ≤ 200 Nl / l · h.
Erfindungsgemäß bevorzugt erstreckt sich die Temperaturzone A bis zu einem Umsatz des Propens von 50 bis 70 mol-% bzw. 60 bis 70 mol-%.According to the invention preferably extends the temperature zone A up to a propene conversion of 50 to 70 mol% or 60 to 70 mol%.
Der Arbeitsdruck kann beim erfindungsgemäßen Verfahren sowohl unterhalb vom 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.
Das molare Verhältnis von O2 : Propen im Reaktionsgasausgangsgemisch muss erfindungsgemäß ≥1 betragen. Häufig wird es bei Werten > 1 liegen. Üblicherweise wird dieses Verhältnis bei Werten ≤3 liegen. Häufig beträgt das molare Verhältnis von O2 : Propen im Reaktionsgasausgangsgemisch erfindungsgemäß 1 bis 2 bzw. 1 bis 1,5.According to the invention, the molar ratio of O 2 : propene in the reaction gas starting mixture must be ≥1. Often it will be values> 1. This ratio will usually be at values ≤3. According to the invention, the molar ratio of O 2 : propene in the reaction gas starting mixture is frequently 1 to 2 or 1 to 1.5.
In der Regel kann der auf den einfachen Durchgang bezogene Propenumsatz beim erfindungsgemäßen Verfahren ≥92 mol-%, oder ≥94 mol-%, oder ≥96 mol-% betragen. Die Selektivität der Acroleinbildung 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 propene conversion in the process according to the invention ≥92 mol%, or ≥94 mol%, or ≥96 mol%. The selectivity the formation of acrolein is regularly ≥92 mol% or ≥94 mol%, often ≥95 mol%, or ≥96 mol% or ≥97 mol%.
Als Quelle für den erforderlichen molekularen Sauerstoff kommt sowohl Luft, als auch an molekularem Stickstoff entreicherte Luft in Betracht.As a source of the required molecular Oxygen comes in both air and molecular nitrogen de-enriched air into consideration.
Als Katalysatoren für die Festbettkatalysatorschüttung des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen alle diejenigen in Betracht, deren Aktivmasse wenigstens ein Mo, Bi und Fe enthaltendes Multimetalloxid ist.As catalysts for the fixed bed catalyst bed inventive method are all those whose active mass at least is a multimetal oxide containing Mo, Bi and Fe.
Dies sind insbesondere die Multimetalloxidaktivmassen
der allgemeinen Formel I der
Ferner eignen sich für die Festbettkatalysatorschüttung die
Mo, Bi und Fe enthaltenden Multimetalloxidkatalysatoren die in den
Schriften
Weiterhin sind das Beispiel 1 aus
der
Eine Vielzahl der für die Katalysatoren
der Festbettkatalysatorschüttung
geeigneten Multimetalloxidaktivmassen lässt sich unter der allgemeinen
Formel I
X1 =
Nickel und/oder Kobalt,
X2 = Thallium,
ein Alkalimetall und/oder ein Erdalkalimetall,
X3 =
Zink, Phosphor, Arsen, Bor, Antimon, Zinn, Cer, Blei und/oder Wolfram,
X4 = Silicium, Aluminium, Titan und/oder Zirkonium,
a
= 0,5 bis 5,
b = 0,01 bis 5, vorzugsweise 2 bis 4,
c =
0 bis 10, vorzugsweise 3 bis 10,
d = 0 bis 2, vorzugsweise
0,02 bis 2,
e = 0 bis 8, vorzugsweise 0 bis 5,
f = 0 bis
10 und
n = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in I bestimmt wird,
subsummieren.A large number of the multimetal oxide active compositions suitable for the catalysts of the fixed bed catalyst bed can be found under the general formula I
X 1 = nickel and / or cobalt,
X 2 = thallium, an alkali metal and / or an alkaline earth metal,
X 3 = zinc, phosphorus, arsenic, boron, antimony, tin, cerium, lead and / or tungsten,
X 4 = silicon, aluminum, titanium and / or zirconium,
a = 0.5 to 5,
b = 0.01 to 5, preferably 2 to 4,
c = 0 to 10, preferably 3 to 10,
d = 0 to 2, preferably 0.02 to 2,
e = 0 to 8, preferably 0 to 5,
f = 0 to 10 and
n = a number which is determined by the valency and frequency of the elements in I other than oxygen,
subsumed.
Sie sind in an sich bekannter Weise erhältlich (siehe z.B. die DE-A 4023239) und werden üblicherweise in Substanz zu Kugeln, Ringen oder Zylindern geformt oder auch in Gestalt von Schalenkatalysatoren, d.h., mit der Aktivmasse beschichteten vorgeformten, inerten Trägerkörpern, eingesetzt. Selbstverständlich können sie aber auch in Pulverform als Katalysatoren angewendet werden.They are in a manner known per se available (see e.g. DE-A 4023239) and are usually added in substance Spheres, rings or cylinders shaped or in the form of shell catalysts, i.e., preformed, inert carrier bodies coated with the active composition. Of course can you but can also be used in powder form as catalysts.
Prinzipiell können Aktivmassen der allgemeinen Formel 1 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 650°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. Gemisch aus Inertgas, NH3, CO und/oder H2) erfolgen. Die Calcinationsdauer kann einige Minuten bis einige Stunden betragen und nimmt üblicherweise mit der Temperatur ab. Als Quellen für die elementaren Konstituenten der Multimetalloxidaktivmassen I 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, active compositions of the general formula 1 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 calcining them at temperatures of 350 to 650 ° 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 mixture of inert gas, NH 3 , CO and / or H 2 ). 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 materials I 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.
Neben den Oxiden kommen als solche Ausgangsverbindungen vor allem Halogenide, Nitrate, Formiate, Oxalate, Citrate, Acetate, Carbonate, Aminkomplexe, Ammonium-Salze und/oder Hydroxide in Betracht (Verbindungen wie NH4OH, (NH4)2CO3, NH4NO3, NH4CHO2, CH3COOH, NH4CH3CO2 und/oder Ammoniumoxalat, die spätestens beim späteren Calcinieren zu gasförmig entweichenden Verbindungen zerfallen und/oder zersetzt werden können, können in das innige Trockengemisch zusätzlich eingearbeitet werden).In addition to the oxides, the main starting compounds are halides, nitrates, formi ate, oxalates, citrates, acetates, carbonates, amine complexes, ammonium salts and / or hydroxides (compounds such as NH 4 OH, (NH 4 ) 2 CO 3 , NH 4 NO 3 , NH 4 CHO 2 , CH 3 COOH, NH 4 CH 3 CO 2 and / or ammonium oxalate, which can decompose and / or decompose into gaseous compounds at the latest during later calcination, can also be incorporated into the intimate dry mixture).
Das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Multimetalloxidaktivmassen I 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. 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.The intimate mixing of the starting compounds for the production of multimetal oxide active materials I can 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. Usually the Starting compounds in the form of an aqueous solution and / or suspension with one another mixed. Particularly intimate dry mixtures are described in the Mixing process obtained when only in dissolved form existing sources of elementary constituents are assumed. As a solvent water is preferred. Then the aqueous mass obtained dried, the drying process preferably by spray drying the aqueous mixture with Outlet temperatures of 100 to 150 ° C takes place.
Üblicherweise werden die Multimetalloxidaktivmassen der allgemeinen Formel I in der Festbettkatalysatorschüttung nicht in Pulverform sondern zu bestimmten Katalysatorgeometrien geformt eingesetzt, wobei die Formgebung vor oder nach der abschließenden Calcination erfolgen kann. Beispielsweise können aus der Pulverform der Aktivmasse oder ihrer uncalcinierten und/oder partiell calcinierten 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.Usually the multimetal oxide active compositions of the general formula I in the fixed bed catalyst bed not in powder form but with certain catalyst geometries molded used, the shape before or after the final calcination can be done. For example from the powder form of the active composition or its uncalcined and / or partially calcined precursor mass by compression to the desired one Catalyst geometry (e.g. by tableting, extruding or Extrusion) full catalysts are prepared, where appropriate Tools such as Graphite or stearic acid as a lubricant and / or Molding aids and reinforcing agents such as microfibers made of glass, asbestos, silicon carbide or potassium titanate can be added. Suitable unsupported catalyst geometries are e.g. Solid cylinder or Hollow cylinder with an outer diameter and a length from 2 to 10 mm. In the case of the hollow cylinder, the wall thickness is 1 to 3 mm appropriate. Of course you can the full catalyst also have spherical geometry, the spherical diameter Can be 2 to 10 mm.
Eine besonders günstige Hohlzylindergeometrie beträgt 5 mm × 3 mm × 2 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser), insbesondere im Fall von Vollkatalysatoren.A particularly favorable hollow cylinder geometry is 5 mm × 3 mm × 2 mm (outer diameter × length × inner diameter), especially in the case of full catalysts.
Selbstverständlich kann die Formgebung
der pulverförmigen
Aktivmasse oder ihrer pulverförmigen, noch
nicht und/oder partiell 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
Als Trägermaterialien können dabei übliche poröse oder
unporöse
Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Thoriumdioxid, Zirkondioxid, Siliciumcarbid
oder Silikate wie Magnesium- oder Aluminiumsilikat verwendet werden.
Sie verhalten sich bezüglich
der dem erfindungsgemäßen Verfahren
in der ersten Reaktionsstufe unterliegenden Zielreaktion in der
Regel im wesentlichen inert. Die Trägerkörper können regelmäßig oder unregelmäßig geformt
sein, wobei regelmäßig geformte
Trägerkörper mit
deutlich ausgebildeter Oberflächenrauhigkeit,
z.B. Kugeln oder Hohlzylinder, 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 erfindungsgemäß geeigneten
Ringen als Trägerkörper liegt
die Wanddicke darüber
hinaus üblicherweise
bei 1 bis 4 mm. Erfindungsgemäß 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. Erfindungsgemäß 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.
Für
die Katalysatoren der Reaktionsstufe geeignete Multimetalloxidaktivmassen
sind ferner Massen der allgemeinen Formel II
Y1 =
nur Wismut oder Wismut und wenigstens eines der Elemente Tellur,
Antimon, Zinn und Kupfer,
Y2 = Molybdän oder Molybdän und Wolfram,
Y3 = ein Alkalimetall, Thallium und/oder Samarium,
Y4 = ein Erdalkalimetall, Nickel, Kobalt,
Kupfer, Mangan, Zink, Zinn, Cadmium und/oder Quecksilber,
Y5 = Eisen oder Eisen und wenigstens eines
der Elemente Chrom und Cer,
Y6 = Phosphor,
Arsen, Bor und/oder Antimon,
Y7 = ein
seltenes Erdmetall, Titan, Zirkonium, Niob, Tantal, Rhenium, Ruthenium,
Rhodium, Silber, Gold, Aluminium, Gallium, Indium, Silicium, Germanium,
Blei, Thorium und/oder Uran,
a' = 0,01 bis 8,
b' = 0,1 bis 30,
c' = 0 bis 4,
d' = 0 bis 20,
e' > 0 bis 20,
f' = 0 bis 6,
g' = 0 bis 15,
h' = 8 bis 16,
x',y' =
Zahlen, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff
verschiedenen Elemente in II bestimmt werden und
p,q = Zahlen,
deren Verhältnis
p/q 0,1 bis 10 beträgt,
enthaltend
dreidimensional ausgedehnte, von ihrer lokalen Umgebung aufgrund
ihrer von ihrer lokalen Umgebung verschiedenen Zusammensetzung abgegrenzte,
Bereiche der chemischen Zusammensetzung Y1
a'Y2
b'Ox', deren Größtdurchmesser
(längste
durch den Schwerpunkt des Bereichs gehende Verbindungsstrecke zweier
auf der Oberfläche
(Grenzfläche)
des Bereichs befindlicher Punkte) 1 nm bis 100 μm, häufig 10 nm bis 500 nm oder
1 μm bis
50 bzw. 25 μm,
beträgt.Multimetal oxide active compositions suitable for the catalysts of the reaction stage are also compositions of the general formula II
Y 1 = only bismuth or bismuth and at least one of the elements tellurium, antimony, tin and copper,
Y 2 = molybdenum or molybdenum and tungsten,
Y 3 = an alkali metal, thallium and / or samarium,
Y 4 = an alkaline earth metal, nickel, cobalt, copper, manganese, zinc, tin, cadmium and / or mercury,
Y 5 = iron or iron and at least one of the elements chromium and cerium,
Y 6 = phosphorus, arsenic, boron and / or antimony,
Y 7 = a rare earth metal, titanium, zirconium, niobium, tantalum, rhenium, ruthenium, rhodium, silver, gold, aluminum, gallium, indium, silicon, germanium, lead, thorium and / or uranium,
a '= 0.01 to 8,
b '= 0.1 to 30,
c '= 0 to 4,
d '= 0 to 20,
e '> 0 to 20,
f '= 0 to 6,
g '= 0 to 15,
h '= 8 to 16,
x ', y' = numbers which are determined by the valency and frequency of the elements in II other than oxygen and
p, q = numbers whose ratio p / q is 0.1 to 10,
containing three-dimensionally extended areas of the chemical composition Y 1 a ' Y 2 b' O x ' , which are separated from their local surroundings due to their composition which differs from their local surroundings, the largest diameter of which (longest connecting section through the center of gravity of the area of two on the surface ( Interface) of the area of located points) 1 nm to 100 μm, frequently 10 nm to 500 nm or 1 μm to 50 or 25 μm.
Besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Multimetalloxidmassen II sind solche, in denen Y1 nur Wismut ist.Particularly advantageous multimetal oxide compositions II according to the invention are those in which Y 1 is only bismuth.
Unter diesen werden wiederum jene
bevorzugt, die der allgemeinen Formel III
Z2 =
Molybdän
oder Molybdän
und Wolfram,
Z3 = Nickel und/oder Kobalt,
Z4 = Thallium, ein Alkalimetall und/oder ein
Erdalkalimetall,
Z5 = Phosphor, Arsen,
Bor, Antimon, Zinn, Cer und/oder Blei,
Z6 =
Silicium, Aluminium, Titan und/oder Zirkonium,
Z7 =
Kupfer, Silber und/oder Gold,
a'' =
0,1 bis 1,
b'' = 0,2 bis 2,
c'' = 3 bis 10,
d'' =
0,02 bis 2,
e'' = 0,01 bis 5, vorzugsweise
0,1 bis 3,
f'' = 0 bis 5,
g'' = 0 bis 10,
h'' =
0 bis 1,
x'',y''= Zahlen, die durch die Wertigkeit und
Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Element in III bestimmt werden,
p'',q''=Zahlen, deren Verhältnis p''/q'' 0,1 bis 5, vorzugsweise
0,5 bis 2 beträgt,
entsprechen,
wobei diejenigen Massen III ganz besonders bevorzugt werden, in
denen Z2
b'' = (Wolfram)b'' und Z2
12 = (Molybdän)12 ist.Among these, those are preferred which have the general formula III
Z 2 = molybdenum or molybdenum and tungsten,
Z 3 = nickel and / or cobalt,
Z 4 = thallium, an alkali metal and / or an alkaline earth metal,
Z 5 = phosphorus, arsenic, boron, antimony, tin, cerium and / or lead,
Z 6 = silicon, aluminum, titanium and / or zirconium,
Z 7 = copper, silver and / or gold,
a '' = 0.1 to 1,
b '' = 0.2 to 2,
c '' = 3 to 10,
d '' = 0.02 to 2,
e '' = 0.01 to 5, preferably 0.1 to 3,
f '' = 0 to 5,
g '' = 0 to 10,
h '' = 0 to 1,
x '', y '' = numbers determined by the valency and frequency of the element other than oxygen in III,
p '', q '' = numbers whose ratio p '' / q '' is 0.1 to 5, preferably 0.5 to 2,
correspond, those masses III being very particularly preferred in which Z 2 b '' = (tungsten) b '' and Z 2 12 = (molybdenum) 12 .
Ferner ist es von Vorteil, wenn wenigstens 25 mol-% (bevorzugt wenigstens 50 mol-% und besonders bevorzugt wenigstens 100 mol-%) des gesamten Anteils [Y1 a'Y2 b'Ox']p [Bia''Z2 b''Ox'']p'' der erfindungsgemäß geeigneten Multimetalloxidmassen II (Multimetalloxidmassen III) in den erfindungsgemäß geeigneten Multimetalloxidmassen II (Multimetalloxidmassen III) in Form dreidimensional ausgedehnter, von ihrer lokalen Umgebung aufgrund ihrer von ihrer lokalen Umgebung verschiedenen chemischen Zusammensetzung abgegrenzter, Bereiche der chemischen Zusammensetzung [Y1 a'Y2 b'Ox' [Bia''Z2 b''Ox'') vorliegen, deren Größtdurchmesser im Bereich 1 nm bis 100 um liegt.It is also advantageous if at least 25 mol% (preferably at least 50 mol% and particularly preferably at least 100 mol%) of the total fraction [Y 1 a ' Y 2 b' O x ' ] p [Bi a'' Z 2 b " O x" ] p "of the multimetal oxide compositions II (multimetal oxide compositions III) which are suitable according to the invention in the multimetal oxide compositions II (multimetal oxide compositions III) which are suitable according to the invention in the form of three-dimensionally expanded chemical compositions which are different from their local surroundings because of their local surroundings delimited areas of the chemical composition [Y 1 a ' Y 2 b' O x ' [Bi a'' Z 2 b'' O x'' ), the size of which is in the range 1 nm to 100 µm.
Hinsichtlich der Formgebung gilt bezüglich Multimetalloxidmassen II-Katalysatoren das bei den Multimetalloxidmassen I-Katalysatoren Gesagte.Regarding the shape applies in terms of Multimetal oxide masses II catalysts in the multimetal oxide masses I catalysts said.
Die Herstellung von Multimetalloxidmassen
II-Aktivmassen ist z.B. in der
Erfindungsgemäß wesentlich ist, dass die Festbettkatalysatorschüttung aus wenigstens zwei räumlich aufeinander folgenden Festbettkatalysatorschüttungszonen besteht, wobei die volumenspezifische Aktivität innerhalb einer Festbettkatalysatorschüttungszone im wesentlichen konstant ist und in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches beim Übergang von einer Festbettkatalysatorschüttungszone in eine andere Festbettkatalysatorschüttungszone sprunghaft zunimmt.It is essential according to the invention that the fixed bed catalyst bed consists of at least two spatially successive fixed bed catalyst bed zones, the volume-specific activity within a fixed bed catalyst bed zone being essentially constant and increasing suddenly in the direction of flow of the reaction gas mixture during the transition from a fixed bed catalyst bed zone into another fixed bed catalyst bed zone.
Die volumenspezifische (d.h., die auf die Einheit des jeweiligen Schüttungsvolumens normierte) Aktivität einer Festbettkatalysatorschüttungszone kann nun in über die Festbettkatalysatorschüttungszone im wesentlichen konstanter Weises dadurch einge stellt werden, dass man von einer Grundmenge einheitlich hergestellter Katalysatorformkörper ausgeht (ihre Schüttung entspricht der maximal erzielbaren volumenspezifischen Aktivität) und diese in der jeweiligen Festbettkatalysatorschüttungszone mit sich bezüglich der heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation im wesentlichen inert verhaltenden Formkörpern (Verdünnungsformkörper) homogen verdünnt. Je höher der Anteil der Verdünnungsformkörper gewählt wird, desto geringer ist die in einem bestimmten Volumen der Schüttung enthaltene Aktivmasse bzw. Katalysatoraktivität. Als Materialien für solche inerten Verdünnungsformkörper kommen prinzipiell alle diejenigen in Betracht, die sich auch als Trägermaterial für erfindungsgemäß geeignete Schalenkatalysatoren eignen.The volume-specific (i.e., the activity standardized to the unit of the respective bulk volume Fixed catalyst bed zone can now in over the fixed bed catalyst bed zone be set essentially constant way that one starts from a basic quantity of uniformly produced shaped catalyst bodies (their fill corresponds to the maximum achievable volume-specific activity) and this in the respective fixed bed catalyst bed zone with respect to the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation essentially inert shaped bodies (Shaped diluent) homogeneous diluted. The higher the proportion of the shaped diluent is selected, the lower the amount contained in a certain volume of the bed Active mass or catalyst activity. As materials for such inert dilution tablets come in principle all those who are also considered as carrier material for suitable according to the invention Shell catalysts are suitable.
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 C-220 der Fa. CeramTec) in Betracht.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. Steatit C-220 from CeramTec).
Die Geometrie solcher inerten Verdünnungsformkörper kann im Prinzip beliebig sein. D.h., es können beispielsweise Kugeln, Polygone, Vollzylinder oder auch Ringe sein. Erfindungsgemäß bevorzugt wird man als inerte Verdünnungsformkörper 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 one becomes such as an inert shaped 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 gesamte Festbettkatalysatorschüttung nicht verändert. D.h., die für einen einzelnen Katalysatorformkörper verwendete Aktivmasse kann zwar ein Gemisch aus verschiedenen, die Elemente Mo, Fe und Bi enthaltenden, Multimetalloxiden sein, für alle Katalysatorformkörper 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 total fixed bed catalyst bed not changed. That is, the for a single shaped catalyst body Active mass used can be a mixture of different, the Elements containing Mo, Fe and Bi, be multimetal oxides, for all shaped catalyst bodies Fixed catalyst bed however, the same mixture must then be used.
Eine in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches über die Festbettkatalysatorschüttung zonenweise zunehmende volumenspezifische Aktivität lässt sich für das erfindungsgemäße Verfahren somit in einfacher Weise z.B. dadurch einstellen, dass man die Schüttung in einer ersten Festbettkatalysatorschüttungszone mit einem hohen Anteil an inerten Verdünnungsformkörpern bezogen auf eine Sorte von Katalysatorformkörpern beginnt, und dann diesen Anteil an Verdünnungsformkörpern in Strömungsrichtung zonenweise verringert.One in the flow direction of the reaction gas mixture over the Fixed catalyst bed Zone-specific increasing volume-specific activity can be achieved for the method according to the invention thus e.g. by adjusting the fill in a first fixed bed catalyst bed zone with a high Proportion of inert diluent tablets starts on a kind of shaped catalyst bodies, and then this Proportion of dilution tablets in flow direction reduced by zones.
Eine zonenweise Zunahme der volumenspezifischen Aktivität ist aber auch z.B. dadurch möglich, dass man bei gleich bleibender Geometrie und Aktivmassenart eines Schalenkatalysatorformkörpers zonenweise die Dicke der auf dem Träger aufgebrach ten Aktivmassenschicht erhöht oder in einem Gemisch aus Schalenkatalysatoren mit gleicher Geometrie aber mit unterschiedlichem Gewichtsanteil der Aktivmasse zonenweise 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 z.B. auch dadurch erzielen, dass man bei Mischungen aus Vollkatalysatoren und aus Schalenkatalysatoren (bei identischer Aktivmasse) in entsprechender Weise das Mischungsverhältnis verändert. Des weiteren lässt sich eine Variation der volumenspezifischen Aktivität durch den Einsatz von Katalysatorgeometrien mit unterschiedlicher Schüttdichte erzielen (z.B. bei Vollkatalysatoren mit identischer Aktivmassenzusammensetzung der verschiedenen Geometrien). Selbstredend lassen sich die beschriebenen Varianten auch kombiniert anwenden.A zone-wise increase in volume-specific activity but is also e.g. thereby possible that one with the same geometry and type of active mass Shaped coated catalyst body zone by zone the thickness of the active mass layer applied to the carrier elevated or in a mixture of shell catalysts with the same geometry but with different proportions by weight of the active composition Proportion of shaped catalyst bodies with higher Active mass weight percentage increases. Alternatively, you can also use the Dilute active materials yourself, by using e.g. active mass production into the one to be calcined Dry mixture of starting compounds inert diluting Incorporated materials such as high-fused silica. different Additional amounts of thinning lead effective material automatically to different activities. The more thinning Material is added, the lower the resulting activity will be. Analog effect leaves e.g. also achieved by using mixtures of full catalysts and from shell catalysts (with identical active mass) in a corresponding Way the mixing ratio changed. Furthermore lets a variation in volume-specific activity the use of catalyst geometries with different bulk densities achieve (e.g. with full catalysts with an identical composition of active materials of different geometries). It goes without saying that the described Use variants in combination.
Natürlich können für die Festbettkatalysatorschüttung aber auch Mischungen aus Katalysatoren mit chemisch unterschiedlicher Aktivmassenzusammensetzung und als Folge dieser verschiedenen Zusammensetzung unterschiedliche Aktivität verwendet werden. Diese Mischungen können wiederum zonenweise in ihrer Zusammensetzung variiert und/oder mit unterschiedlichen Mengen inerter Verdünnungsformkörper 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 in zones their composition varies and / or with different amounts inert dilution tablets are diluted.
Vorab und/oder im Anschluss an die Festbettkatalysatorschüttung können sich ausschließlich aus Inertmaterial (z.B. nur Verdünnungsformkörper) 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 verwendeten 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. Die Temperaturzonen A und B können sich beim erfindungsgemäßen Verfahren auch auf die Inertschüttungen erstrecken. Erfindungsgemäß vorteilhaft erfassen sowohl die Temperaturzone A als auch die Temperaturzone B jeweils nicht mehr als drei Festbettkataly satorschüttungszonen (erfindungsgemäß zwingend wird wenigstens eine Festbettkatalysatorschüttungszone von beiden Temperaturzonen erfasst).The shaped bodies used for such inert beds often have the annular geometry 7 mm × 7 mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) or the spherical geometry with the diameter d = 4 - 5 mm. The temperature zones A and B can also extend to the inert beds in the method according to the invention. According to the invention, both the temperature zone A and the temperature zone B advantageously do not record more than three fixed-bed catalyst bed zones (according to the invention, at least one fixed-bed catalyst bed zone is detected by both temperature zones).
Erfindungsgemäß besonders vorteilhaft umfasst die gesamte Festbettkatalysatorschüttung nicht mehr als fünf, zweckmäßig nicht mehr als vier bzw. drei Festbettkatalysatorschüttungszonen.Particularly advantageously comprises according to the invention the total fixed bed catalyst bed not more than five, expediently not more than four or three fixed bed catalyst bed zones.
Beim Übergang von einer Festbettkatalysatorschüttungszone in eine andere Festbettkatalysatorschüttungszone (in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches) sollte (bei einheitlicher Aktivmasse über die gesamte Festbettkatalysatorschüttung) die volumenspezifische Aktivmasse (d.h., das Gewicht der im Einheitsschüttungsvolumen enthaltenen Multimetalloxidmasse) erfindungsgemäß zweckmäßig um wenigstens 5 Gew.-%, bevorzugt um wenigstens 10 Gew.-% zunehmen (dies gilt insbesondere auch bei einheitlichen Katalysatorformkörpern über die gesamte Festbettkatalysatorschüttung). In der Regel wird diese Zunahme beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr als 50 Gew.-%, meist nicht mehr als 40 Gew.-% betragen. Ferner sollte bei einheitlicher Aktivmasse über die gesamte Festbettkatalysatorschüttung der Unterschied in der volumenspezifischen Aktivmasse derjenigen Festbettkatalysatorschüttungszone mit der geringsten volumenspezifischen Aktivität und derjenigen Festbettkatalysatorschüttungszone mit der höchsten volumenspezifischen Aktivität erfindungsgemäß vorteilhaft nicht mehr als 50 Gew.-%, vorzugsweise nicht mehr als 40 Gew.-% und in der Regel nicht mehr als 30 Gew.-% betragen.When moving from a fixed bed catalyst bed zone to another fixed bed catalyst bed zone (in the direction of flow of the reaction gas mixture) should (with a uniform active mass over the entire Fixed catalyst bed) the volume-specific active mass (i.e., the weight of the in the bulk volume contained multimetal oxide mass) expediently according to the invention by at least 5% by weight, preferably increase by at least 10% by weight (this applies in particular even with uniform shaped catalyst bodies over the entire fixed bed catalyst bed). As a rule, this increase in the method according to the invention not be more than 50% by weight, usually not more than 40% by weight. Furthermore, with a uniform active composition over the entire fixed bed catalyst bed Difference in the volume-specific active mass of that fixed bed catalyst bed zone with the lowest volume-specific activity and that fixed bed catalyst bed zone with the highest volume-specific activity advantageous according to the invention not more than 50% by weight, preferably not more than 40% by weight and usually not more than 30% by weight.
Häufig wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Festbettkatalysatorschüttung aus nur zwei Festbettkatalysatorschüttungszonen bestehen.Frequently is in the inventive method the fixed bed catalyst bed consist of only two fixed bed catalyst bed zones.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist die in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches letzte Festbettkatalysatorschüttungszone unverdünnt. D.h., sie besteht vorzugsweise ausschließlich aus Katalysatorformkörpern. Im Bedarfsfall kann sie auch aus einer Schüttung aus Katalysatorformkörpern bestehen, deren volumenspezifische Aktivität z.B. durch Verdünnung mit Inertmaterial abgesenkt, z.B. um 10 %, ist.According to the invention, this is preferred in the direction of flow of the reaction gas mixture last fixed bed catalyst bed zone undiluted. That is, it preferably consists exclusively of shaped catalyst bodies. in the If necessary, it can also consist of a bed of shaped catalyst bodies, their volume-specific activity e.g. by dilution lowered with inert material, e.g. by 10%.
Besteht die Festbettkatalysatorschüttung nur aus zwei Festbettkatalysatorschüttungszonen, ist es erfindungsgemäß in der Regel vorteilhaft (wie ganz allgemein beim erfindungsgemäßen Verfahren), wenn die Festbettkatalysatorschüttungszone mit der höchsten volumenspezifischen Aktivität nicht bis in die Temperaturzone A hineinragt (insbesondere dann, wenn in der Temperaturzone A und in der Temperaturzone B die Temperierung mittels eines fließenden Wärmeträgers erfolgt, der jeweils im Gegenstrom zum Reaktionsgasgemisch strömt). D.h., in günstiger Weise wird die Festbettkatalysatorschüttungszone mit der geringeren volumenspezifischen Aktivität in die Tem peraturzone B hineinragen und die Festbettkatalysatorschüttungszone mit der höheren volumenspezifischen Aktivität in der Temperaturzone B beginnen und enden (d.h., hinter dem Übergang von der Temperaturzone A in die Temperaturzone B ihren Anfang haben).Is the fixed bed catalyst bed only from two fixed bed catalyst bed zones, it is according to the invention in the Generally advantageous (as is very general in the method according to the invention) if the fixed bed catalyst bed zone with the highest volume-specific activity does not protrude into temperature zone A (especially if if in temperature zone A and in temperature zone B tempering by means of a flowing Heat transfer takes place, which flows in countercurrent to the reaction gas mixture). that is, in cheaper The fixed bed catalyst bed zone with the smaller becomes volume-specific activity protrude into the temperature zone B and the fixed bed catalyst bed zone with the higher volume-specific activity start and end in temperature zone B (i.e., after the transition from temperature zone A to temperature zone B).
Besteht die Festbettkatalysatorschüttung nur aus drei Festbettkatalysatorschüttungszonen, ist es erfindungsgemäß in der Regel vorteilhaft, wenn die Festbettkatalysatorschüttungszone mit der höchsten volumenspezifischen Aktivität nicht bis in die Temperaturzone A hineinragt sondern in der Temperaturzone B beginnt und endet, d.h., hinter dem Übergang von der Temperaturzone A in die Temperaturzone B ihren Anfang hat (insbesondere dann, wenn in der Temperaturzone A und in der Temperaturzone B die Temperierung mittels eines fließenden Wärmeträgers erfolgt, der jeweils im Gegenstrom zum Reaktionsgasgemisch strömt). D.h., normalerweise wird in diesem Fall die Festbettkatalysatorschüttungszone mit der zweithöchsten volumenspezifischen Aktivität sowohl in die Temperaturzone A als auch in die Temperaturzone B hineinragen.Is the fixed bed catalyst bed only from three fixed bed catalyst bed zones, it is according to the invention in the Usually advantageous if the fixed bed catalyst bed zone with the highest volume-specific activity does not protrude into temperature zone A but in the temperature zone B begins and ends, i.e. after the transition from the temperature zone A begins in temperature zone B (especially if in temperature zone A and in temperature zone B tempering by means of a flowing Heat transfer takes place, which flows in countercurrent to the reaction gas mixture). That is, normally in this case the fixed bed catalyst bed zone with the second highest volume-specific activity both in temperature zone A and in temperature zone B protrude.
Besteht die Festbettkatalysatorschüttung aus vier Festbettkatalysatorschüttungszonen, ist es erfindungsgemäß in der Regel vorteilhaft, wenn die Festbettkatalysatorschüttungszone mit der dritthöchsten volumenspezifischen Aktivität sowohl in die Temperaturzone A als auch in die Temperaturzone B hineinragt (insbesondere dann, wenn in der Temperaturzone A und in der Temperaturzone B die Temperierung mittels eines fließenden Wärmeträgers erfolgt, der jeweils im Gegenstrom zum Reaktionsgasgemisch strömt).Is the fixed bed catalyst bed four fixed bed catalyst bed zones, it is according to the invention in the Usually advantageous if the fixed bed catalyst bed zone with the third highest volume-specific activity both in temperature zone A and in temperature zone B protrudes (especially if in temperature zone A and in temperature zone B the temperature is controlled by means of a flowing heat transfer medium, which flows in countercurrent to the reaction gas mixture).
Im Fall einer Gleichstromführung von Reaktionsgasgemisch und Wärmeträgern in den Temperaturzonen A und B kann es vorteilhaft sein, wenn beim erfindungsgemäßen Verfahren die Festbettkatalysatorschüttungszone mit der höchsten volumenspezifischen Aktivität in die Temperaturzone A hineinragt.In the case of direct current guidance from Reaction gas mixture and heat transfer media in the temperature zones A and B, it can be advantageous if the method according to the invention the fixed bed catalyst bed zone with the highest volume-specific activity protrudes into temperature zone A.
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 Propen enthaltende Reaktionsgasausgangsgemisch geführt wird. Die höhere umgesetzte Menge an Propen 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 propene-containing reaction gas starting mixture guided becomes. The higher one The amount of propene converted shows the higher volume-specific activity.
Beträgt die Gesamtlänge der Festbettkatalysatorschüttung L, ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn sich im Bereich bzw. im Bereich bzw. im Be reich kein Übergang von einer Festbettkatalysatorschüttungszone in eine andere Festbettkatalysatorschüttungszone befindet, wobei X der Ort (die Stelle) innerhalb der Festbettkatalysatorschüttung ist, an dem der Übergang von der Temperaturzone A in die Temperaturzone B erfolgt.If the total length of the fixed bed catalyst bed L is, it is advantageous according to the invention if there is in the area or in the area or in the area there is no transition from a fixed bed catalyst bed zone to another fixed bed catalyst bed zone, where X is the location within the fixed bed catalyst bed where the transition from temperature zone A to temperature zone B takes place.
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 1, ein homogenes Gemisch 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 5 bis 40 Gew.-%, oder 10 bis 40 Gew. %, oder 20 bis 40 Gew. %, oder 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 (unverdünnte) 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 1, a homogeneous mixture of shaped catalyst bodies and shaped diluent 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 5 to 40% by weight, or 10 to 40% by weight, or 20 to 40% by weight, or 25 to 35% by weight. Following this first Fixed bed catalyst bed zone is then advantageously 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 single (undiluted) bed of the same shaped catalyst bodies, the have also been used in the first zone.
Das Vorgenannte trifft insbesondere dann zu, wenn in der Festbettkatalysatorschüttung als Katalysatorformkörper Vollkatalysatorringe oder Schalenkatalysatorringe (insbesondere jene, die in dieser Schrift als bevorzugt genannt werden) eingesetzt werden. Mit Vorteil weisen im Rahmen der vorgenannten Strukturierung sowohl die Katalysatorformkörper als auch die Verdünnungsformkörper beim erfindungsgemäßen Verfahren im wesentlichen die Ringgeometrie 5 mm × 3 mm × 2 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) auf.The above is particularly true then when full catalyst rings are used as shaped catalyst bodies in the fixed bed catalyst bed or coated catalyst rings (especially those described in this document be mentioned as preferred) are used. Show with advantage in the context of the aforementioned structuring both the shaped catalyst bodies and also the dilution moldings at inventive method in essentially the ring geometry 5 mm × 3 mm × 2 mm (outer diameter × length × inner diameter).
Das Vorgenannte trifft auch dann zu, wenn anstelle inerter Verdünnungsformkörper Schalenkatalysatorformkörper verwendet werden, deren Aktivmassenanteil um 2 bis 15 Gew.-% Punkte tiefer liegt, als der Aktivmassenanteil der am Ende der Festbettkatalysatorschüttung gegebenenfalls verwendeten Schalenkatalysatorformkörper.The above also applies to if shell catalyst moldings are used instead of inert shaped diluent bodies whose active mass fraction is 2 to 15% by weight points lower lies as the active mass fraction at the end of the fixed bed catalyst bed, if appropriate shell catalyst molded body used.
Eine reine Inertmaterialschüttung, deren Länge, bezogen auf die Länge der Festbettkatalysatorschüttung, zweckmäßig 5 bis 20 % beträgt, leitet in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches in der Regel die Festbettkatalysatorschüttung ein. Sie wird normalerweise als Aufheizzone für das Reaktionsgasgemisch genutzt.A pure inert material fill, whose Length, based on the length the fixed bed catalyst bed, expedient 5 to Is 20%, conducts in the direction of flow of the reaction gas mixture usually the fixed bed catalyst bed. It is normally used as a heating zone for the reaction gas mixture.
Erfindungsgemäß vorteilhaft erstreckt sich nun bei den vorgenannten Festbettkatalysatorschüttungen die Festbettkatalysatorschüttungszone mit der geringeren volumenspezifischen Aktivität noch auf 5 bis 20 % , häufig auf 5 bis 15 % ihrer Länge in die Temperaturzone B.Advantageously extends according to the invention now the fixed bed catalyst bed zone in the aforementioned fixed bed catalyst beds with the lower volume-specific activity still at 5 to 20%, often on 5 to 15% of their length into temperature zone B.
Erfindungsgemäß zweckmäßig erstreckt sich die Temperaturzone A auch auf eine gegebenenfalls angewendete Vorschüttung aus Inertmaterial.The temperature zone expediently extends according to the invention A also on a possibly applied advance payment Inert material.
In anwendungstechnisch zweckmäßiger Weise
erfolgt die Durchführung
der erfindungsgemäßen Reaktionsstufe
des erfindungsgemäßen Verfahrens
in einem Zweizonenrohrbündelreaktor,
wie er z.B. in den DE-A's
19910508, 19948523, 19910506 und 19948241 beschrieben ist. Eine
bevorzugte Variante eines erfindungsgemäß einsetzbaren Zweizonenrohrbündelreaktors
offenbart die
D.h., in einfachster Weise befindet sich die erfindungsgemäß zu verwendende Festbettkatalysatorschüttung (eventuell mit vor- und/oder nachangeordneten 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 Temperaturzone. D.h., in einfachster Weise umströmt z.B. ein Salzbad A denjenigen Abschnitt der Rohre (die Temperaturzone A), in welchem sich die oxidative Umsetzung des Propens (beim einfachen Durchgang) bis zum Erreichen eines Umsatzes im Bereich von 40 bis 80 mol-% vollzieht und ein Salzbad B umströmt den Abschnitt der Rohre (die Temperaturzone B), in welchem sich die oxidative Anschlussumsetzung des Propens (beim einfachen Durchgang) bis zum Erreichen eines Umsatzwertes von wenigstens 90 mol-% vollzieht (bei Bedarf können sich an die erfindungsgemäß anzuwendenden Temperaturzonen A,B weitere Temperaturzonen anschließen, die auf individuellen Temperaturen gehalten werden).In other words, the fixed bed catalyst bed to be used according to the invention (possibly with upstream and / or downstream inert beds) is in the simplest manner in the metal tubes of a tube bundle reactor and two temperature-regulating media, generally molten salts, which are essentially spatially separated from one another, are guided around the metal tubes. According to the invention, the pipe section over which the respective salt bath extends represents a temperature zone. Ie, flows around in the simplest way Salt bath A is the section of the pipes (temperature zone A) in which the oxidative conversion of the propene (in a single pass) takes place until conversion in the range from 40 to 80 mol% takes place and a salt bath B flows around the section of the pipes ( temperature zone B), in which the oxidative subsequent conversion of the propene (in a single pass) takes place until a conversion value of at least 90 mol% is reached (if necessary, further temperature zones can be connected to the temperature zones A, B to be used according to the invention, which are based on individual Temperatures are maintained).
Anwendungstechnisch zweckmäßig umfasst die Reaktionsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens keine weiteren Temperaturzonen. D.h., das Salzbad B umströmt zweckmäßig den Abschnitt der Rohre, in welchem sich die oxidative Anschlussumsetzung des Propens (beim einfachen Durchgang) bis zu einem Umsatzwert ≥90 mol-%, oder ≥92 mol-% oder ≥94 mol % oder mehr vollzieht. Appropriately applied in terms of application technology the reaction stage of the process according to the invention is no further Temperature zones. That is, the salt bath B expediently flows around the section of the pipes, in which the oxidative subsequent conversion of the propene (at single pass) up to a sales value ≥90 mol%, or ≥92 mol% or ≥94 mol% or does more.
Üblicherweise liegt der Beginn der Temperaturzone B hinter dem Heißpunktmaximum der Temperaturzone A.Usually is the start of temperature zone B behind the hotspot maximum the temperature 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 Temperaturzone A eine Gleichströmung und in der Temperaturzone B eine Gegenströmung (oder umgekehrt) angewandt werden.Of course, according to the invention also in the temperature zone A is a co-current and in the temperature zone B a counter flow (or vice versa).
Selbstverständlich kann man in allen vorgenannten
Fallkonstellationen innerhalb der jeweiligen Temperaturzone der,
relativ zu den Reaktionsrohren, erfolgenden Parallelströmung der
Salzschmelze noch eine Querströmung überlagern;
so dass die einzelne Temperaturzone einem wie in der
Zweckmäßigerweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren das Reaktionsgasausgangsgemisch der Festbettkatalysatorschüttung auf die Reaktionstemperatur vorerwärmt zugeführt.The method according to the invention is expedient the reaction gas starting mixture of the fixed bed catalyst bed preheated the reaction temperature fed.
Üblicherweise
sind in den Zweizonenrohrbündelreaktoren
die Kontaktrohre aus ferritischem Stahl gefertigt und weisen in
typischer Weise eine Wanddicke von 1 bis 3 mm auf. Ihr Innendurchmesser
beträgt
in der Regel 20 bis 30 mm, häufig
21 bis 26 mm. Ihre Länge
beträgt
zweckmäßig 2 bis
4 m, bevorzugt 2,5 bis 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 sogenannte Kontaktrohrteilung) 35 bis 45 mm beträgt (vgl.
z.B.
Als Wärmeaustauschmittel eignen sich auch für die Zweizonenfahrweise 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 also for the two-zone procedure, in particular fluid temperature control media. Especially Cheap is the use of melts of 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 die Fließgeschwindigkeit innerhalb der beiden erforderlichen Wärmeaustauschmittelkreisläufen so gewählt, dass die Temperatur des Wärmeaustauschmittels von der Eintrittsstelle in die Temperaturzone bis zur Austrittstelle aus der Temperaturzone (bedingt durch die Exothermie der Reaktion) 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 flow rate within the two required heat exchange medium circuits selected that the temperature of the heat exchange medium from the entry point into the temperature zone to the exit point from the temperature zone (due to the exothermic nature of the reaction) 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 Temperaturzone A liegt erfindungsgemäß normalerweise im Bereich von 290 bis 380°C, bevorzugt im Bereich von 305 bis 365°C und besonders bevorzugt im Bereich von 310 bis 340°C bzw. bis 330°C. Bei Propenbelastungen der Festbettkatalysatorschüttung von ≥90 Nl/l·h und < 160 Nl/l·h wird die Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Temperaturzone B erfindungsgemäß ebenfalls im Bereich von 290 bis 380°C, gleichzeitig aber normalerweise erfindungsgemäß zweckmäßig ≥0°C bis ≤20°C oder ≤10°C, bzw. ≥0°C und ≤5°C, oder häufig ≥0°C und ≤3°C unterhalb der Eintrittstemperatur des in die Temperaturzone A eintretenden Wärmeaustauschmittels liegen. Bei Propenbelastungen der Festbettkatalysatorschüttung von ≥160 Nl/l·h und (in der Regel) ≤300 Nl/l·h (bzw. 600 Nl/l·h) wird die Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Temperaturzone B erfindungsgemäß ebenfalls im Bereich von 290 bis 380°C, aber normalerweise erfindungsgemäß zweckmäßig > 0°C und ≤50°C, oder ≥5°C und ≤45°C, oder ≥10°C und ≤40°C, oder ≥15°C und ≤30°C oder ≤35°C (z.B. 20°C oder 25°C) oberhalb der Eintrittstemperatur des in die Temperaturzone A eintretenden Wärmeaustauschmittels liegen.The inlet temperature of the heat exchange medium According to the invention, temperature zone A is normally in the range from 290 to 380 ° C, preferably in the range from 305 to 365 ° C. and particularly preferably in Range from 310 to 340 ° C or up to 330 ° C. With propene loads of the fixed bed catalyst bed of ≥90 Nl / l · h and <160 Nl / l · h, the entry temperature becomes of the heat exchange medium to temperature zone B according to the invention also in the range of 290 to 380 ° C, at the same time, however, according to the invention normally expediently ≥0 ° C to ≤20 ° C or ≤10 ° C, or ≥0 ° C and ≤5 ° C, or frequently ≥0 ° C and ≤3 ° C below the inlet temperature of the heat exchange medium entering temperature zone A. With propene loads of the fixed bed catalyst bed of ≥160 Nl / l · h and (usually) ≤300 Nl / l · h (or 600 Nl / lh) the inlet temperature of the heat exchange medium in the Temperature zone B also according to the invention in the range from 290 to 380 ° C, but normally according to the invention expediently> 0 ° C and ≤50 ° C, or ≥5 ° C and ≤45 ° C, or ≥10 ° C and ≤40 ° C, or ≥15 ° C and ≤30 ° C or ≤35 ° C (e.g. 20 ° C or 25 ° C) above the inlet temperature of the heat exchange medium entering temperature zone A.
Es sei an dieser Stelle auch noch
einmal darauf hingewiesen, dass für eine Durchführung der
Reaktionsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens
insbesondere auch der in der
Aus dem die Reaktionsstufe verlassenden Produktgasgemisch kann das Acrolein in an sich bekannter Weise abgetrennt und das dabei verbleibende Restgas in an sich bekannter Weise wenigstens teilweise als Verdünnungsgas in die Propenpartialoxidation rückgeführt werden. In zweckmäßiger Weise wird man es jedoch zur Beschickung einer nachfolgenden heterogen katalysierten Partialoxidation des darin enthaltenen Acroleins zu Acrylsäure verwenden. Zeckmäßigerweise wird man es vor dem Eintritt in eine solche nachfolgende Reaktionsstufe auf direkte und/oder indirekte Weise abkühlen, um so eine Nachvollverbrennung von Teilen des in der Propenoxidationsstufe gebildeten Acroleins zu unterdrücken.From the one leaving the reaction stage The product gas mixture can separate the acrolein in a manner known per se and the remaining gas at least in a manner known per se partly as a diluent gas be returned to the propene partial oxidation. In a convenient way however, it becomes heterogeneous for feeding a subsequent one catalyzed partial oxidation of the acrolein contained therein acrylic acid use. Zeckmäßigerweise it becomes one before entering such a subsequent reaction stage Cool down in a direct and / or indirect way, so as to achieve a full afterburn parts of the acrolein formed in the propene oxidation step to suppress.
Üblicherweise wird dazu zwischen die beiden Reaktionsstufen ein Nachkühler geschaltet. Dies kann im einfachsten Fall ein indirekter Rohrbündelwärmeträger sein. Anschließend wird meist noch Sauerstoff in Form von Luft ergänzt, um den für eine solche Acroleinoxidation vorteilhaften überstöchiometrischen Sauerstoffgehalt zur Verfügung zu stellen. Mit Vorteil wird eine solche Acroleinpartialoxidation in Analogie zum erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt.Usually an aftercooler is connected between the two reaction stages. In the simplest case, this can be an indirect tube bundle heat transfer medium. Subsequently oxygen is usually supplemented in the form of air, the one for such Acrolein oxidation beneficial overstoichiometric Oxygen content available to deliver. Such an acrolein partial oxidation is advantageous in analogy to the method according to the invention carried out.
Der Propenanteil im Reaktionsgasausgangsgemisch kann beim erfindungsgemäßen Verfahren 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 can in the inventive method e.g. at values of 4 to 15% by volume, often 5 to 12% by volume or 5 to 8 vol .-% (each based on the total volume).
Häufig wird man das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Propen : Sauerstoff indifferente Gase (einschließlich Wasserdampf) Volumenverhältnis im Reaktionsgasausgangsgemisch 1 von 1 : (1,0 bis 3,0) : (5 bis 25), vorzugsweise 1 : (1,7 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 Reaktionsstufe zu weniger als 5 %, bevorzugt zu weniger als 2 % umsetzen; das sind neben molekularem Stickstoff z.B. Gase wie Propan, Ethan, Methan, Pentan, Butan, CO2, CO, Wasserdampf und/oder Edelgase). Natürlich kann das inerte Verdünnungsgas beim erfindungsgemäßen 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 des Acroleins und/oder der Acrylsäure (z.B. im Fall einer nachgeschalteten zweiten Oxidationsstufe) aus dem Produktgasgemisch verbleibt.The process according to the invention is often used in the case of a propene: oxygen-inert gas (including water vapor) volume ratio in the reaction gas starting mixture 1 of 1: (1.0 to 3.0): (5 to 25), preferably 1: (1.7 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 vol.%, Or ≥40 vol.%, Or ≥50 vol.%, Or ≥60 vol.%, Or ≥70 vol.%, Or ≥80 vol .-%, or ≥90 vol .-%, or ≥95 vol .-% consist of molecular nitrogen (generally, in this document, inert diluent gases should be those that pass through the reaction step less than 5%, preferably less than 2%; in addition to molecular nitrogen, these include 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 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 acrolein and / or acrylic acid have been separated off (for example in the case of a downstream second oxidation stage) from the product gas mixture.
Erfindungsgemäß günstige Reaktionsgasausgangsgemische
sind z.B. auch solche, die aus
An dieser Stelle sei noch festgehalten,
dass als Aktivmassen für
die Festbettkatalysatorschüttung auch
die Multimetalloxidmassen der
Erfindungsgemäß günstige Ausgestaltungen eines
Zweizonenrohrbündelreaktors
für die
erfindungsgemäße Reaktionsstufe
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
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 Temperaturzonen (Temperaturzonen)
A (obere Zone) und B (untere Zone); jede Temperaturzone 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,
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 Temperaturzone wird die Salzschmelze von unten nach oben geführt;
Das Reaktionsgasgemisch verlässt den Reaktor der erfindungsgemäßen Reaktionsstufe mit einer Temperatur wenige Grad höher als die Salzbadeintrittstemperatur. Das Reaktionsgasgemisch wird für die Weiterverarbeitung in einer nachfolgenden Acroleinoxidationsstufe zweckmäßigerweise in einem separaten Nachkühler, der dem Reaktor der 1. Stufe nachgeschaltet ist, auf 220°C bis 280°C, bevorzugt 240°C bis 260°C abgekühlt.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 in
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 inlet 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 temperature zones (temperature zones) A (upper zone) and B (lower zone); each temperature zone is divided into 2 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 velocity 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,
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 led from bottom to top over each temperature zone;
The reaction gas mixture leaves the reactor of the reaction stage according to the invention at a temperature a few degrees higher than the salt bath inlet temperature. For further processing in a subsequent acrolein oxidation stage, the reaction gas mixture is expediently cooled to 220 ° C. to 280 ° C., preferably 240 ° C. to 260 ° C., in a separate aftercooler, which is connected downstream of the first stage reactor.
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:Molten salt:
Als Salzschmelze kann ein Gemisch aus 53 Gew.-% Kaliumnitrat, 40 Gew.-% Natriumnitrit und 7 Gew.-% Natriumnitrat verwendet werden; beide Temperaturzonen und der Nachkühler wenden mit Vorteil eine Salzschmelze derselben Zusammensetzung an; die in den Temperaturzonen umgepumpte Salzmenge kann je Zone ca. 10000 m3/h betragen.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 temperature zones and the aftercooler advantageously use a molten salt of the same composition; the amount of salt pumped around in the temperature zones can be approximately 10000 m 3 / h per zone.
Stromführung:Flow Control:
das Reaktionsgasausgangsgemisch strömt zweckmäßig von
oben nach unten durch den Erststufenreaktor, 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
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 the
In der vorgenannten Beschickung kann
der Vollkatalysator aus Beispiel 1 der
- a) einen Katalysator gemäß Beispiel
1 c aus der
EP-A 15565 - b) Beispiel Nr. 3 aus der
DE-A 19855913 - c) Multimetalloxid II Vollkatalysator gemäß Beispie 1 der
DE-A 19746210 - d) einen der Schalenkatalysatoren 1, 2 und 3 aus der
DE-A 10063162
- a) a catalyst according to Example 1 c from the
EP-A 15565 - b) Example No. 3 from the
DE-A 19855913 - 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 the
DE-A 10063162
Im Übrigen wird die Festbettkatalysatorschüttung erfindungsgemäß zweckmäßig so gewählt (z.B. durch
Verdünnung
mit z.B. Inertmaterial), dass der Temperaturunterschied zwischen
dem Heißpunktmaximum des
Reaktionsgasgemisches in den einzelnen Temperaturzonen und der jeweiligen
Temperatur der Temperaturzone 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 wird
die Festbettkatalysatorschüttung
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
BeispieleExamples
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: 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
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 with the 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 the
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.
Die vorstehend beschriebene erste
Reaktionsstufe wird mit einem Reaktionsgasausgangsgemisch 1 der
nachfolgenden Zusammensetzung kontinuierlich beschickt, wobei
die
Belastung und die Thermostatisierung des ersten Reaktionsrohres
variiert werden: 6 bis 6,5 Vol. % Propen,
3 bis 3,5 Vol.-%
H2O,
0,3 bis 0,5 Vol.-% CO,
0,8
bis 1,2 Vol.-% CO2,
0,01 bis 0,04 Vol.
% Acrolein,
10,4 bis 10,7 Vol. % O2 und
als
Restmenge ad 100 % molekularer Stickstoff.The first reaction stage described above is fed continuously with a reaction gas starting mixture 1 of the following composition, wherein
the load and the thermostatization of the first reaction tube can be varied: 6 to 6.5 vol.% propene,
3 to 3.5% by volume H 2 O,
0.3 to 0.5 vol.% CO,
0.8 to 1.2 vol% CO 2 ,
0.01 to 0.04% by volume of acrolein,
10.4 to 10.7% by volume of O 2 and
as a residual amount of 100% molecular 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 gewählten Propenbelastung zwischen 2,3 und 3,1 bar.The pressure at the entrance to the reaction tube varies depending on from the chosen one Propene load between 2.3 and 3.1 bar.
Dem Produktgasgemisch wird am Reaktionsrohrausgang eine kleine Probe für die gaschromatographische Analyse genommen. Am Ende der Temperaturzone A befindet sich ebenfalls eine Analysenstelle.The product gas mixture is at the reaction tube outlet a little sample for taken the gas chromatographic analysis. At the end of the temperature zone A is also an analysis point.
Die Ergebnisse in Abhängigkeit von Belastungen und Salzbadtemperaturen zeigt die nachfolgende Tabelle 1 (der Buchstabe B in Klammern bedeutet Beispiel).The results depend The table below shows the loads and salt bath temperatures 1 (the letter B in parentheses means example).
TA, TB, stehen für die Temperaturen der umgepumpten Salzbäder in den Temperaturzonen A und B.T A , T B stand for the temperatures of the pumped salt baths in temperature zones A and B.
U P / A ist der Propenumsatz am Ende der Temperaturzone A in mol-%.U P / A is the propene turnover at the end of the Temperature zone A in mol%.
U P / B ist der Propenumsatz am Ende der Temperaturzone B in mol-%.U P / B is the propene turnover at the end of the Temperature zone B in mol%.
SAC ist die Selektivität der Acroleinbildung im Produktgasgemisch bezogen auf umgesetztes Propen in mol-%.S AC is the selectivity of acrolein formation in the product gas mixture based on converted propene in mol%.
SAA ist die Selektivität der Acrylsäurenebenproduktbildung im Produktgasgemisch bezogen auf umgesetztes Propen in mol-%.S AA is the selectivity of acrylic acid by-product formation in the product gas mixture based on converted propene in mol%.
TmaxA, TmaxB stehen für die höchste Temperatur des Reaktionsgasgemisches innerhalb der Temperaturzonen A und B in °C.T maxA , T maxB stand for the highest temperature of the reaction gas mixture within temperature zones A and B in ° C.
Tabelle 1 Table 1
VergleichsbeispieleComparative Examples
Alles wird wie in den Beispielen
durchgeführt.
Die Länge
der Beschickungsabschnitte der Festbettkatalysatorbeschickung werden
jedoch wie folgt geändert:
Abschnitt
2: 125 cm anstelle 140 cm.
Abschnitt 3: 175 cm anstelle 160
cm.Everything is done as in the examples. However, the length of the feed sections of the fixed bed catalyst feed are changed as follows:
Section 2: 125 cm instead of 140 cm.
Section 3: 175 cm instead of 160 cm.
Die Ergebnisse zeigt die Tabelle 2. (V) bedeutet Vergleichsbeispiel. Tabelle 2 The results are shown in Table 2. (V) means comparative example. Table 2
Im Vergleich mit den Ergebnissen in Tabelle 1 werden bei vergleichbaren U P / B Werten geringere SAC erzielt.In comparison with the results in Table 1, lower S AC are achieved with comparable UP / B values.
Claims (18)
Priority Applications (11)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2003113210 DE10313210A1 (en) | 2003-03-25 | 2003-03-25 | Partial oxidation of propene for manufacture of acrolein, involves passing reaction mixture over catalyst bed having preset temperature zones whose transition is different from transition between preset fixed catalyst bed zones |
TW093104128A TWI311131B (en) | 2003-03-25 | 2004-02-19 | Heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein |
MYPI20040570A MY136659A (en) | 2003-03-25 | 2004-02-20 | Heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein |
US10/784,825 US7211691B2 (en) | 2003-03-25 | 2004-02-24 | Heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein |
EP04722151A EP1611073B1 (en) | 2003-03-25 | 2004-03-20 | Method for the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene into acrolein |
KR1020057017976A KR101065106B1 (en) | 2003-03-25 | 2004-03-20 | Method for the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene into acrolein |
CNB2004800080922A CN100519500C (en) | 2003-03-25 | 2004-03-20 | Heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene to acrolein |
BRPI0408650-3B1A BRPI0408650B1 (en) | 2003-03-25 | 2004-03-20 | process for partially oxidizing propylene to gas phase acrolein |
JP2006504765A JP4504355B2 (en) | 2003-03-25 | 2004-03-20 | Heterogeneous catalytic partial gas phase oxidation of propene to acrolein |
PCT/EP2004/002932 WO2004085362A1 (en) | 2003-03-25 | 2004-03-20 | Method for the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene into acrolein |
ZA2005/08598A ZA200508598B (en) | 2003-03-25 | 2005-10-24 | Method for the heterogeneously catalized partial gas phse oxidation of propene into acrolein |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2003113210 DE10313210A1 (en) | 2003-03-25 | 2003-03-25 | Partial oxidation of propene for manufacture of acrolein, involves passing reaction mixture over catalyst bed having preset temperature zones whose transition is different from transition between preset fixed catalyst bed zones |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10313210A1 true DE10313210A1 (en) | 2004-10-07 |
Family
ID=32946128
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2003113210 Withdrawn DE10313210A1 (en) | 2003-03-25 | 2003-03-25 | Partial oxidation of propene for manufacture of acrolein, involves passing reaction mixture over catalyst bed having preset temperature zones whose transition is different from transition between preset fixed catalyst bed zones |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10313210A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7196217B2 (en) | 2003-08-06 | 2007-03-27 | Basf Aktiengesellschaft | Operation of a continuous heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of at least one organic compound |
DE102010040923A1 (en) | 2010-09-16 | 2012-03-22 | Basf Se | Process for the preparation of acrylic acid from ethanol and formaldehyde |
-
2003
- 2003-03-25 DE DE2003113210 patent/DE10313210A1/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7196217B2 (en) | 2003-08-06 | 2007-03-27 | Basf Aktiengesellschaft | Operation of a continuous heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of at least one organic compound |
DE102010040923A1 (en) | 2010-09-16 | 2012-03-22 | Basf Se | Process for the preparation of acrylic acid from ethanol and formaldehyde |
WO2012035019A1 (en) | 2010-09-16 | 2012-03-22 | Basf Se | Method for producing acrylic acid from ethanol and formaldehyde |
US8507721B2 (en) | 2010-09-16 | 2013-08-13 | Basf Se | Process for preparing acrylic acid from ethanol and formaldehyde |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1611077B1 (en) | Method for the heterogeneously catalysed partial gas phase oxidation of propene to form acrylic acid | |
EP1159248B1 (en) | Method for the catalytic gas phase oxidation of propene into acrylic acid | |
EP1159244B1 (en) | Method for the catalytic gas phase oxidation of propene into acrolein | |
EP1159247B1 (en) | Method for the catalytic gas phase oxidation of propene into acrylic acid | |
DE10313208A1 (en) | Heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation of propene to acrylic acid, useful for polymers and adhesives, comprises processing a reaction mixture using two fixed catalyst beds comprising four separate reaction zones in series | |
EP1979305B1 (en) | Process for long-term operation of a heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of an organic starting compound | |
EP1230204B1 (en) | Method for carrying out the catalytic gas phase oxidation of propene to form acrylic acid | |
EP1973641B1 (en) | Process for heterogeneously catalysed gas phase partial oxidation of at least one organic starting compound | |
DE10313213A1 (en) | Process for partial gas phase oxidation of propene to acrylic acid involves oxidation of propene-containing gas mixture; and then oxidation of the resultant acrolein-containing product over fixed catalyst bed zones at different temperatures | |
EP1159246A1 (en) | Method for the catalytic gas phase oxidation of acrolein into acrylic acid | |
DE19910506A1 (en) | Production of acrolein or acrylic acid by gas-phase oxidation of propene uses two catalyst beds at different temperatures | |
DE19948523A1 (en) | Gas phase oxidation of propylene to acrylic acid using ring-shaped multi-metal oxide catalyst of specified geometry to maximize selectivity and space-time yield | |
DE19948248A1 (en) | Gas phase oxidation of propylene to acrylic acid using ring-shaped multi-metal oxide catalyst of specified geometry to maximize selectivity and space-time yield | |
EP1611080B1 (en) | Method for the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of acrolein into acrylic acid | |
DE19927624A1 (en) | Gas phase oxidation of propylene to acrylic acid using ring-shaped multi-metal oxide catalyst of specified geometry to maximize selectivity and space-time yield | |
DE19948241A1 (en) | Gas phase oxidation of propylene to acrylic acid using ring-shaped multi-metal oxide catalyst of specified geometry to maximize selectivity and space-time yield | |
EP1611073B1 (en) | Method for the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of propene into acrolein | |
EP1611076B1 (en) | Method for the heterogenically catalysed partial gas phase oxidation of propene to form acrylic acid | |
WO2005016861A1 (en) | Method for the production of (meth)acrolein and/or (meth)acrylic acid | |
DE10337788A1 (en) | (Meth)acrolein and/or (meth)acrylic acid production in high yield, for use as monomer, by gas-phase oxidation of organic precursor(s) over catalyst using induction period at reduced charge rate | |
DE10313212A1 (en) | Heterogeneous catalyzed gas phase partial oxidation of propene to acrolein, useful for the production of acrylic acid, comprises processing the reaction mixture using a fixed catalyst bed comprising two separate reaction zones in series | |
DE10350812A1 (en) | Long-term operation of heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidation of propene to acrolein, involves conducting starting reaction gas mixture and gas mixture of specific composition through fixed catalyst bed at preset conditions | |
EP1611079B1 (en) | Method for the heterogeneously catalysed partial gas phase oxidation of acrolein to form acrylic acid | |
DE10313214A1 (en) | Catalyzed partial gas phase oxidation of acrolein to acrylic acid, useful for adhesives, comprises processing the reaction mixture using a fixed catalyst bed of a Mo and V oxide comprising two temperature zones in series | |
DE10313211A1 (en) | 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) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8130 | Withdrawal |