DE10325488A1 - Preparing a multielement oxide material useful as catalyst active material, by thermally treating dry blend of ammonium ions and elemental components of oxide material, other than oxygen in atmosphere having low content of molecular oxygen - Google Patents
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Abstract
Description
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von katalytisch aktiven Multielementoxidmassen, die wenigstens eines der Elemente Nb und W sowie die Elemente Mo, V und Cu enthalten, wobei der molare Anteil des Elementes Mo an der Gesamtmenge aller von Sauerstoff verschiedenen Elemente der katalytisch aktiven Multielementoxidmasse 20 mol-% bis 80 mol-% beträgt, das molare Verhältnis von in der katalytisch aktiven Multielementoxidmasse enthaltenem Mo zu in der katalytisch aktiven Multielementoxidmasse enthaltenem V, Mo/V, 15:1 bis 1:1 beträgt, das entsprechende molare Verhältnis Mo/Cu 30:1 bis 1:3 und das entsprechende molare Verhältnis Mo/(Gesamtmenge aus W und Nb) 80:1 bis 1:4 beträgt und bei dem man aus Ausgangsverbindungen, die die von Sauerstoff verschiedenen elementaren Konstituenten der Multielementoxidmasse als Bestandteile enthalten, ein inniges, auch Ammoniumionen enthaltendes, Trockengemisch herstellt und dieses in einer an molekularem Sauerstoff armen Atmosphäre bei erhöhter Temperatur thermisch behandelt, wobei bei Temperaturen ≥ 160°C wenigstens eine Teilmenge der im innigen Trockengemisch enthaltenen Ammoniumionen unter Freisetzung von Ammoniak zersetzt wird.This The invention relates to a method for producing catalytically active multielement oxide materials, the at least one of the elements Nb and W and the elements Mo, V and Cu contain, the molar Share of the element Mo in the total amount of all of oxygen various elements of the catalytically active multi-element oxide mass Is 20 mol% to 80 mol%, the molar ratio of contained in the catalytically active multielement oxide mass Mo to contained in the catalytically active multielement oxide mass V, Mo / V, is 15: 1 to 1: 1, the corresponding molar ratio Mo / Cu 30: 1 to 1: 3 and the corresponding molar ratio Mo / (total amount from W and Nb) is 80: 1 to 1: 4 and where one from starting compounds that of oxygen various elementary constituents of the multielement oxide mass contain as components, an intimate, also containing ammonium ions, Manufactures dry mix and this in a low in molecular oxygen the atmosphere with increased Temperature treated thermally, at least at temperatures ≥ 160 ° C. a subset of the ammonium ions contained in the intimate dry mixture is decomposed with the release of ammonia.
Außerdem betrifft vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure durch heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von Acrolein unter Verwendung von Katalysatoren, die die vorgenannten Multielementoxidmassen als katalytisch aktive Massen enthalten.Also concerns present invention, a process for the preparation of acrylic acid heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of acrolein using catalysts that mass the aforementioned multi-element oxide contained as catalytically active materials.
Das eingangs beschriebene Verfahren zur Herstellung von katalytisch aktiven Multielementoxidmassen ist ebenso bekannt wie die Verwendung der dabei erhältlichen Multielementoxidmassen als Aktivmasse in Katalysatoren für die heterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure.The The process described at the outset for the production of catalytic active multielement oxide materials are known as well as their use the available Multielementoxidmassen as active material in catalysts for the heterogeneous catalyzed partial gas phase oxidation of acrolein to acrylic acid.
Aus
der
Die resultierenden Multielementoxide werden als Aktivmasse für Katalysatoren zur katalytischen partiellen Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure empfohlen.The resulting multi-element oxides are used as active mass for catalysts recommended for the catalytic partial gas phase oxidation of acrolein to acrylic acid.
DATABASE
WPI, Week 7512, Derwent Publication Ltd., London, GB; AN 75-20002 &
In
den beispielhaften Ausführungsformen der
Die
Nachteilig an den Lehren des Standes der Technik ist, dass sie im wesentlichen alle eine thermische Behandlung des innigen Trockengemischs bei einem über die Zeitdauer der thermischen Behandlung im wesentlichen konstanten Gehalt an molekularem Sauerstoff in der zugehörigen Gasatmosphäre empfehlen.adversely The teachings of the prior art are that they are essentially all thermal treatment of the intimate dry mixture at one over the Duration of the thermal treatment essentially constant Recommend the content of molecular oxygen in the associated gas atmosphere.
Solchermaßen erhaltene relevante Multielementoxidaktivmassen vermögen jedoch bezüglich Aktivität und Selektivität bei Verwendung als Aktivmassen in Katalysatoren für die heterogen katalysierte Partialoxidation von Acrolein zu Acrylsäure nicht voll zu befriedigen.So preserved relevant multielement oxide active materials are, however, capable of activity and selectivity when used as active compositions in catalysts for the heterogeneously catalyzed Partial oxidation of acrolein to acrylic acid is not fully satisfactory.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung relevanter Multielementoxidaktivmassen zur Verfügung zu stellen, gemäß dessen Multielementoxidaktivmassen erhalten werden, die bei Verwendung als Aktivmassen in Katalysatoren für die heterogen katalysierte Partialoxidation von Acrolein zu Acrylsäure eine erhöhte Aktivität und eine erhöhte Selektivität der Acrylsäurebildung aufweisen.The The object of the present invention was therefore an improved Process for the production of relevant multielement oxide active materials for disposal according to which Multielement oxide active materials are obtained when used as active compositions in catalysts for the heterogeneously catalyzed Partial oxidation of acrolein to acrylic acid increased activity and increased selectivity of acrylic acid formation exhibit.
Demgemäss wurde ein Verfahren zur Herstellung von katalytisch aktiven Multielementoxidmassen, die wenigstens eines der Elemente Nb und W sowie die Elemente Mo, V und Cu enthalten, wobei der molare Anteil des Elements Mo an der Gesamtmenge aller von Sauerstoff verschiedenen Elemente der katalytisch aktiven Multielementoxidmasse 20 mol-% (vorzugsweise 30 mol-% oder 40 mol-%) bis 80 mol-% beträgt, das molare Verhältnis von in der katalytisch aktiven Multielementoxidmasse enthaltenem Mo zu in der katalytisch aktiven Multielementoxidmasse enthaltenem V, Mo/V, 15:1 bis 1:1 beträgt, das entsprechende molare Verhältnis Mo/Cu 30:1 bis 1:3 und das entsprechende molare Verhältnis Mo/(Gesamtmenge aus W und Nb) 80:1 bis 1:4 beträgt und bei dem man Ausgangsverbindungen, die die von Sauerstoff verschiedenen elementaren Konstituenten der Multielementoxidmasse als Bestandteile enthalten, ein inniges, auch Ammoniumionen enthaltendes, Trockengemisch herstellt und dieses in einer an molekularem Sauerstoff armen (Gas) Atmosphäre bei erhöhter Temperatur thermisch behandelt, wobei bei Temperaturen ≥ 160°C wenigstens eine Teilmenge der im innigen Trockengemisch enthaltenen Ammoniumionen unter Freisetzung von Ammoniak zersetzt wird, gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die thermische Behandlung wie folgt erfolgt:
- – das innige Trockengemisch wird mit einer Temperaturrate von ≤ 10°C/min auf eine Zersetzungstemperatur im Zersetzungstemperaturbereich von 240°C bis 360°C erwärmt und so lange in diesem Temperaturbereich gehalten, bis wenigstens 90 mol-% der im Gesamtverlauf der thermischen Behandlung des innigen Trockengemischs aus dem innigen Trockengemisch bei Temperaturen oberhalb von 160°C insgesamt freigesetzten Gesamtmenge MA an Ammoniak freigesetzt worden sind;
- – spätestens dann, wenn das innige Trockengemisch die Temperatur von 230°C erreicht hat, wird der Gehalt der (Gas) Atmosphäre A, in der sich die thermische Behandlung des innigen Trockengemisches vollzieht, an molekularem Sauerstoff auf einen Wert von ≤ 0,5 Vol.-% abgesenkt und dieser niedere Sauerstoffgehalt so lange aufrechterhalten, bis wenigstens 20 mol-%, bevorzugt wenigstens 30 mol-% und besonders bevorzugt wenigstens 40 mol-% der im Gesamtverlauf der thermischen Behandlung insgesamt freigesetzten Gesamtmenge MA an Ammoniak freigesetzt worden sind;
- - frühestens dann, wenn > 70 mol-% (häufig wenn ≥ 75 mol-%, oder wenn ≥ 80 mol-%, oder wenn ≥ 85 mol-%, oder wenn ≥ 90 mol-%) der im Gesamtverlauf der thermischen Behandlung insgesamt freigesetzten Gesamtmenge MA an Ammoniak freigesetzt worden sind, wird das innige Trockengemisch mit einer Rate von ≤ 10°C aus dem Zersetzungstemperaturbereich heraus – und in den Calcinationstemperaturbereich von 380 bis 450°C hineingeführt und
- – spätestens dann, wenn 98 mol-% bzw. 95 mol-% der im Gesamtverlauf der thermischen Behandlung insgesamt freigesetzten Gesamtmenge MA an Ammoniak freigesetzt worden sind, wird der Gehalt der Atmosphäre A an molekularem Sauerstoff auf > 0,5 Vol.-% bis 4 Vol.-% erhöht
- - The intimate dry mixture is heated at a temperature rate of ≤ 10 ° C / min to a decomposition temperature in the decomposition temperature range of 240 ° C to 360 ° C and held in this temperature range until at least 90 mol% of the total thermal treatment of the intimate dry mix from the intimate dry mix at temperatures above 160 ° C total amount M A of ammonia released;
- - at the latest when the intimate dry mixture has reached the temperature of 230 ° C, the content of (gas) atmosphere A, in which the thermal treatment of the intimate dry mixture takes place, of molecular oxygen to a value of ≤ 0.5 vol .-% lowered and this low oxygen content maintained until at least 20 mol%, preferably at least 30 mol% and particularly preferably at least 40 mol% of the total amount M A of ammonia released in the overall course of the thermal treatment have been released;
- - at the earliest if> 70 mol% (often if ≥ 75 mol%, or if ≥ 80 mol%, or if ≥ 85 mol%, or if ≥ 90 mol%) of the total heat treatment as a whole released total amount M A of ammonia, the intimate dry mixture is at a rate of ≤ 10 ° C out of the decomposition temperature range - and into the calcination temperature range from 380 to 450 ° C and
- - at the latest when 98 mol% or 95 mol% of the total amount M A of ammonia released in the overall course of the thermal treatment has been released, the content of molecular oxygen in the atmosphere A becomes> 0.5 vol.% up to 4% by volume
Selbstredend sind beim erfindungsgemäßen Verfahren die Elemente Mo, V, Cu sowie Nb und/oder W (ebenso wie alle anderen gegebenenfalls enthaltenen und von Sauerstoff verschiedenen Elemente) in der erfindungsgemäß erhältlichen katalytisch aktiven Multielementoxidmasse in oxidischer (und nicht in metallischer, elementarer) Form enthalten.Needless to say, are in the inventive method the elements Mo, V, Cu and Nb and / or W (as well as all others possibly contained elements other than oxygen) in the obtainable according to the invention catalytically active multielement oxide mass in oxidic (and not contained in metallic, elementary) form.
Der Gehalt des erfindungsgemäß thermisch zu behandelnden innigen Trockengemischs an Ammoniumionen beträgt mit Vorteil, bezogen auf den molaren Gesamtgehalt des innigen Trockengemischs an von Sauerstoff verschiedenen elementaren Konstituenten der späteren katalytisch aktiven Multielementoxidmasse, wenigstens 5 oder wenigstens 10 mol-%, vorzugsweise wenigstens 20 mol-%, besonders bevorzugt wenigstens 30 mol-% und ganz besonders bevorzugt wenigstens 40 mol-%. In der Regel beträgt der so bezogene Ammoniumgehalt des innigen Trockengemischs ≤ 150 mol-% bzw. ≤ 100 mol-%, meist ≤ 90 mol-% oder ≤ 80 mol-%, häufig ≤ 70 mol-% oder ≤ 60 mol-%.The Content of the thermal according to the invention treating intimate dry mixture of ammonium ions is advantageously based on the total molar content of the intimate dry mixture on elemental constituents other than oxygen, later catalytic active multielement oxide mass, at least 5 or at least 10 mol%, preferably at least 20 mol%, particularly preferably at least 30 mol% and very particularly preferably at least 40 mol%. Usually is the ammonium content of the intimate dry mixture obtained in this way ≤ 150 mol% or ≤ 100 mol%, mostly ≤ 90 mol% or ≤ 80 mol%, often ≤ 70 mol% or ≤ 60 mol%.
Die Temperaturrate, mit der das innige Trockengemisch auf die Zersetzungstemperatur erwärmt wird, beträgt beim erfindungsgemäßen Verfahren mit Vorteil ≤ 8°C/min, bevorzugt ≤ 5°C/min, besonders bevorzugt ≤ 3°C/min, ganz besonders bevorzugt ≤ 2°C/min oder ≤ 1°C/min. In der Regel wird diese Temperaturrate jedoch ≥ 0,1 °C/min, meist ≥ 0,2°C/min und häufig ≥ 0,3°C/min oder ≥ 0,4°C/min betragen.The Temperature rate at which the intimate dry mixture reaches the decomposition temperature heated will be in the method according to the invention advantageously ≤ 8 ° C / min, preferably ≤ 5 ° C / min, especially preferably ≤ 3 ° C / min, whole particularly preferably ≤ 2 ° C / min or ≤ 1 ° C / min. In As a rule, however, this temperature rate becomes ≥ 0.1 ° C / min, usually ≥ 0.2 ° C / min and often ≥ 0.3 ° C / min or ≥ 0.4 ° C / min.
Das Vorgenannte gilt auch für die Temperaturrate mit der das innige Trockengemisch aus dem Zersetzungsbereich heraus – und in den Calcinationsbereich von 380 bis 480°C hineingeführt wird.The The above also applies to the temperature rate at which the intimate dry mix from the decomposition area out - and is led into the calcination range from 380 to 480 ° C.
Erfindungsgemäß bevorzugt erstreckt sich der Zersetzungstemperaturbereich auf den Bereich von 280 bis 360°C und besonders bevorzugt auf den Bereich von 300 bis 350°C bzw. 310 bis 340°C.Preferred according to the invention the decomposition temperature range extends from 280 to 360 ° C and particularly preferably in the range from 300 to 350 ° C. or 310 up to 340 ° C.
Ferner wird das innige Trockengemisch beim erfindungsgemäßen Verfahren mit Vorteil so lange im Zersetzungstemperaturbereich gehalten, bis wenigstens 95 mol-%, besser bis wenigstens 97 mol-% und noch besser bis wenigstens 99 mol-% oder die Gesamtmenge der im Gesamtverlauf der thermischen Behandlung des innigen Trockengemischs insgesamt freigesetzten Gesamtmenge MA an Ammoniak freigesetzt worden sind.Furthermore, the intimate dry mixture in the process according to the invention is advantageously kept in the decomposition temperature range until at least 95 mol%, better up to at least 97 mol% and even better up to at least 99 mol% or the Ge total amount of the total amount M A of ammonia released in the overall course of the thermal treatment of the intimate dry mixture.
Normalerweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren das innige Trockengemisch von Raumtemperatur (das sind z.B. 20°C, oder 25°C, oder 30°C, oder 35°C, oder 40°C) ausgehend auf die Zersetzungstemperatur erwärmt.Usually is in the inventive method the intimate dry mixture starting from room temperature (e.g. 20 ° C, or 25 ° C, or 30 ° C, or 35 ° C, or 40 ° C) heated to the decomposition temperature.
Spätestens dann, wenn das innige Trockengemisch die Temperatur von 230°C erreicht hat, muss beim erfindungsgemäßen Verfahren der Gehalt der (Gas) Atmosphäre A, in der sich die thermische Behandlung des innigen Trockengemischs vollzieht, an molekularem Sauerstoff auf einen Wert von ≤ 0,5 Vol.-% abgesenkt werden.No later than then when the intimate dry mixture reaches the temperature of 230 ° C has in the inventive method the content of the (gas) atmosphere A, which is the thermal treatment of the intimate dry mix carried out in molecular oxygen to a value of ≤ 0.5 vol .-% be lowered.
Erfindungsgemäß bevorzugt erfolgt diese Absenkung des Gehalts an molekularem Sauerstoff auf einen Wert von ≤ 0,3 Vol.-% und besonders bevorzugt auf einen Wert von ≤ 0,1 Vol.-%. Besonders bevorzugt ist in dieser Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens der Gehalt der Atmosphäre A an molekularem Sauerstoff verschwindend. In der Regel wird dieser Sauerstoffgehalt jedoch bei Werten von ≥ 0,05 Vol.-% liegen.Preferred according to the invention this decrease in the molecular oxygen content occurs a value of ≤ 0.3 Vol .-% and particularly preferably to a value of ≤ 0.1 vol .-%. It is particularly preferred in this phase of the method according to the invention the content of the atmosphere A disappearing in molecular oxygen. As a rule, this is However, the oxygen content is at values of ≥ 0.05% by volume.
Bevorzugt liegt der Gehalt der Atmosphäre A beim erfindungsgemäßen Verfahren auch bereits unterhalb der Temperatur von 230°C (z.B. schon bei Temperaturen ≥ 200°C) bei ≤ 0,5 Vol.-%, bzw. ≤ 0,3 Vol.-%,bzw. ≤ 0,1 Vol.-% oder bei 0 Vol.-%. In der Regel wird dieser Sauerstoffgehalt jedoch auch unterhalb von 230°C (z.B. auch bei Temperaturen < 200°C) bei Werten von ≥ 0,05 Vol.-% liegen.Prefers lies the content of the atmosphere A in the method according to the invention even below the temperature of 230 ° C (e.g. already at temperatures ≥ 200 ° C) at ≤ 0.5% by volume, or ≤ 0.3 vol.%, or. ≤ 0.1 vol% or at 0 vol%. As a rule, however, this oxygen content even below 230 ° C (e.g. also at temperatures <200 ° C) at values of ≥ 0.05 Vol .-% lie.
Unterhalb der 230°C bzw. 200°C kann die Gasatmosphäre A, in der sich die thermische Behandlung vollzieht, aber auch deutlich höhere Sauerstoffgehalte aufweisen. Prinzipiell kann dieser Gehalt an molekularem Sauerstoff unterhalb der 230°C bzw. 200°C beim erfindungsgemäßen Verfahren ≥ 5 Vol.-%, oder ≥ 10 Vol.-%, oder 15 Vol.-%, oder ≥ 20 Vol.-%, oder ≥ 25 Vol.-%, oder 30 Vol.-%, oder mehr betragen. Auch eine im wesentlichen ausschließlich aus Luft oder aus molekularem Sauerstoff bestehende thermische Behandlungsatmosphäre ist in diesem Temperaturbereich möglich.Below the 230 ° C or 200 ° C can the gas atmosphere A, in which the thermal treatment takes place, but also clearly higher Have oxygen levels. In principle, this content of molecular Oxygen below 230 ° C or 200 ° C in the method according to the invention ≥ 5% by volume, or ≥ 10 Vol .-%, or 15 vol .-%, or ≥ 20 vol .-%, or ≥ 25 Vol .-%, or 30 vol .-%, or more. Also essentially one exclusively from Air or a thermal treatment atmosphere consisting of molecular oxygen is in possible in this temperature range.
Erfindungsgemäß wird der Gehalt der Atmosphäre A an molekularem Sauerstoff von ≤ 0,5 Vol.-% wenigstens so lange aufrechterhalten, bis wenigstens 20 mol-%, oder 30 mol-%, oder 40 mol-%, bevorzugt bis wenigstens 50 mol-%, besonders bevorzugt bis wenigstens 60 mol-%, oder wenigstens 70 mol-%, oder wenigstens 80 mol-% der im Gesamtverlauf der thermischen Behandlung insgesamt freigesetzten Gesamtmenge MA an Ammoniak freigesetzt worden sind.According to the invention, the content of molecular oxygen in the atmosphere A of 0,5 0.5% by volume is maintained at least until at least 20 mol%, or 30 mol%, or 40 mol%, preferably up to at least 50 mol% , particularly preferably up to at least 60 mol%, or at least 70 mol%, or at least 80 mol% of the total amount M A of ammonia released in the overall course of the thermal treatment.
Erfahrungsgemäß vorteilhaft wird man den Gehalt der Atmosphäre A an molekularem Sauerstoff jedoch bereits dann auf einen Wert > 0,5 Vol.-% bis 4 Vol.-% erhöhen, bevor 95 mol-% der im Gesamtverlauf der thermischen Behandlung insgesamt freigesetzten Gesamtmenge MA an Ammoniak freigesetzt worden sind. Bevorzugt erfolgt diese Erhöhung des Sauerstoffgehalts bereits bevor 90 mol-%, vorzugsweise bevor 85 mol-% und besonders bevorzugt spätestens dann wenn 80 mol-% der im Gesamtverlauf der thermischen Behandlung insgesamt freigesetzten Gesamtmenge MA an Ammoniak freigesetzt worden sind.Experience has shown that the molecular oxygen content in atmosphere A will already be increased to a value> 0.5 vol.% To 4 vol.% Before 95 mol% of the total amount M A released in the overall course of the thermal treatment of ammonia have been released. This increase in the oxygen content preferably takes place before 90 mol%, preferably before 85 mol% and particularly preferably at the latest when 80 mol% of the total amount M A of ammonia released in the overall course of the thermal treatment has been released.
D.h. erfindungsgemäß zweckmäßig erstreckt sich der Bereich des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem der Gehalt der Atmosphäre A an molekularem Sauerstoff ≤ 0,5 Vol.-% beträgt, soweit, bis 20, bzw. 30, bzw. 40 bis 80 mol-% und bevorzugt bis 50 bis 70 mol-% der im Gesamtverlauf der thermischen Behandlung insgesamt freigesetzten Gesamtmenge MA an Ammoniak freigesetzt worden sind.In other words, expediently according to the invention, the range of the method according to the invention in which the content of molecular oxygen in the atmosphere A is 0,5 0.5% by volume, to the extent that it is up to 20 or 30 or 40 to 80 mol% and preferably up to 50 to 70 mol% of the total amount M A of ammonia released in the total course of the thermal treatment have been released.
Wird der Gehalt der Atmosphäre A an molekularem Sauerstoff spätestens dann, wenn 98 mol-% bzw. 95 mol-% der im Gesamtverlauf der thermischen Behandlung insgesamt freigesetzten Gesamtmenge MA an Ammoniak freigesetzt worden sind, auf einen Wert ≥ 0,5 Vol.-% bis 4 Vol.-% erhöht, so erfolgt diese Erhöhung bevorzugt auf einen ≥ 0,55 Vol.-% bis 4 Vol.-%, und besonders bevorzugt auf einen ≥ 0,6 Vol.-% bis 4 Vol.- % betragenden Wert. Ganz besonders bevorzugt erfolgt die Erhöhung des Sauerstoffgehalts auf einen Wert von 1 bis 3 Vol.-% bzw. von 1 bis 2 Vol.-%. Diese Erhöhungswerte gelten auch für Erhöhungen bei allen anderen als möglich genannten freigesetzten Teilmengen der insgesamt freigesetzten Gesamtmengen an Ammoniak.If the molecular oxygen in the atmosphere A is released at the latest when 98 mol% or 95 mol% of the total amount M A of ammonia released in the course of the thermal treatment has been released, to a value ≥ 0.5 vol. % to 4% by volume, this increase is preferably carried out to a ≥ 0.55% by volume to 4% by volume, and particularly preferably to a ≥ 0.6% by volume to 4% by volume amount value. The oxygen content is very particularly preferably increased to a value of 1 to 3% by volume or from 1 to 2% by volume. These increase values also apply to increases in all other released partial amounts of the total released total amounts of ammonia.
Der Calcinationstemperaturbereich erstreckt sich beim erfindungsgemäßen Verfahren mit Vorteil auf eine Temperatur des innigen Trockengemischs von 380 bis 430°C und besonders bevorzugt auf eine solche Temperatur von 390 bis 420°C.The Calcination temperature range extends in the method according to the invention advantageously to a temperature of the intimate dry mixture of 380 to 430 ° C and particularly preferably to such a temperature of 390 to 420 ° C.
Der Zersetzungstemperaturbereich ist beim erfindungsgemäßen Verfahren derjenige Temperaturbereich, nach dessen Durchlaufen die Zersetzung der im erfindungsgemäß thermisch zu behandelnden innigen Trockengemisch enthaltenen Ammoniumionen weitgehend abgeschlossen ist.The Decomposition temperature range is in the process according to the invention the temperature range after which the decomposition of the im thermal according to the invention ammonium ions to be treated containing an intimate dry mixture largely completed.
Im Calcinationstemperaturbereich erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren die Ausbildung des katalytisch aktiven Multielementoxids.in the Calcination temperature range takes place in the method according to the invention the formation of the catalytically active multi-element oxide.
In der Regel wird die Calcination im Calcinationstemperaturbereich wenigstens 10 min, vorzugsweise wenigstens 20 min und besonders bevorzugt wenigstens 30 min andauern. In der Regel erstreckt sich die Calcination im Calcinationstemperaturbereich auf ≤ 2 h, häufig ≤ 1,5 h bzw. ≤ 1 h.As a rule, the calcination in the calcination temperature range is preferred for at least 10 min wise last at least 20 min and particularly preferably at least 30 min. As a rule, the calcination in the calcination temperature range extends to ≤ 2 h, often ≤ 1.5 h or ≤ 1 h.
Nach beendeter Calcination wird das Calcinationsgut normalerweise abgekühlt. In der Regel erfolgt diese Abkühlung auf Raumtemperatur (d.h., z.B. auf 20°C, oder auf 25°C, oder auf 30°C, oder auf 35°C, oder auf 40°C).To When the calcination is complete, the material to be calcined is normally cooled. In this cooling usually takes place to room temperature (i.e., e.g. to 20 ° C, or to 25 ° C, or to 30 ° C, or to 35 ° C, or to 40 ° C).
Erfindungsgemäß zweckmäßig vollzieht sich die Abkühlung des Calcinationsguts auf eine ≤ 100°C betragende Temperatur innerhalb eines Zeitraums von ≤ 5 h, bevorzugt ≤ 4 h, besonders bevorzugt ≤ 3 h oder ≤ 2 h. In der Regel wird dieser Abkühlzeitraum aber nicht weniger als 0,5 h betragen.Appropriately performed according to the invention cooling off of the calcined material to a value of ≤ 100 ° C Temperature within a period of ≤ 5 h, preferably ≤ 4 h, particularly preferably ≤ 3 h or ≤ 2 H. As a rule, however, this cooling period not less than 0.5 h.
Mit Vorteil erfolgt die Abkühlung des Calcinationsguts in einer es umgebenden (Gas) Atmopshäre A, deren Gehalt an molekularem Sauerstoff ≤ 5 Vol.-%, oder ≤ 4 Vol.-%, oder ≤ 3 Vol.-%, oder ≤ 2 Vol.-%, oder ≤ 1 Vol.-%, oder ≤ 0,5 Vol.-%, bevorzugt ≤ 0,3 Vol.-% bzw. ≤ 0,1 Vol.-% oder 0 Vol.-%, in der Regel ≥ 0,05 Vol.-% beträgt. Dieser Sauerstoffgehalt wird zweckmäßig dann eingestellt, wenn noch im Calcinationstemperaturbereich befindlich damit begonnen wird, das Calcinationsgut durch Temperaturerniedrigung aus dem Calcinationstemperaturbereich herauszuführen.With Cooling is an advantage of the calcination material in a surrounding (gas) atmosphere A, whose Molecular oxygen content ≤ 5% by volume, or ≤ 4 Vol .-%, or ≤ 3 Vol .-%, or ≤ 2 vol .-%, or ≤ 1 Vol .-%, or ≤ 0.5 Vol .-%, preferably ≤ 0.3 Vol .-% or ≤ 0.1 Vol .-% or 0 vol .-%, usually ≥ 0.05 vol .-%. This Oxygen content is then appropriate set if it is still in the calcination temperature range the calcination is started by lowering the temperature lead out of the calcination temperature range.
Ist das Calcinationsgut auf eine Temperatur von ≤ 350°C bzw. ≤ 300°C bzw. ≤ 250°C abgekühlt, kann die weitere Abkühlung auch in einer (Gas) Atmosphäre A erfolgen, deren Gehalt an molekularem Sauerstoff > 5 Vol.-%, oder ≥ 10 Vol.-%, oder ≥ 15 Vol.-%, oder ≥ 20 Vol.-%, oder ≥ 25 Vol.-%, oder ≥ 30 Vol.-%, oder mehr beträgt.is the calcined material is cooled to a temperature of ≤ 350 ° C or ≤ 300 ° C or ≤ 250 ° C, further cooling can also in a (gas) atmosphere A take place, the molecular oxygen content of which is> 5% by volume or ≥ 10% by volume, or ≥ 15 vol .-%, or ≥ 20 vol .-%, or ≥ 25 Vol .-%, or ≥ 30 vol .-%, or more.
Auch eine im wesentlichen ausschließlich aus Luft oder aus molekularem Sauerstoff bestehende (Gas) Atmosphäre A ist beim weiteren Abkühlen unter diese Temperatur möglich.Also one essentially exclusively Air or molecular oxygen (gas) atmosphere A. when cooling further under this temperature possible.
Neben den beschriebenen Gehalten an molekularem Sauerstoff wird sich die Atmosphäre A, in der sich die thermische Behandlung des innigen Trockengemischs vollzieht, im wesentlichen aus den aus dem innigen Trockengemisch gasförmig entweichenden Bestandteilen und aus Inertgas zusammensetzen. Unter dem Begriff „Inertgase" werden dabei all jene Gase verstanden, die auf die erfindungsgemäß thermisch zu behandelnde Trockenmasse nicht chemisch reaktiv einwirken. Beispiele für Inertgase sind N2 oder Edelgase. Wasserdampf wird die Atmosphäre A insbesondere dann aufweisen, wenn das innige Trockengemisch Hydratwasser enthält. In der Regell wird der Wasserdampfanteil der Atmosphäre A zu keinem Zeitpunkt während der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung 20 Vol.-% überschreiten. In der Regel wird er sogar zu allen Zeitpunkten ≤ 10 Vol.-% betragen.In addition to the molecular oxygen contents described, the atmosphere A, in which the thermal treatment of the intimate dry mixture takes place, will essentially be composed of the constituent gases escaping from the intimate dry mixture and inert gas. The term “inert gases” is understood to mean all those gases which do not have a chemically reactive effect on the dry mass to be thermally treated according to the invention. Examples of inert gases are N 2 or noble gases. Water vapor will be present in the atmosphere A in particular if the intimate dry mixture contains water of hydration As a rule, the water vapor content of the atmosphere A will never exceed 20% by volume during the thermal treatment according to the invention, and will generally even be ≤ 10% by volume at all times.
Der Ammoniakgehalt der (Gas) Atmosphäre A wird beim erfindungsgemäßen Verfahren normalerweise ein Maximum durchlaufen, das normalerweise ≤ 10 Vol.-%, häufig ≤ 8 Vol.-% und meist ≤ 7 Vol.-% beträgt. Üblicherweise wird es jedoch oberhalb von 1 Vol.-%, häufig oberhalb von 2 Vol.-% oder 3 Vol.-% liegen.The Ammonia content of the (gas) atmosphere A is in the inventive method normally go through a maximum that is normally ≤ 10 vol .-%, often ≤ 8 vol .-% and mostly ≤ 7 Vol .-% is. Usually however, it becomes above 1% by volume, often above 2% by volume or 3% by volume.
Normalerweise wird der Ammoniakgehalt der Atmosphäre A sein Maximum durchlaufen, bevor das innige Trockengemisch den Calcinationstemperaturbereich erreicht hat.Usually the ammonia content of atmosphere A will go through its maximum, before the intimate dry mix reaches the calcination temperature range has reached.
D.h. im Calcinationstemperaturbereich wird der maximale Ammoniakgehalt der Atmosphäre A in der Regel bei Werten ≤ 2 Vol.-%,bzw. ≤ 1 Vol.-%, liegen. Er wird jedoch üblicherweise bei Werten > 0 Vol.-% liegen.That in the calcination temperature range is the maximum ammonia content the atmosphere A usually with values ≤ 2 Vol .-%, respectively. ≤ 1 % By volume. However, it is usually at values> 0 vol.% lie.
Über die Gesamtdauer des Aufenthalts des innigen Trockengemisch im Calcinationstemperaturbereich gemittelt (arithmetisch) wird der NH3-Gehalt der Atmosphäre A in der Regel ≤ 1 Vol.-%, bevorzugt ≤ 0,5 Vol.-% betragen. Über die Gesamtdauer des Aufenthalts des innigen Trockengemischs im Temperaturbereich > 160°C, ≤ 360°C gemittelt (arithmetisch) wird der NH3-Gehalt der Atmosphäre A normalerweise 1 bzw. 1,5 oder 2 bis 8 Vol.-%, meist 1 bis 4 Vol.-% betragen.Averaged over the total duration of the stay of the intimate dry mixture in the calcination temperature range (arithmetically), the NH 3 content of the atmosphere A will generally be 1 1% by volume, preferably 0,5 0.5% by volume. Over the entire duration of the stay of the intimate dry mixture in the temperature range> 160 ° C, ≤ 360 ° C averaged (arithmetically), the NH 3 content of atmosphere A is normally 1 or 1.5 or 2 to 8% by volume, usually 1 up to 4 vol .-%.
Üblicherweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren der (Gas) Atmosphäre A kein externer Ammoniak zugeführt. D.h., die einzige Ammoniakquelle sind normalerweise die ins innige Trockengemisch eingearbeiteten Ammoniumionen. Allerdings kann es beim erfindungsgemäßen Verfahren zweckmäßig sein, kontinuierlich (Gas) Atmosphäre A zu entnehmen und in gewissem Umfang im Kreis zu fahren (d.h. zum thermisch zu behandelnden innigen Trockengemisch rückzuführen).Usually is in the inventive method the (gas) atmosphere A no external ammonia added. That is, the only source of ammonia is usually the most intimate Dry mixture incorporated ammonium ions. However, it can in the method according to the invention be appropriate continuous (gas) atmosphere A and remove it to a certain extent in a circle (i.e. to thermally treated intimate dry mixture to be recycled).
Erfindungsgemäß vorteilhaft wird die Calcination abgebrochen, bevor im Röntgendiffraktogramm MoO3 nachweisbar ist. Jedoch sind in den erfindungsgemäß erhältlichen Multielementoxidaktivmassen MoO3-Gehalte von bis zu 30 Gew.-% bzw. bis zu 20 Gew.-% tolerabel.According to the invention, the calcination is advantageously terminated before MoO 3 can be detected in the X-ray diffractogram. However, MoO 3 contents of up to 30% by weight or up to 20% by weight are tolerable in the multi-element oxide active materials obtainable according to the invention.
Neben den Elementen Nb und/oder W, sowie Mo, V und Cu können die erfindungsgemäß erhältlichen Multielementoxidaktivmassen zusätzlich z.B. die Elemente Ta, Cr, Ce, Ni, Co, Fe, Mn, Zn, Sb, Bi, Alkali (Li, Na, K, Rb, Cs), H, Erdalkali (Mg, Ca, Sr, Ba), Si, Al, Ti und Zr enthalten. Natürlich kann die Multielementoxidaktivmasse erfindungsgemäß aber auch nur aus den Elementen Nb und/oder W sowie Mo, V und Cu bestehen.Next the elements Nb and / or W, as well as Mo, V and Cu can obtainable according to the invention Multi-element oxide active materials additionally e.g. the elements Ta, Cr, Ce, Ni, Co, Fe, Mn, Zn, Sb, Bi, Alkali (Li, Na, K, Rb, Cs), H, alkaline earth (Mg, Ca, Sr, Ba), Si, Al, Ti and Zr included. Naturally However, the multielement oxide active composition can also be used according to the invention consist only of the elements Nb and / or W as well as Mo, V and Cu.
Als
Aktivmasse für
Katalysatoren zur heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation
von Acrolein zu Acrylsäure
(sowie von Methacrolein zu Methacrylsäure sowie von Propan zu Acrylsäure; für diese
heterogen katalysierten Gasphasenpartialoxidationen eignen sich
die erfindungsgemäßen Verfahrensprodukte
ebenfalls) besonders geeignete erfindungsgemäß erhältliche katalytisch aktive
Multielementoxidmassen genügen
der nachfolgenden allgemeinen Stöchiometrie
I
X1 =
W, Nb, Ta, Cr und/oder Ce,
X2 = Cu,
Ni, Co, Fe, Mn und/oder Zn,
X3 = Sb
und/oder Bi,
X4 = einer oder mehrere
Alkalimetalle (Li, Na, K, Rb, Cs) und/oder H,
X5 =
eines oder mehrere Erdalkalimetalle (Mg, Ca, Sr, Ba),
X6 = Si, Al, Ti und/oder Zr,
a = 1 bis
6,
b = 0,2 bis 4,
c = 0,5 bis 18,
d = 0 bis 40,
e
= 0 bis 2,
f = 0 bis 4,
g = 0 bis 40 und
n = eine
Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff
verschiedenen Elemente in I bestimmt wird, und
wobei die Variablen
innerhalb der vorgegebenen Bereiche mit der Maßgabe auszuwählen sind,
dass der molare Anteil des Elementes Mo an der Gesamtmenge aller
von Sauerstoff verschiedenen Elemente der Multielementoxidmasse
(I) 20 mol-% bis 80 mol-% beträgt,
das molare Verhältnis
von in der katalytisch aktiven Multielementoxidmasse (I) enthaltenem
Mo zu in der katalytisch aktiven Multielementoxidmasse (I) enthaltenem
V, Mo/V, 15:1 bis 1:1 beträgt,
das entsprechende molare Verhältnis
Mo/Cu 30:1 bis 1:3 und das entsprechende molare Verhältnis Mo/(Gesamtmenge
aus W und Nb) 80:1 bis 1:4 beträgt.As an active composition for catalysts for heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of acrolein to acrylic acid (as well as from methacrolein to methacrylic acid and from propane to acrylic acid; the process products according to the invention are likewise suitable for these heterogeneously catalyzed gas phase partial oxidations), particularly suitable catalytically active multielement oxide compositions obtainable according to the invention satisfy the general stoichiometry I below
X 1 = W, Nb, Ta, Cr and / or Ce,
X 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn,
X 3 = Sb and / or Bi,
X 4 = one or more alkali metals (Li, Na, K, Rb, Cs) and / or H,
X 5 = one or more alkaline earth metals (Mg, Ca, Sr, Ba),
X 6 = Si, Al, Ti and / or Zr,
a = 1 to 6,
b = 0.2 to 4,
c = 0.5 to 18,
d = 0 to 40,
e = 0 to 2,
f = 0 to 4,
g = 0 to 40 and
n = a number determined by the valency and frequency of the elements in I other than oxygen, and
the variables within the specified ranges are to be selected with the proviso that the molar proportion of the element Mo in the total amount of all elements of the multi-element oxide mass (I) other than oxygen is 20 mol% to 80 mol%, the molar ratio of in Mo containing catalytically active multielement oxide composition (I) to V, Mo / V contained in the catalytically active multielement oxide composition (I) is 15: 1 to 1: 1, the corresponding molar ratio Mo / Cu 30: 1 to 1: 3 and the corresponding molar ratio Mo / (total amount of W and Nb) is 80: 1 to 1: 4.
Unter
den aktiven Multielementoxidmassen (I) sind jene bevorzugt, bei
denen die Variablen in den folgenden Bereichen liegen:
X1 = W, Nb und/oder Cr,
X2 =
Cu, Ni, Co und/oder Fe,
X3 = Sb,
X4 = Na und/oder K,
X5 =
Ca, Sr und/oder Ba,
X6 = Si, Al und/oder
Ti,
a = 2,5 bis 5,
b = 0,5 bis 2,
c = 0,5 bis 3,
d
= 0 bis 2,
e = 0 bis 0,2,
f = 0 bis 1,
g = 0 bis
15 und
n = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der
von Sauerstoff verschiedenen Elemente in I bestimmt wird.Preferred active multielement oxide materials (I) are those in which the variables are in the following ranges:
X 1 = W, Nb and / or Cr,
X 2 = Cu, Ni, Co and / or Fe,
X 3 = Sb,
X 4 = Na and / or K,
X 5 = Ca, Sr and / or Ba,
X 6 = Si, Al and / or Ti,
a = 2.5 to 5,
b = 0.5 to 2,
c = 0.5 to 3,
d = 0 to 2,
e = 0 to 0.2,
f = 0 to 1,
g = 0 to 15 and
n = a number which is determined by the valency and frequency of the elements in I other than oxygen.
Ganz
besonders bevorzugt sind jedoch die nachfolgenden Multielementoxidaktivmassen
II unmittelbare Verfahrensprodukte des erfindungsgemäßen Verfahrens:
X1 =
W und/oder Nb,
X2 = Cu und/oder Ni,
X5 = Co und/oder Sr,
X6 =
Si und/oder Al,
a = 3 bis 4,5,
b = 1 bis 1,5,
c =
0,75 bis 2,5,
f = 0 bis 0,5,
g = 0 bis 8 und
n =
eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff
verschiedenen Elemente in II bestimmt wird, und
wobei die Variablen
innerhalb der vorgegebenen Bereiche mit der Maßgabe auszuwählen sind,
dass der molare Anteil des Elementes Mo an der Gesamtmenge aller
von Sauerstoff verschiedenen Elemente der Multielementoxidaktivmasse
(II) 20 mol-% bis 80 mol-% beträgt,
das molare Verhältnis
von in der katalytisch aktiven Multielementoxidmasse (II) enthaltenem
Mo zu in der katalytisch aktiven Multielementoxidmasse (II) enthaltenem
V, Mo/V, 15:1 bis 1:1 beträgt,
das entsprechende molare Verhältnis
Mo/Cu 30:1 bis 1:3 und das entsprechende molare Verhältnis Mo/(Gesamtmenge
aus W und Nb) 80:1 bis 1:4 beträgt.However, the following multielement oxide active materials II are very particularly preferred process products of the process according to the invention:
X 1 = W and / or Nb,
X 2 = Cu and / or Ni,
X 5 = Co and / or Sr,
X 6 = Si and / or Al,
a = 3 to 4.5,
b = 1 to 1.5,
c = 0.75 to 2.5,
f = 0 to 0.5,
g = 0 to 8 and
n = a number determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in II, and
the variables within the specified ranges are to be selected with the proviso that the molar proportion of the element Mo in the total amount of all elements of the multielement oxide active composition (II) other than oxygen is 20 mol% to 80 mol%, the molar ratio of in Mo containing catalytically active multielement oxide composition (II) to V, Mo / V, contained in the catalytically active multielement oxide composition (II) is 15: 1 to 1: 1, the corresponding molar ratio Mo / Cu 30: 1 to 1: 3 and the corresponding molar ratio Mo / (total amount of W and Nb) is 80: 1 to 1: 4.
Zur Herstellung von solchen erfindungsgemäßen unmittelbaren Verfahrensprodukten geht man beim erfindungsgemäßen Verfahren von in an sich bekannter Weise geeigneten Quellen (Ausgangsverbindungen) der von Sauerstoff verschiedenen elementaren Konstituenten der gewünschten Multielementoxidaktivmasse in im der Multielementoxidaktivmasse angestrebten jeweiligen stöchiometrischen Verhältnis aus, und erzeugt aus diesen ein möglichst inniges, vorzugsweise feinteiliges, Trockengemisch, welches dann der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung unterworfen wird, wobei die thermische Behandlung vor oder nach der Formung zu Katalysatorformkörpern bestimmter Geometrie erfolgen kann. Erfindungsgemäß vorteilhaft erfolgt sie davor. Dabei kann es sich bei den Quellen entweder bereits um Oxide handeln, oder um solche Verbindungen, die durch Erhitzen, wenigstens in Anwesenheit von Sauerstoff, in Oxide überführbar sind. Neben den Oxiden kommen daher als Ausgangsverbindungen vor allem Halogenide, Nitrate, Formiate, Oxalate, Acetate, Carbonate oder Hydroxide in Betracht.To produce such direct process products according to the invention, the process according to the invention is based on sources (starting compounds) of the constituents other than oxygen which are suitable in a manner known per se, of the desired multielement oxide active composition in the respective stoichiometric ratio desired in the multielement oxide active composition, and generate the most intimate, possible preferably a finely divided, dry mixture which is then subjected to the thermal treatment according to the invention, it being possible for the thermal treatment to take place before or after the shaping to give shaped catalyst bodies of a particular geometry. According to the invention, it advantageously takes place before that. The sources can either already be oxides or those compounds which can be converted into oxides by heating, at least in the presence of oxygen. In addition to the oxides, the main starting compounds are halides, nitrates, formates, oxalates, acetates and car bonate or hydroxides into consideration.
Geeignete Ausgangsverbindungen des Mo, V, W und Nb sind auch deren Oxoverbindungen (Molybdate, Vanadate, Wolframate und Niobate) bzw. die von diesen abgeleiteten Säuren. Sauerstoff haltige Quellen sind für das erfindungsgemäße Verfahren günstig.suitable The starting compounds of Mo, V, W and Nb are also their oxo compounds (Molybdate, Vanadate, Wolframate and Niobate) or those of these derived acids. Sources containing oxygen are favorable for the process according to the invention.
Der erfindungsgemäß erforderliche Gehalt des innigen Trockengemischs an Ammoniumionen kann in einfacher Weise dadurch realisiert werden, dass man in das innige Trockengemisch eine entsprechende Menge Ammoniumionen einarbeitet. Zweckmäßigerweise lassen sich die Ammoniumionen in das innige Trockengemisch z.B. dadurch einbringen, dass man als Quellen der Elemente Mo, V, W oder Nb die entsprechenden Ammoniumoxometallate verwendet. Beispiele hierfür sind Ammoniummetaniobat, Ammoniummetavanadat, Ammoniumheptamolybdattetrahydrat und Ammoniumparawolframatheptahydrat. Selbstverständlich können in das thermisch zu behandelnde innige Trockengemisch aber auch unabhängig von den als Quellen der Multielementoxidaktivmassenkonstituenten erforderlichen Ausgangsverbindungen Ammoniumlieferanten wie NH4NO3, oder NH4Cl, oder Ammoniumacetat, oder Ammoniumcarbonat, oder Ammoniumhydrogencarbonat, oder NH4OH, oder NH4CHO2, oder Ammoniumoxalat eingearbeitet werden.The content of ammonium ions in the intimate dry mixture according to the invention can be achieved in a simple manner by incorporating a corresponding amount of ammonium ions into the intimate dry mixture. The ammonium ions can expediently be introduced into the intimate dry mixture, for example, by using the corresponding ammonium oxometalates as sources of the elements Mo, V, W or Nb. Examples include ammonium metaniobate, ammonium metavanadate, ammonium heptamolybdate tetrahydrate and ammonium paratungstate heptahydrate. Of course, ammonium suppliers such as NH 4 NO 3 , or NH 4 Cl, or ammonium acetate, or ammonium carbonate, or ammonium hydrogen carbonate, or NH 4 OH, or NH 4 CHO, can also be added to the intimate dry mixture to be thermally treated, regardless of the starting compounds required as sources of the multielement oxide active composition 2 , or ammonium oxalate can be incorporated.
Das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen kann prinzipiell in trockener oder in nasser Form erfolgen. Erfolgt es in trockener Form, werden die Ausgangsverbindungen zweckmäßigerweise als feinteilige Pulver eingesetzt und nach dem Mischen z.B. zu Katalysatorformkörpern gewünschter Geometrie verpresst (z.B. tablettiert), die dann der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung unterworfen werden.The intimate mixing of the starting compounds can in principle be carried out in a dry state or done in wet form. If it is done in dry form, the Starting compounds expediently used as fine powder and after mixing e.g. more desired to shaped catalyst bodies Compressed geometry (e.g. tableted), which is then the thermal according to the invention Treatment.
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 und Ausgangsverbindungen ausgegangen wird. Als Lösungsmittel wird bevorzugt Wasser eingesetzt. Anschließend wird die wässrige Masse (Lösung oder Suspension) getrocknet und das so erhaltene innige Trockengemisch gegebenenfalls unmittelbar erfindungsgemäß thermisch behandelt. Vorzugsweise erfolgt der Trocknungsprozess durch Sprühtrocknung (die Austrittstemperaturen betragen in der Regel 100 bis 150°C) und unmittelbar im Anschluss an die Fertigstellung der wässrigen Lösung oder Suspension. Das dabei anfallende Pulver kann unmittelbar durch Pressen geformt werden. Häufig erweist es sich jedoch für eine unmittelbare Weiterverarbeitung als zu feinteilig, weshalb es dann unter Zusatz von z.B. Wasser zweckmäßigerweise geknetet wird. Vielfach erweist sich beim Kneten ein Zusatz einer niederen organischen Carbonsäure (z.B. Essigsäure) als vorteilhaft (typische Zusatzmengen liegen bei 5 bis 10 Gew.-% bezogen auf eingesetzte Pulvermasse).Preferably however, the intimate mixing takes place in wet form. Usually the starting compounds are in the form of an aqueous solution and / or Suspension mixed together. Particularly intimate dry mixes are obtained in the described mixing process if only from in dissolved Form from existing sources and starting compounds is assumed. As a solvent water is preferred. Then the aqueous mass (Solution or suspension) and the intimate dry mixture thus obtained optionally thermally treated directly according to the invention. Preferably the drying process is carried out by spray drying (the outlet temperatures are usually 100 to 150 ° C) and immediately after completion of the aqueous Solution or Suspension. The resulting powder can be pressed directly be shaped. Often turns out however it is for immediate processing as too fine, which is why then adding e.g. Water is appropriately kneaded. frequently When kneading, an addition of a lower organic carboxylic acid (e.g. Acetic acid) as advantageous (typical additional amounts are 5 to 10% by weight based on powder mass used).
Die anfallende Knetmasse wird anschließend entweder zur gewünschten Katalysatorgeometrie geformt, getrocknet und dann der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung unterworfen (führt zu sogenannten Vollkatalysatoren) oder ungeformt calciniert und danach zu einem Pulver vermahlen (üblicherweise < 80 μm, vorzugsweise < 50 μm, besonders bevorzugt < 30 μm, in der Regel ≥ 1 μm) welches normalerweise unter Zusatz einer geringen Menge Wasser sowie gegebenenfalls weiterer üblicher Bindemittel als Feuchtmasse auf inerte Trägerkörper aufgetragen wird. Nach beendeter Beschichtung wird nochmals getrocknet und so ein einsatzfähiger Schalenkatalysator erhalten. Erfolgt das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen in Form einer z.B. wässrigen Lösung, so können mit selbiger auch inerte poröse Trägerkörper getränkt, getrocknet und anschließend zu Trägerkatalysatoren erfindungsgemäß thermisch behandelt werden. Bei der Herstellung von Schalenkatalysatoren kann das Beschichten der Trägerkörper auch vorab der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung, d.h. z.B. mit dem befeuchteten Sprühpulver, erfolgen.The modeling clay is then either the desired Shaped catalyst geometry, dried and then the thermal according to the invention Subjected to treatment (leads to so-called full catalysts) or unformed calcined and then ground to a powder (usually <80 μm, preferably <50 μm, especially preferably <30 μm in which Rule ≥ 1 μm) which usually with the addition of a small amount of water and optionally more common Binder is applied as a moist mass to inert carrier bodies. To When the coating is finished, it is dried again and thus an operational shell catalyst receive. The intimate mixing of the starting compounds takes place in the form of e.g. aqueous Solution, so can with the same also inert porous Carrier body soaked, dried and subsequently to supported catalysts thermal according to the invention be treated. Can be used in the production of coated catalysts coating the carrier body too beforehand the thermal according to the invention Treatment, i.e. e.g. with the moistened spray powder.
Für Schalenkatalysatoren geeignete Trägermaterialien sind z.B. poröse oder unporöse Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Thoriumdioxid, Zirkondioxid, Siliciumcarbid oder Silikate wie Magnesium- oder Aluminiumsilicat (z.B. Steatit des Typs C 220 der Fa. CeramTec).For shell catalysts suitable carrier materials are e.g. porous or non-porous Aluminum oxides, silicon dioxide, thorium dioxide, zirconium dioxide, silicon carbide or silicates such as magnesium or aluminum silicate (e.g. steatite of the type C 220 from CeramTec).
Die Trägerkörper können regelmäßig oder unregelmäßig geformt sein, wobei regelmäßig geformte Trägerkörper mit deutlich ausgebildeter Oberflächenrauhigkeit, z.B. Kugeln oder Hohlzylinder mit Splittauflage, bevorzugt werden.The Carrier bodies can be shaped regularly or irregularly be, being regularly shaped Carrier body with clearly developed surface roughness, e.g. Balls or hollow cylinders with a split layer are preferred.
Geeignet ist die Verwendung von im wesentlichen unporösen, oberflächenrauhen, kugelförmigen Trägern aus Steatit (z.B. Steatit des Typs C 220 der Fa. CeramTec), deren Durchmesser 1 bis 8 mm, bevorzugt 4 bis 5 mm beträgt. Geeignet ist aber auch die Verwendung von Zylindern als Trägerkörper, deren Länge 2 bis 10 mm und deren Außendurchmesser 4 bis 10 mm beträgt. Im Fall von Ringen als Trägerkörper liegt die Wanddicke darüber hinaus üblicherweise bei 1 bis 4 mm. Bevorzugt zu verwendende ringförmige Trägerkörper besitzen eine Länge von 2 bis 6 mm, einen Außendurchmesser von 4 bis 8 mm und eine Wanddicke von 1 bis 2 mm. Geeignet sind vor allem auch Ringe der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm (Außendurchmesser × Länge × Innendurchmesser) als Trägerkörper.It is suitable to use essentially non-porous, rough-surface, spherical supports made of steatite (for example steatite of the type C 220 from CeramTec), the diameter of which is 1 to 8 mm, preferably 4 to 5 mm. However, it is also suitable to use cylinders as carrier bodies, the length of which is 2 to 10 mm and the outside diameter is 4 to 10 mm. In the case of rings as support bodies, the wall thickness is also usually 1 to 4 mm. Annular support bodies to be used preferably have a length of 2 to 6 mm, an outer diameter of 4 to 8 mm and a wall thickness of 1 to 2 mm. Rings of geometry 7 mm × 3 are also particularly suitable mm × 4 mm (outer diameter × length × inner diameter) as carrier body.
Die
Beschichtung der Trägerkörper mit
feinteiliger erfindungsgemäß erhältlicher
Multielementoxidaktivmasse bzw. deren erfindungsgemäß thermisch
zu behandelnder feinteiliger Vorlaufsmasse (inniges Trockengemisch)
wird in der Regel in einem drehbaren Behälter ausgeführt, wie es z.B. aus der
Zweckmäßigerweise wird zur Beschichtung der Trägerkörper mit der aufzubringenden Pulvermasse der Trägerkörper befeuchtet. Nach dem Aufbringen wird normalerweise mittels heißer Luft getrocknet. Die Schichtdicke der auf den Träger aufgebrachten Pulvermasse wird zweckmäßigerweise im Bereich 10 bis 1000 μm, bevorzugt im Bereich 50 bis 500 μm und besonders bevorzugt im Bereich 150 bis 250 μm liegend, gewählt.Conveniently, is used to coat the carrier body the powder mass to be applied moistens the carrier body. After applying is usually by means of hot Air dried. The layer thickness of the powder mass applied to the carrier will be convenient in the range 10 to 1000 μm, preferably in the range from 50 to 500 μm and particularly preferably in the range from 150 to 250 μm.
Im Fall von Vollkatalysatoren kann die Formgebung, wie bereits erwähnt, ebenfalls vor oder nach der Durchführung der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung erfolgen.in the In the case of full catalysts, the shaping can, as already mentioned, also before or after performing the thermal according to the invention Treatment.
Beispielsweise können aus der Pulverform der erfindungsgemäß erhältlichen Multielementoxidaktivmasse oder ihrer noch nicht thermisch behandelten Vorläufermasse (dem innigen Trockengemisch) durch Verdichten zur gewünschten Katalysatorgeomet rie (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.For example can from the powder form of the multielement oxide active composition obtainable according to the invention or their not yet thermally treated precursor mass (the intimate dry mixture) 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 aid 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 of 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.
Selbstverständlich können die erfindungsgemäß erhältlichen Multielementoxidaktivmassen auch in Pulverform, d.h. nicht zu bestimmten Katalysatorgeometrien geformt, als Katalysatoren für die heterogen katalysierte Partialoxidation von Acrolein zu Acrylsäure, bzw. Methacrolein zu Methacrylsäure bzw. Propan zu Acrylsäure eingesetzt werden (z.B. auch im Wirbelbett).Of course they can obtainable according to the invention Multielement oxide active materials also in powder form, i.e. not too particular Catalyst geometries shaped as catalysts for the heterogeneous catalyzed partial oxidation of acrolein to acrylic acid, or Methacrolein to methacrylic acid or Propane to acrylic acid be used (e.g. also in a fluidized bed).
Das
erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich aber auch zur Herstellung von Multielementoxidaktivmassen
der allgemeinen Formel III,
A = Mo12VaX1 bX2 cX3 dX4 eX5 fX6 gOx,
B = X1 7CuhHiOy,
C = X1 8SbjHkOz,
X1 = W, Nb, Ta, Cr und/oder Ce, vorzugsweise
W, Nb und/oder Cr,
X2 = Cu, Ni, Co,
Fe, Mn und/oder Zn, vorzugsweise Cu, Ni, Co und/oder Fe,
X3 = Sb und/oder Bi, vorzugsweise Sb,
X4 = Li, Na, K, Rb, Cs und/oder H. vorzugsweise
Na und/oder K,
X5 = Mg, Ca, Sr und/oder
Ba, vorzugsweise Ca, Sr und/oder Ba,
X6 =
Si, Al, Ti und/oder Zr, vorzugsweise Si, Al und/oder Ti,
X7 = Mo, W, V, Nb und/oder Ta, vorzugsweise
Mo und/oder W,
X8 = Cu, Ni, Zn, Co,
Fe, Cd, Mn, Mg, Ca, Sr und/oder Ba, vorzugsweise Cu und/oder Zn,
besonders bevorzugt Cu,
a = 1 bis 8, vorzugsweise 2 bis 6,
b
= 0,2 bis 5, vorzugsweise 0,5 bis 2,5
c = 0 bis 23, vorzugsweise
0 bis 4,
d = 0 bis 50, vorzugsweise 0 bis 3,
e = 0 bis
2, vorzugsweise 0 bis 0,3,
f = 0 bis 5, vorzugsweise 0 bis
2,
g = 0 bis 50, vorzugsweise 0 bis 20,
h = 0,3 bis 2,5,
vorzugsweise 0,5 bis 2, besonders bevorzugt 0,75 bis 1,5,
i
= 0 bis 2, vorzugsweise 0 bis 1,
j = 0,1 bis 50, vorzugsweise
0,2 bis 20, besonders bevorzugt 0,2 bis 5,
k = 0 bis 50, vorzugsweise
0 bis 20, besonders bevorzugt 0 bis 12,
x, y, z = Zahlen, die
durch die Wertigkeit und Häufigkeit
der von Sauerstoff verschiedenen Elementen in A, B, C bestimmt werden,
p,
q = positive Zahlen
r = 0 oder eine positive Zahl, vorzugsweise
eine positive Zahl,
wobei das Verhältnis p/(q+r) = 20:1 bis 1:20,
vorzugsweise 5:1 bis 1:14 und besonders bevorzugt 2:1 bis 1:8 und,
für den
Fall, dass r eine positive Zahl ist, das Verhältnis q/r = 20:1 bis 1:20,
vorzugsweise 4:1 bis 1:4, besonders bevorzugt 2:1 bis 1:2 und ganz
besonders bevorzugt 1:1 beträgt,
die
den Anteil [A]p in Form dreidimensional ausgedehnter Bereiche (Phasen)
A der chemischen Zusammensetzung
A: Mo12VaX1 bX2 cX3 dX4 eX5 fX6 gOx,
den Anteil [B]q in
Form dreidimensional ausgedehnter Bereiche (Phasen) B der chemischen
Zusammensetzung
B: X1 7CuhHiOy und
den
Anteil [C]r in Form dreidimensional ausgedehnter Bereiche
(Phasen) C der chemischen Zusammensetzung
C: X1 8SbjHkOz
enthalten, wobei die Bereiche A, B
und gegebenenfalls C relativ zueinander wie in einem Gemisch aus feinteiligem
A, feinteiligem B und gegebenenfalls feinteiligem C verteilt sind,
und
wobei alle Variablen innerhalb der vorgegebenen Bereiche
mit der Maßgabe
auszuwählen
sind, dass der molare Anteil des Elements Mo an der Gesamtmenge
aller von Sauerstoff verschiedenen Elemente der Multielementoxidaktivmasse
(III) 20-mol% bis 80 mol-% beträgt,
das molare Verhältnis
von der in der katalytisch aktiven Multielementoxidmasse (III) enthaltenem
Mo zu in der katalytisch aktiven Multielemetoxidmasse (III) enthaltenem
V, Mo/V, 15:1 bis 1:1 beträgt,
das entsprechende molare Verhält nis
Mo/Cu 30:1 bis 1:3 und das entsprechende molare Verhältnis Mo/(Gesamtmenge
aus W und Nb) 80:1 bis 1:4 beträgt.However, the process according to the invention is also suitable for producing multielement oxide active materials of the general formula III,
A = Mo 12 V a X 1 b X 2 c X 3 d X 4 e X 5 f X 6 g O x ,
B = X 1 7 Cu h H i O y,
C = X 1 8 Sb j H k O z ,
X 1 = W, Nb, Ta, Cr and / or Ce, preferably W, Nb and / or Cr,
X 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn, preferably Cu, Ni, Co and / or Fe,
X 3 = Sb and / or Bi, preferably Sb,
X 4 = Li, Na, K, Rb, Cs and / or H. preferably Na and / or K,
X 5 = Mg, Ca, Sr and / or Ba, preferably Ca, Sr and / or Ba,
X 6 = Si, Al, Ti and / or Zr, preferably Si, Al and / or Ti,
X 7 = Mo, W, V, Nb and / or Ta, preferably Mo and / or W,
X 8 = Cu, Ni, Zn, Co, Fe, Cd, Mn, Mg, Ca, Sr and / or Ba, preferably Cu and / or Zn, particularly preferably Cu,
a = 1 to 8, preferably 2 to 6,
b = 0.2 to 5, preferably 0.5 to 2.5
c = 0 to 23, preferably 0 to 4,
d = 0 to 50, preferably 0 to 3,
e = 0 to 2, preferably 0 to 0.3,
f = 0 to 5, preferably 0 to 2,
g = 0 to 50, preferably 0 to 20,
h = 0.3 to 2.5, preferably 0.5 to 2, particularly preferably 0.75 to 1.5,
i = 0 to 2, preferably 0 to 1,
j = 0.1 to 50, preferably 0.2 to 20, particularly preferably 0.2 to 5,
k = 0 to 50, preferably 0 to 20, particularly preferably 0 to 12,
x, y, z = numbers which are determined by the valency and frequency of the elements in A, B, C other than oxygen,
p, q = positive numbers
r = 0 or a positive number, preferably a positive number,
where the ratio p / (q + r) = 20: 1 to 1:20, preferably 5: 1 to 1:14 and particularly preferably 2: 1 to 1: 8 and, in the event that r is a positive number, the ratio q / r = 20: 1 to 1:20, preferably 4: 1 to 1: 4, particularly preferably 2: 1 to 1: 2 and very particularly preferably 1: 1,
which the portion [A] p in the form of three-dimensionally extended areas (phases) A of the chemical composition
A: Mo 12 VaX 1 b X 2 c X 3 d X 4 e X 5 f X 6 g O x ,
the proportion [B] q in the form of three-dimensionally extended areas (phases) B of the chemical composition
B: X 1 7 Cu h H i O y and
the proportion [C] r in the form of three-dimensionally extended areas (phases) C of the chemical composition
C: X 1 8 Sb j H k O z
included, the areas A, B and optionally C being distributed relative to one another as in a mixture of finely divided A, finely divided B and optionally finely divided C, and
where all variables within the specified ranges are to be selected with the proviso that the molar proportion of the element Mo in the total amount of all elements of the multielement oxide active composition (III) other than oxygen is 20 mol% to 80 mol%, the molar ratio of that in of the catalytically active multielement oxide composition (III) Mo to V, Mo / V contained in the catalytically active multielemetoxide composition (III) is 15: 1 to 1: 1, the corresponding molar ratio Mo / Cu 30: 1 to 1: 3 and the corresponding molar ratio Mo / (total amount of W and Nb) is 80: 1 to 1: 4.
Bevorzugte
Multielementoxidaktivmassen III sind solche, deren Bereiche A eine
Zusammensetzung im nachfolgenden Stöchiometrieraster der allgemeinen
Formel IV aufweisen
X1 = W und/oder Nb,
X2 =
Cu und/oder Ni,
X5 = Ca und/oder Sr,
X6 = Si und/oder Al,
a = 2 bis 6,
b
= 1 bis 2,
c = 1 bis 3,
f = 0 bis 0,75,
g = 0 bis
10, und
x = eine Zahl die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der
von Sauerstoff verschiedenen Elemente in (IV) bestimmt wird.Preferred multielement oxide active materials III are those whose areas A have a composition in the subsequent stoichiometric grid of the general formula IV
X 1 = W and / or Nb,
X 2 = Cu and / or Ni,
X 5 = Ca and / or Sr,
X 6 = Si and / or Al,
a = 2 to 6,
b = 1 to 2,
c = 1 to 3,
f = 0 to 0.75,
g = 0 to 10, and
x = a number which is determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in (IV).
Der im Zusammenhang mit den Multielementoxidaktivmassen III verwendete Begriff „Phase" meint dreidimensional ausgedehnte Bereiche, deren chemische Zusammensetzung von der ihrer Umgebung verschieden ist. Die Phasen sind nicht notwendigerweise röntgenographisch homogen. In der Regel bildet die Phase A eine kontinuierliche Phase, in der Partikel der Phase B und gegebenenfalls C dispergiert sind.The used in connection with the multielement oxide active materials III The term "phase" means three-dimensional extensive areas whose chemical composition is different from theirs Environment is different. The phases are not necessarily radiographically homogeneous. As a rule, phase A forms a continuous phase, in which particles of phase B and optionally C are dispersed.
Die feinteiligen Phasen B und gegebenenfalls C bestehen mit Vorteil aus Partikeln, deren Größendurchmesser, d.h., die längste durch den Schwerpunkt der Partikel gehende Verbindungsstrecke zweier auf der Oberfläche der Partikel befindlicher Punkte bis zu 300 μm, vorzugsweise 0,1 bis 200 μm, besonders bevorzugt 0,5 bis 50 μm und ganz besonders bevorzugt 1 bis 30 μm beträgt. Geeignet sind aber auch Partikel mit einem Größendurchmesser von 10 bis 80 μm oder 75 bis 125 μm.The finely divided phases B and optionally C exist with advantage from particles whose size diameter, i.e. the longest connecting path of two passing through the center of gravity of the particles on the surface the particle located points up to 300 microns, preferably 0.1 to 200 microns, particularly preferably 0.5 to 50 μm and very particularly preferably 1 to 30 μm. But are also suitable Particles with a size diameter of 10 to 80 μm or 75 to 125 µm.
Prinzipiell können die Phasen A, B und gegebenenfalls C in den erfindungsgemäß erhältlichen Multielementoxidativmassen III amorph und/oder kristallin vorliegen.in principle can phases A, B and optionally C in the multielement oxidative compositions obtainable according to the invention III are amorphous and / or crystalline.
Günstig ist
es, wenn die Phase B aus Kristalliten von Oxometallaten besteht
oder solche Oxometallatkristallite (= Oxidkristallite) enthält, die
das Röntgenbeugungsmuster
und damit den Kristallstrukturtyp wenigstens eines der nachfolgenden
Kupfermolybdate aufweisen. In Klammern ist die Fundstelle für den zugehörigen Röntgenbeugungsfingerabdruck angegeben.
Cu4Mo6O20 [A.
Moini et al., Inorg. Chem. 25 (21) (1986) 3782-3785],
Cu4Mo5O17 [Karteikarte
39-181 der JCPDS-ICDD Kartei (1991)],
α-CuMoO4 [Karteikarte
22-242 der JCPDS-ICDD Kartei (1991)],
Cu6Mo5O18 [Karteikarte
40-865 der JCPDS-ICDD Kartei (1991)],
Cu4-xMo3O12 mit X = 0 bis
0,25 [Karteikarte 24-56 und 26-547 der JCPDS-ICDD Kartei (1991)],
Cu6Mo4O15 [Karteikarte
35-17 der JCPDS-ICDD Kartei (1991)],
Cu3(MoO4)2(OH)2 [Karteikarte
36-405 der JCPDS-ICDD Kartei (1991)],
Cu3Mo2O9 [Karteikarte
24-55 und 34-637 der JCPDS-ICDD Kartei (1991)],
Cu2MoO5 [Karteikarte 22-607 der JCPDS-ICDD Kartei
(1991)].It is favorable if phase B consists of crystallites of oxometalates or contains those oxometalate crystallites (= oxide crystallites) which have the X-ray diffraction pattern and thus the crystal structure type of at least one of the following copper molybdates. The location of the associated X-ray diffraction fingerprint is given in brackets.
Cu 4 Mo 6 O 20 [A. Moini et al., Inorg. Chem. 25 (21) (1986) 3782-3785],
Cu 4 Mo 5 O 17 [index card 39-181 of the JCPDS-ICDD index (1991)],
α-CuMoO 4 [index card 22-242 of the JCPDS-ICDD index (1991)],
Cu 6 Mo 5 O 18 [index card 40-865 of the JCPDS-ICDD index (1991)],
Cu 4-x Mo 3 O 12 with X = 0 to 0.25 [index cards 24-56 and 26-547 of the JCPDS-ICDD index (1991)],
Cu 6 Mo 4 O 15 [index card 35-17 of the JCPDS-ICDD index (1991)],
Cu 3 (MoO 4 ) 2 (OH) 2 [index card 36-405 of the JCPDS-ICDD index (1991)],
Cu 3 Mo 2 O 9 [index cards 24-55 and 34-637 of the JCPDS-ICDD index (1991)],
Cu 2 MoO 5 [index card 22-607 of the JCPDS-ICDD index (1991)].
Vorzugsweise
enthält
die Phase B Oxometallate, die das Röntgenbeugungsmuster und damit den
Kristallstrukturtyp des nachfolgenden Kupfermolybdats aufweisen:
CuMoO4–III
mit Wolframit-Struktur gemäß Russian Journal
of Inorganic Chemistry 36 (7) (1991) 927-928, Tabelle 1.Phase B preferably contains oxometalates, which have the X-ray diffraction pattern and thus the crystal structure type of the subsequent copper molybdate:
CuMoO 4 -III with a tungsten structure according to Russian Journal of Inorganic Chemistry 36 (7) (1991) 927-928, Table 1.
Unter
diesen sind diejenigen mit der nachfolgenden Stöchimetrie V
1/(A+B+C+D+E):
0,7 bis 1,3 vorzugsweise 0,85 bis 1,15, besonders bevorzugt 0,95
bis 1,05 und ganz besonders bevorzugt 1,
F: 0 bis 1,
B+C+D+E:
0 bis 1, vorzugsweise 0 bis 0,7, und
Y eine Zahl, die durch
die Wertigkeit und Häufigkeit der
von Sauerstoff verschiedenen Elemente bestimmt wird,
bevorzugt.Among these are those with the following stoichiometry V
1 / (A + B + C + D + E): 0.7 to 1.3, preferably 0.85 to 1.15, particularly preferably 0.95 to 1.05 and very particularly preferably 1,
F: 0 to 1,
B + C + D + E: 0 to 1, preferably 0 to 0.7, and
Y is a number which is determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen,
prefers.
Besonders
bevorzugt sind unter diesen diejenigen der Stöchiometrien VI, VII oder VIII:
1/(A+B+C):
0,7 bis 1,3, vorzugsweise 0,85 bis 1,15, besonders bevorzugt 0,95
bis 1,05 und ganz besonders bevorzugt 1,
B+C: 0 bis 1, vorzugsweise
0 bis 0,7, und
y eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der
von Sauerstoff verschiedenen Elemente bestimmt wird;
1/(A+B):
0,7 bis 1,3, vorzugsweise 0,85 bis 1,15, besonders bevorzugt 0,95
bis 1,05 und ganz besonders bevorzugt 1,
A, B: 0 bis 1 und
y
eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff
verschiedenen Elemente bestimmt wird;
1/(A+C):
0,7 bis 1,3, vorzugsweise 0,85 bis 1,15, besonders bevorzugt 0,95
bis 1,05 und ganz besonders bevorzugt 1,
A, C: 0 bis 1 und
y
eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff
verschiedenen Elemente bestimmt wird.Among these, those of stoichiometries VI, VII or VIII are particularly preferred:
1 / (A + B + C): 0.7 to 1.3, preferably 0.85 to 1.15, particularly preferably 0.95 to 1.05 and very particularly preferably 1,
B + C: 0 to 1, preferably 0 to 0.7, and
y is a number determined by the valency and frequency of elements other than oxygen;
1 / (A + B): 0.7 to 1.3, preferably 0.85 to 1.15, particularly preferably 0.95 to 1.05 and very particularly preferably 1,
A, B: 0 to 1 and
y is a number determined by the valency and frequency of elements other than oxygen;
1 / (A + C): 0.7 to 1.3, preferably 0.85 to 1.15, particularly preferably 0.95 to 1.05 and very particularly preferably 1,
A, C: 0 to 1 and
y is a number determined by the valency and frequency of elements other than oxygen.
Die
Herstellung solcher Oxometallate offenbart beispielsweise die
Geeignete
Phasen B sind auch solche, die Oxometallate der nachfolgenden Stöchiometrie
IX
1/(A+B+C+D+E):
0,7 bis 1,3, vorzugsweise 0,85 bis 1,15, besonders bevorzugt 0,95
bis 1,05 und ganz besonders bevorzugt 1,
(B+C+D+E)/A: 0,01
bis 1, vorzugsweise 0,05 bis 0,3, besonders bevorzugt 0,075 bis
0,15 und ganz besonders bevorzugt 0,11 und
y eine Zahl, die
durch die Wertigkeit und Häufigkeit der
von Sauerstoff verschiedenen Elemente bestimmt wird,
und des
als HT-Kupfermolybdat-Struktur bezeichneten Strukturtyps enthalten,
der durch ein Röntgenbeugungsmuster
(Fingerabdruck) gekennzeichnet ist, dessen charakteristischste und
intensivste Beugungslinien, angegeben als Netzebenenabstände d [Å], wie
folgt sind:
6,79 ± 0,3
3,56 ± 0,3
3,54 ± 0,3
3,40 ± 0,3
3,04 ± 0,3
2,96 ± 0,3
2,67 ± 0,2
2,66 ± 0,2
2,56 ± 0,2
2,36 ± 0,2
2,35 ± 0,2
2,27 ± 0,2
2,00 ± 0,2
1,87 ± 0,2
1,70 ± 0,2
1,64 ± 0,2
1,59 ± 0,2
1,57 ± 0,2
1,57 ± 0,2
1,55 ± 0,2
1,51 ± 0,2
1,44 ± 0,2.Suitable phases B are also those which contain oxometalates of the stoichiometry IX below
1 / (A + B + C + D + E): 0.7 to 1.3, preferably 0.85 to 1.15, particularly preferably 0.95 to 1.05 and very particularly preferably 1,
(B + C + D + E) / A: 0.01 to 1, preferably 0.05 to 0.3, particularly preferably 0.075 to 0.15 and very particularly preferably 0.11 and
y is a number that is determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen,
and the structure type referred to as HT-copper molybdate structure, which is characterized by an X-ray diffraction pattern (fingerprint), the most characteristic and most intense diffraction lines, given as interplanar spacings d [Å], are as follows:
6.79 ± 0.3
3.56 ± 0.3
3.54 ± 0.3
3.40 ± 0.3
3.04 ± 0.3
2.96 ± 0.3
2.67 ± 0.2
2.66 ± 0.2
2.56 ± 0.2
2.36 ± 0.2
2.35 ± 0.2
2.27 ± 0.2
2.00 ± 0.2
1.87 ± 0.2
1.70 ± 0.2
1.64 ± 0.2
1.59 ± 0.2
1.57 ± 0.2
1.57 ± 0.2
1.55 ± 0.2
1.51 ± 0.2
1.44 ± 0.2.
Für den Fall, dass die Phase B ein Gemisch aus verschiedenen Oxometallaten enthält, ist ein Gemisch von Oxometallaten mit Wolframit- und HT-Kupfermolybdat-Struktur bevorzugt. Das Gewichtsverhältnis von Kristalliten mit HT-Kupfermolybdat-Struktur zu Kristalliten mit Wolframit-Struktur kann dabei 0,01 bis 100, 0,1 bis 10, 0,25 bis 4 sowie 0,5 bis 2 betragen.In the case, that phase B contains a mixture of different oxometalates a mixture of oxometalates with a tungsten and HT copper molybdate structure prefers. The weight ratio from crystallites with HT copper molybdate structure to crystallites with a tungsten structure can be 0.01 to 100, 0.1 to 10, 0.25 to 4 and 0.5 to 2.
Die
Herstellung von Oxometallaten IX offenbart z.B. die
Die Phase C besteht vorzugsweise aus Kristalliten, die den Trirutil-Strukturtyp des α- und/oder β-Kupferantimonats CuSb2O6 aufweisen. α-CuSb2O6 kristallisiert in einer tetragonalen Trirutil-Struktur (E.-O. Giere et al., J. Solid State Chem. 131 (1997) 263-274), während β-CuSb2O6 eine monoklin verzerrte Trirutil-Struktur aufweist (A. Nakua et al., J. Solid State Chem. 91 (1991) 105-112 oder Vergleichsdiffraktogramm in Karteikarte 17-284 in der JCPDS-ICDD-Kartei 1989). Darüber hinaus werden Phasen C bevorzugt, die die Pyrochlore-Struktur des Minerals Parzite, eines Kupfer-Antimon-Oxid-Hydroxyds mit der variablen Zusammensetzung CuySb2-x(O,OH,H2O)6-7(y ≤ 2,0 ≤ x ≤ 1) aufweisen (B. Mason et al., Mineral. Mag. 30 (1953) 100-112 oder Vergleichsdiagramm in Karteikarte 7-303 der JCPDS-ICDD-Kartei 1996).Phase C preferably consists of crystallites which have the trirutile structure type of the α- and / or β-copper antimonate CuSb 2 O 6 . α-CuSb 2 O 6 crystallizes in a tetragonal trirutile structure (E.-O. Giere et al., J. Solid State Chem. 131 (1997) 263-274), while β-CuSb 2 O 6 is a monoclinically distorted trirutil Structure (A. Nakua et al., J. Solid State Chem. 91 (1991) 105-112 or comparative diffractogram in index card 17-284 in the 1989 JCPDS-ICDD index). In addition, phases C are preferred, which have the pyrochlore structure of the mineral Parzite, a copper-antimony oxide hydroxide with the variable composition Cu y Sb 2-x (O, OH, H 2 O) 6-7 (y ≤ 2 , 0 ≤ x ≤ 1) (B. Mason et al., Mineral. Mag. 30 (1953) 100-112 or comparison diagram in index card 7-303 of the JCPDS-ICDD index 1996).
Des weiteren kann die Phase C aus Kristalliten bestehen, die die Struktur des Kupferantimonats Cu9Sb4O19 (S. Shimada et al., Chem. Lett. 1983, 1875-1876 oder S. Shimada et. al., Thermochim. Acta 133 (1988) 73-77 oder Vergleichsdiagramm in Karteikarte 45-54 der JCPDS-ICDD-Kartei) und/oder die Struktur von Cu4SbO4,5 (S. Shimada et al., Thermochim. Acta 56 (1982)73-82 oder S. Shimada et al., Thermochim. Acta 133 (1988) 73-77 oder Vergleichsdiagramm in Karteikarte 36-1106 der JCPDS-ICDD-Kartei) aufweisen.In addition, phase C can consist of crystallites which structure the copper antimonate Cu 9 Sb 4 O 19 (S. Shimada et al., Chem. Lett. 1983, 1875-1876 or S. Shimada et. Al., Thermochim. Acta 133 (1988) 73-77 or comparison diagram in index card 45-54 of the JCPDS-ICDD index) and / or the structure of Cu 4 SbO 4.5 (S. Shimada et al., Thermochim. Acta 56 (1982) 73- 82 or S. Shimada et al., Thermochim. Acta 133 (1988) 73-77 or comparison diagram in index card 36-1106 of the JCPDS-ICDD index).
Selbstverständlich können die Bereiche C auch aus Kristalliten bestehen, die ein Gemenge aus den vorgenannten Strukturen darstellen.Of course they can Areas C also consist of crystallites that form a mixture of the represent the aforementioned structures.
Die
den Multielementoxidaktivmassen der allgemeinen Formel III zugrunde
liegenden und erfindungsgemäß thermisch
zu behandelnden innigen Trockengemischen können z.B. so erhalten werden, wie
es in den Schriften WO 02/24327,
D.h., alle in den vorgenannten Schriften beispielhaften Ausführungsformen erzeugten innigen Trockengemische können erfindungsgemäß thermisch behandelt werden und führen zu unmittelbaren Verfahrensprodukten, die in hervorragender Weise für Katalysatoren zur heterogen katalysierten partiellen Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure geeignet sind.that is, all exemplary embodiments in the abovementioned documents produced intimate dry mixtures can be thermally according to the invention be treated and lead to immediate process products that are excellent for catalysts for the heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation of acrolein suitable for acrylic acid are.
Das
Grundprinzip der Herstellung von innigen Trockengemischen, die bei
erfindungsgemäßer Behandlung
zu vorteilhaften Multielementoxidativmassen der allgemeinen Formel
III führen,
besteht darin, wenigstens eine Multielementoxidmasse B (X1 7CuhHiOy) als Ausgangsmasse
1 und gegebenenfalls eine oder mehrere Multielementoxidmassen C (X1 8SbjHkOz) als Ausgangsmasse
2 entweder voneinander getrennt oder miteinander vergesellschaftet
in feinteiliger Form vorzubilden und anschließend die Ausgangsmassen 1 und
gegebenenfalls 2 mit einem Gemisch, das Quellen der elementaren
Konstituenten der Multielementoxidmasse A
In einer der Stöchiometrie A entsprechenden Zusammensetzung enthält, im gewünschten Mengenverhältnis (gemäß der allgemeinen Formel III) in innigen Kontakt zu bringen und die dabei resultierende innige Mischung gegebenenfalls zu trocknen. Erfindungsgemäß wesentlich ist dabei nur, dass entweder die Quellen der elementaren Konstituenten der Multielementoxidmasse A Ammoniumionen enthalten, und/oder beim innigen in Kontakt bringen vollständig zersetzliche, Ammoniumionen enthaltende, Salze wie NH4NO3, NH4Cl, Ammoniumacetet etc. zugegeben werden.Contains in a composition corresponding to stoichiometry A, bringing it into intimate contact in the desired ratio (according to general formula III) and, if necessary, drying the resulting intimate mixture. It is only essential according to the invention that either the sources of the elementary constituents of the multi-element oxide mass A contain ammonium ions and / or when they come into intimate contact, completely decomposable salts containing ammonium ions, such as NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, ammonium acetate, etc. are added.
Das
innige in Kontakt bringen der Bestandteile der Ausgangsmassen 1
sowie gegebenenfalls 2 mit dem die Quellen der elementaren Konstituenten der
Multimetalloxidmasse A enthaltenden Gemisch (Ausgangsmasse 3) kann
sowohl trocken als auch nass erfolgen. Im letzteren Fall muss lediglich
darauf geachtet werden, dass die vorgebildeten Phasen (Kristallite)
B und gegebenenfalls C nicht in Lösung gehen. In wässrigem
Medium ist letzteres bei pH-Werten, die nicht zu stark von 7 abweichen
und bei nicht zu hohen Temperaturen üblicherweise gewährleistet.
Erfolgt das innige in Kontakt bringen nass, wird abschließend normalerweise
zum erfindungsgemäß thermisch
zu behandelnden innigen Trockengemisch getrocknet (z.B. durch Sprühtrocknen).
Im Rahmen eines trockenen Mischens fällt eine solche Trockenmasse
automatisch an. Selbstredend können
die feinteilig vorgebildeten Phasen B und gegebenenfalls C auch
in ein plastisch verformbares Gemisch, das die Quellen der elementaren
Konstituenten der Multimetalloxidmasse A enthält, eingearbeitet werden, wie
es die
Erfindungsgemäß zweckmäßig kann
man auch so vorgehen, dass man die Quellen der Multielementoxidmasse
A innig mischt (z.B. in wässrigem Medium
lösen und/oder
suspendieren und anschließend
das wässrige
Gemisch sprühtrocknen)
und die dabei resultierende feinteilige Ausgangsmasse 3 mit der
feinteiligen Ausgangsmasse 1 sowie gegebenenfalls 2 vermengt und
unter Zusatz von Wasser sowie gegebenenfalls sonstigem Plastifizierungsmittel
miteinander verknetet. Das Vermengen kann in einer speziellen Mischvorrichtung
außerhalb
des Kneters oder auch im Kneter selbst (Änderung der Laufrichtung) erfolgen.
Letzteres ist vorteilhaft. Die Knetmasse wird anschließend extrudiert
und die extrudierten Stränge
getrocknet. Nachfolgend können
die extrudierten Stränge
wie beschrieben erfindungsgemäß thermisch
behandelt werden. Das dabei anfallende Calcinationsgut wird danach
normalerweise gemahlen und wie in der
Als Quellen der Multielementoxidmasse A kommen prinzipiell all jene in Betracht, die auch als Quellen für die Multielementoxidmassen I geeignet sind.As In principle, all sources of the multielement oxide mass A come into consideration, which are also sources for the multielement oxide masses I are suitable.
Als Plastifizierungsmittel sind dabei im wesentlichen alle Lösungsmittel geeignet, die bei Temperaturen bis etwa 360°C weitgehend rückstandsfrei verdampfen oder sich weitgehend rückstandfrei zersetzen.As Plasticizers are essentially all solvents suitable, which evaporate largely residue-free at temperatures up to about 360 ° C or become largely residue-free decompose.
Das Plastifizierungsmittel wird in zweckmäßiger Weise so gewählt, dass es das feinteilige Trockengemisch aus den Ausgangsmassen 1, 3 und gegebenenfalls 2 gut benetzt. Geeignete Plastifizierungsmittel sind neben Wasser Carbonsäuren, die verzweigt oder geradkettig, gesättigt oder ungesättigt sein können, wie z.B. Ameisensäure und Essigsäure, primäre oder sekundäre C1- bis C8-Alkohole, wie Methanol, Ethanol, 2-Propanol, aber auch Aldehyde oder Ketone wie Aceton und Gemische davon.The plasticizer is expediently chosen such that it wets the finely divided dry mixture from starting materials 1, 3 and, if appropriate, 2 well. In addition to water, suitable plasticizers are carboxylic acids which are branched or straight-chain, saturated or unsaturated can be, for example formic acid and acetic acid, primary or secondary C 1 to C 8 alcohols, such as methanol, ethanol, 2-propanol, but also aldehydes or ketones such as acetone and mixtures thereof.
Als Kneter können z.B. kontinuierliche Schneckenkneter oder Trogkneter verwendet werden. Kontinuierliche Schneckenkneter weisen eine oder mehrerer achsparallele, in einem zylindrischen Gehäuse angeordnete Schnecken auf, die auf einer Welle Knet- und Transportelemente aufweisen, die das an einem Ende des Kneters aufgegebene Material zum Austrittsende des Kneters befördern und gleichzeitig plastifizieren und homogenisieren. Anwendungstechnisch zweckmäßig sind Trogkneter mit wenigstens zwei horizontal gelagerten Rotoren, z.B. ein sogenannter doppelschaufliger Trogkneter mit zwei gegenläufig rotierbaren Knetschaufeln in einem Doppelmuldentrog. Die Rotoren können unterschiedliche Formen wie Sigma-, Mastikator-, Nabenform usw. aufweisen. Die Kneter können chargenweise oder kontinuierlich arbeiten. Alternativ kann man auch schnelllaufende Intensivmischer wie Pflugscharmischer oder Schräglagemischer oder einen vergleichsweise langsam laufenden Simpsonmischer verwenden, die gegebenenfalls mit hochtourig laufenden Messerelementen ausgerüstet sind.As Kneaders can e.g. continuous screw kneaders or trough kneaders can be used. Continuous screw kneaders have one or more axially parallel, in a cylindrical housing arranged snails on the shaft kneading and transport elements have the material fed to one end of the kneader convey to the outlet end of the kneader and plasticize at the same time and homogenize. Trough kneaders with at least two horizontally mounted rotors, e.g. a so-called double-shovel Trough kneader with two opposite directions rotating kneading blades in a double bowl. The rotors can different shapes such as sigma, masticator, hub shape etc. exhibit. The kneaders can work batchwise or continuously. Alternatively you can high-speed intensive mixers such as ploughshare mixers or tilt mixers or use a comparatively slow running Simpson mixer, which may be equipped with high-speed knife elements.
Es ist günstig, wenn das Verkneten bei Temperaturen von weniger als 90°C, vorzugsweise weniger als 80°C und besonders bevorzugt weniger als 60°C erfolgt. In der Regel wird die Temperatur beim Verkneten mehr als 0°C und meist 20 bis 45°C betragen.It is cheap if kneading at temperatures less than 90 ° C, preferably less than 80 ° C and particularly preferably less than 60 ° C. Usually will the temperature during kneading is more than 0 ° C and usually 20 to 45 ° C.
Weiterhin ist es günstig, wenn das Verkneten weniger als 10 Stunden, vorzugsweise weniger als 3 Stunden und besonders bevorzugt weniger als 1 Stunde in Anspruch nimmt. In der Regel wird das Verkneten mehr als 15 min in Anspruch nehmen.Farther is it convenient if the kneading is less than 10 hours, preferably less than 3 hours and particularly preferably less than 1 hour takes. As a rule, kneading takes more than 15 minutes to take.
Die nach dem Verkneten erhaltene plastische („plastisch" bzw. „pastenförmig" bezeichnet eine Konsistenz die kohärent ist und nicht wie ein Pulver aus diskreten Teilchen besteht und erst unter Einwirkung einer bestimmten Kraft verformbar ist und nicht, wie eine Lösung oder Suspension, bereitwillig die Gestalt eines Gefäßes annimmt) Masse kann unmittelbar zu Formkörpern beliebiger Geometrie geformt und diese Formkörper nach ihrer Trocknung erfindungsgemäß thermisch behandelt werden, wodurch unmittelbar Vollkatalysatoren erhalten werden können. Hierzu ist die Anwendung eines Extruders (alternativ kann ein Alexanderwerk oder eine Strangpresse verwendet werden) besonders geeignet. Häufig wird das Extrudat eine Strangform mit einem Durchmesser von z.B. 1 bis 20 mm, häufig 3 bis 10 mm, auf einer Länge von z.B. 0,5 bis 20 cm aufweisen. Die Stränglinge können dann, wie bereits beschrieben, getrocknet, thermisch behandelt, gemahlen und das Mahlgut zu Schalenkatalysatoren verarbeitet werden. Die Trocknung wird in der Regel bei 50 bis 180°C, meist bei etwa 120 bis 130°C (in zweckmäßiger Weise im Luftstrom) durchgeführt werden.The plasticity obtained after kneading ("plastic" or "pasty" denotes a consistency which is coherent and not like a powder consists of discrete particles and only is deformable under the action of a certain force and not, like a solution or suspension, willingly takes the form of a vessel) Mass can immediately form moldings arbitrary geometry shaped and these moldings according to the invention thermally after drying are treated, which immediately obtain full catalysts can be. For this is the use of an extruder (alternatively an Alexanderwerk or an extrusion press can be used). Frequently the extrudate is a strand shape with a diameter of e.g. 1 to 20 mm, often 3 to 10 mm, on one length from e.g. Have 0.5 to 20 cm. The strands can then, as already described, dried, thermally treated, ground and the regrind to shell catalysts are processed. Drying is usually at 50 to 180 ° C, mostly at about 120 to 130 ° C (appropriately in the air flow) become.
Generell bestehen die feinteiligen Ausgangsmassen 1, 2 erfindungsgemäß vorteilhaft aus Partikeln, deren Größtdurchmesser d (längste durch den Schwerpunkt der Partikel gehende Verbindungsstrecke zweier auf der Oberfläche der Partikel befindlicher Punkte) > 0 bis 300 μm, vorzugsweise 0,01 bis 100 μm und besonders bevorzugt 0,05 bis 20 μm beträgt. Selbstverständlich können die Partikeldurchmesser d aber auch 0,01 bis 150 μm oder 0,5 bis 50 μm betragen.As a general rule the finely divided starting materials 1, 2 are advantageous according to the invention from particles whose size diameter d (longest connecting path of two passing through the center of gravity of the particles on the surface the points of the particles)> 0 up to 300 μm, preferably 0.01 to 100 μm and is particularly preferably 0.05 to 20 μm. Of course they can Particle diameter d can also be 0.01 to 150 μm or 0.5 to 50 μm.
Es ist möglich, dass die erfindungsgemäß zu verwendenden Ausgangsmassen 1, 2 eine spezifische Oberfläche O (bestimmt nach DIN 66131 durch Gasadsorption (N2) gemäß Brunner-Emmert-Teller (BET)) aufweisen, die ≤ 80 m2/g, häufig ≤ 50 m2/g oder ≤ 10 m2/g und teilweise ≤ 1 m2/g beträgt. In der Regel wird O > 0,1 m2/g betragen.It is possible that the starting materials 1, 2 to be used according to the invention have a specific surface O (determined according to DIN 66131 by gas adsorption (N 2 ) according to Brunner-Emmert-Teller (BET)), which is ≤ 80 m 2 / g, frequently ≤ 50 m 2 / g or ≤ 10 m 2 / g and sometimes ≤ 1 m 2 / g. As a rule, O> 0.1 m 2 / g.
Prinzipiell können die Ausgangsmassen 1, 2 erfindungsgemäß sowohl amorph und/oder kristallin vorliegend eingesetzt werden.in principle can the starting materials 1, 2 according to the invention are both amorphous and / or crystalline be used.
Günstig ist
es, wenn die Ausgangsmassen 1, 2 aus Kristalliten von Oxometallaten
B (z.B. solchen der allgemeinen Formeln V bis IX) und Kristallaten von
Oxometallaten C, wie sie vorstehend beschrieben wurden, bestehen.
Wie bereits angeführt,
sind solche Oxometallate B z.B. nach den Verfahrensweisen der
Prinzipiell können Oxometallate B enthaltende bzw. aus Oxometallaten B bestehende Multielementoxidmassen B in einfacher Weise dadurch hergestellt werden, dass man von geeigneten Quellen ihrer elementaren Konstituenten ein möglichst inniges, vorzugsweise feinteiliges, ihrer Stöchiometrie entsprechend zusammengesetztes Trockengesmich erzeugt und dieses bei Temperaturen (Materialguttemperaturen) von 200 bis 1000°C, vorzugsweise 250 bis 900°C bzw. 700 bis 850°C mehrere Stunden unter Intertgas, z.B. Stickstoff, einem Gemisch aus Inertgas und Sauerstoff oder bevorzugt an der Luft calciniert, wobei die Calcinationsdauer einige Minuten bis einige Stunden betragen kann. Dabei kann die Calcinationsatmosphäre zusätzlich Wasserdampf enthalten. Eine Calcination unter reinem Sauerstoff ist ebenfalls möglich. Als Quellen für die elementaren Konstituenten der Multimetalloxidmasse B 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. Neben den Oxiden kommen als solche Ausgangsverbindungen vor allem Halogenide, Nitrate, Formiate, Oxalate, Citrate, Acetate, Carbonate, Amminkomplexsalze, Ammoniumsalze und/oder Hydroxide in Betracht (Verbindungen wie NH4OH, (NH4)2CO3, NH4NO3, NH4CHO2, CH3COOH, NH4CH3CO2 oder Ammoniumoxalat, die spätestens beim späteren Calcinieren zu gasförmig entweichenden Verbindungen zerfallen und/oder zersetzt werden können, können zusätzlich eingearbeitet werden).In principle, multi-element oxide masses B containing oxometalates B or consisting of oxometalates B can be produced in a simple manner by generating an intimate, preferably finely divided, dry mixture of suitable elementary constituents according to their stoichiometry and this at temperatures (material material temperatures) of 200 up to 1000 ° C, preferably 250 to 900 ° C or 700 to 850 ° C for several hours under inert gas, for example nitrogen, a mixture of inert gas and oxygen or, preferably, in air, the calcination time being from a few minutes to a few hours. The calcination atmosphere can additionally contain water vapor. Calcination under pure oxygen is also possible. Suitable sources for the elemental constituents of the multimetal oxide mass B 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. Next the oxides are, in particular, halides, nitrates, formates, oxalates, citrates, acetates, carbonates, amine complex salts, 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 or ammonium oxalate, which can decompose and / or decompose into gaseous compounds at the latest during later calcination, can also be incorporated).
Das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Multielementoxidmassen B kann in trockener Form 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 erfolg 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 Trockenverfahren 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. Anschließend wird die getrocknete Masse wie oben bereits beschrieben calciniert.The intimate mixing of the starting compounds for the production of multielement oxide masses B can be done in dry or wet form. Is it done in dry form, the starting compounds are expedient 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 Dry 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. Then will the dried mass is calcined as described above.
Eine bevorzugte Herstellweise von Oxometallaten B (X7 1CuhHjOy mit X = Mo u./o. W) besteht darin, eine wässrige Lösung von Ammoniumheptamolybolat und Ammoniumparawolframat mit einer wässrigen ammoniakalischen Lösung von Kupfercarbonat (z.B. der Zusammensetzung Cu(OH)2CO3) bzw. Kupferacetat und/oder Kupferformiat zu versetzen, die resultierende Mischung zu trocknen, z.B. sprühzutrocknen, und das erhaltene Trockengemisch, gegebenenfalls nach einer anschließenden Verknetung und Verstrangung sowie Trocknung, wie beschrieben zu calcinieren.A preferred way of producing oxometalates B (X 7 1 Cu h H j O y with X = Mo u./o. W) is to mix an aqueous solution of ammonium heptamolybolate and ammonium paratungstate with an aqueous ammoniacal solution of copper carbonate (e.g. the composition Cu ( OH) 2 CO 3 ) or copper acetate and / or copper formate, drying the resulting mixture, for example spray drying, and calcining the resulting dry mixture, if appropriate after subsequent kneading and extrusion and drying, as described.
In einer anderen Herstellvariante der Multielementoxidmassen B erfolgt die thermische Behandlung des Gemisches der verwendeten Ausgangsverbindungen in einem Überdruckgefäß (Autoklav) in Gegenwart von überatmosphärischen Druck aufweisendem Wasserdampf bei Temperaturen im Bereich von > 100 bis 600°C. Der Druckbereich erstreckt sich in typischer Weise auf bis zu 500 atm, vorzugsweise auf bis zu 250 atm. Mit besonderem Vorteil erfolgt diese hydrothermale Behandlung im Temperaturbereich von > 100 bis 374,15°C (kritische Temperatur des Wassers), in dem Wasserdampf und flüssiges Wasser unter den sich einstellenden Drucken koexistieren.In another manufacturing variant of the multielement oxide masses B. the thermal treatment of the mixture of the starting compounds used in a pressure vessel (autoclave) in the presence of super-atmospheric Pressurized water vapor at temperatures in the range of> 100 to 600 ° C. The print area typically extends up to 500 atm, preferably up to 250 atm. This is particularly advantageous when hydrothermal Treatment in the temperature range from> 100 to 374.15 ° C (critical temperature of the Water), in which water vapor and liquid water are among themselves setting presses coexist.
Die wie ebenda beschriebenen erhältlichen Multielementoxidmassen B, die Oxometallate B eines einzelnen Strukturtyps oder eine Mischung von Oxometallaten B verschiedener Strukturtypen enthalten können, oder ausschließlich aus Oxometallaten B eines einzelnen Strukturtyps oder aus einer Mischung von Oxometallaten verschiedener Strukturtypen bestehen, können nun, gegebenenfalls nach Mahlung und/oder Klassierung auf gewünschte Größen, als erfindungsgemäß benötigte Ausgangsmasse 1 eingesetzt werden.The available multi-element oxide materials as described above B, the oxometalates B of a single structure type or a mixture of oxometalates B of different structure types can contain, or exclusively from oxometalates B of a single structure type or from one Mixture of oxometalates of different structure types exist, can well, if necessary after grinding and / or classification to desired sizes, as Starting mass required according to the invention 1 can be used.
Die
Multimetalloxidmassen C können
prinzipiell in derselben Weise hergestellt werden wie die Multimetalloxidmassen
3. Die Calcination des innigen Trockengemisches erfolgt im Fall
der Multimetalloxidmasse C zweckmäßigerweise bei Temperaturen
(Materialguttemperaturen) von 250 bis 1200°C, vorzugsweise von 250 bis
850°C. Die
Calcination kann unter Inertgas, z.B. Stickstoff, aber auch unter einem
Gemisch aus Inertgas und Sauerstoff wie z.B. Luft oder auch unter
reinem Sauerstoff erfolgen. Eine Calcination unter einer reduzierenden
Atmosphäre ist
ebenfalls möglich.
Als solche reduzierend wirkenden Gase können z.B. Kohlenwasserstoffe
wie Methan, Aldehyde wie z.B. Acrolein oder Ammoniak verwendet werden.
Die Calcination kann aber auch unter einem Gemisch aus O2 und reduzierend wirkenden Gasen erfolgen,
wie es beispielsweise in der
Erfindungsgemäß bevorzugt
werden Multielementoxidmassen C verwendet, die dadurch erhältlich sind,
dass man von Quellen der elementaren Konstituenten der Multielementoxidmasse
C, die wenigstens einen Teil, vorzugsweise die Gesamtmenge, des
Antimons in der Oxidationsstufe +5 enthalten, ein Trockengemisch
herstellt und dieses bei Temperaturen (Materialguttemperaturen)
von 200 bis 1200°C, vorzugsweise
von 200 bis 850°C
und besonders bevorzugt von 300 bis 600°C calciniert. Derartige Multimetalloxidmassen
C sind z. B. nach den in der
Bei dem wie eben beschriebenen Verfahren kann man z.B. wässrige Wasserstoffperoxidlösungen mit einem H2O2-Gehalt von 5 bis 33 Gew.-% verwenden. Eine nachträgliche Zugabe von geeigneten Ausgangsverbindungen der übrigen elementaren Konstituenten des Oxometallats C ist vor allem dann zu empfehlen, wenn diese das Wasserstoffperoxid katalytisch zu zersetzen vermögen. Selbstverständlich könnte man aber auch das Antimon(V)oxidhydroxid aus dem wäsrigen Medium isolieren und z.B. mit geeigneten feinteiligen Ausgangsverbindungen der übrigen elementaren Konstituenten des Oxometallats C sowie gegebenenfalls weiteren Sb-Ausgangsverbindungen innig vermischen und anschließend dieses innige Gemisch wie beschrieben calcinieren.In the process as just described, for example, aqueous hydrogen peroxide solutions with an H 2 O 2 content of 5 to 33% by weight can be used. Subsequent addition of suitable starting compounds of the other elementary constituents of oxometalate C is particularly recommended if they are able to catalytically decompose the hydrogen peroxide. Of course, it would also be possible to isolate the antimony (V) oxide hydroxide from the aqueous medium and, for example, to mix it intimately with suitable finely divided starting compounds of the other elemental constituents of oxometalate C and, if appropriate, further Sb starting compounds, and then calcining this intimate mixture as described.
Wesentlich ist, dass es sich bei den Elementquellen der Oxometallate C, entweder bereits um Oxide handelt, oder um solche Verbindungen, die durch Erhitzen, gegebenenfalls in Anwesenheit von Sauerstoff, in Oxide überführbar sind. Neben den Oxiden kommen daher als Ausgangsverbindungen vor allem Halogenide, Nitrate, Formiate, Oxalate, Acetate, Carbonate und/oder Hydroxide in Betracht (Verbindungen wie NH4OH, (NH4)2CO3, NH4NO3, NH4CHO2, CH3COOH, NH4CH3CO2 oder Amtnoniumoxalat, die spätestens beim späteren Calcinieren zu gasförmig entweichenden Verbindun gen zerfallen und/oder zersetzt werden können, können zusätzlich eingearbeitet werden).It is essential that the element sources of oxometalates C are either already oxides, or compounds that can be converted into oxides by heating, if appropriate in the presence of oxygen. In addition to the oxides, halides, nitrates, formates, oxalates, acetates, carbonates and / or hydroxides are therefore particularly suitable as starting compounds (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 or Amtnonium oxalate, which can decompose and / or decompose into gaseous compounds at the latest during the later calcination, can also be incorporated).
Generell kann auch zur Herstellung von Oxometallaten C das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen in trockener oder in nasser Form erfolgen. Erfolgt es in trockener Form, werden die Ausgangsverbindungen zweckmäßigerweise als feinteilige Pulver eingesetzt. Vorzugsweise erfolgt das innige Vermischen jedoch in nasser Form. Üblicherweise werden die Ausgangsverbindungen dabei in Form einer wässrigen Lösung und/oder Suspension miteinander vermischt. Nach Abschluss des Mischvorgangs wird die fluide Masse getrocknet und nach Trocknung calciniert. Vorzugsweise erfolgt auch hier die Trocknung durch Sprühtrocknung. Nach erfolgter Calcinierung können die Oxometallate C nochmals zerkleinert (z.B. durch Nass- oder Trockenmahlen, z.B. in der Kugelmühle oder durch Strahlmahlen) und aus dem dabei erhältlichen, in der Regel aus im wesentlichen kugelförmigen Partikeln bestehenden, Pulver die Kornklasse mit einem für das erfindungsgemäß erhältliche Multielementoxid (III) gewünschten Größtdurchmesserbereich liegenden Korngrößtdurchmesser durch in an sich bekannter Weise durchzuführendes Klassieren (z.B. Nass- oder Trockensiebung) abgetrennt werden. Eine bevorzugte Herstellweise von Oxometallaten C der allgemeinen Formel (Cu, Zn)1SbhHiOy besteht darin, Antimontrioxid und/oder Sb2O4 in wässrigem Medium mittels Wasserstoffperoxid zunächst in eine, vorzugsweise feinteilige, Sb (V)-Verbindung, z.B. Sb (V)-Oxidhydroxidhydrat, überzuführen, die dabei resultierende wässrige Suspension mit einer ammoniakalischen wässrigen Lösung von Zn- und/oder Cu-Carbonat (das z.B. die Zusammensetzung Cu2(OH)2CO3 aufweisen kann) bzw. Zn- und/oder Cu-Acetat und/oder -Formiat zu versetzen, die resultierende wässrige Mischung zu trocknen, z. B. wie beschrieben sprühzutrocknen, und das erhaltene Pulver, gegebenenfalls nach anschließendem Verkneten mit Wasser und darauffolgendem Verstrangen und Trocknen, wie beschrieben zu calcinieren. Unter günstigen Umständen können die Oxometallate B und die Oxometallate C in miteinander vergesellschafteter Form hergestellt werden. In diesen Fällen wird ein Gemisch aus Kristallisaten der Oxometallate B und Kristalliten der Oxometallate C erhalten, das unmittelbar als Ausgangsmasse 1 + 2 eingesetzt werden kann.In general, the intimate mixing of the starting compounds can also be carried out in dry or wet form for the preparation of oxometalates C. If it is in dry form, the starting compounds are expediently used as finely divided powders. However, the intimate mixing is preferably carried out in wet form. The starting compounds are usually mixed together in the form of an aqueous solution and / or suspension. After the mixing process is complete, the fluid mass is dried and, after drying, calcined. Here, too, drying is preferably carried out by spray drying. After the calcination has taken place, the oxometalates C can be comminuted again (for example by wet or dry milling, for example in a ball mill or by jet milling) and the powder, which generally consists of essentially spherical particles, has the particle size class with a powder available for the invention Multielementoxid (III) desired particle size range lying grain size diameter by separating in a conventional manner to be carried out (eg wet or dry screening). A preferred way of producing oxometalates C of the general formula (Cu, Zn) 1 Sb h H i O y consists in antimony trioxide and / or Sb 2 O 4 in an aqueous medium using hydrogen peroxide first in a, preferably finely divided, Sb (V) compound , for example Sb (V) oxide hydroxide hydrate, the resulting aqueous suspension with an ammoniacal aqueous solution of Zn and / or Cu carbonate (which may have the composition Cu 2 (OH) 2 CO 3 ) or Zn- and / or Cu acetate and / or formate to dry the resulting aqueous mixture, e.g. B. spray drying as described, and the powder obtained, optionally after subsequent kneading with water and subsequent extrusion and drying, as described. Under favorable circumstances, the oxometalates B and the oxometalates C can be produced in a socialized form. In these cases, a mixture of crystals of oxometalates B and crystallites of oxometalates C is obtained, which can be used directly as starting material 1 + 2.
Zur Herstellung einer als Ausgangsmasse 3 geforderten wässrigen Lösung bedarf es ausgehend von den bereits genannten Quellen der elementaren Konstituenten in der Regel der Anwendung erhöhter Temperaturen. In der Regel werden Temperaturen ≥ 60°C, meist ≥ 70 C, im Normalfall jedoch ≤ 100°C angewendet. Letzteres und das Nachfolgende gilt insbesondere dann, wenn als Mo-Elementquelle das Ammoniumheptamolybdattetrahydrat [AHM = (NH4)6Mo7O24·4H2O] und/oder als Vanadinquelle Ammoniummetavanadat [AMV = NH4VO3] verwendet wird. Als besonderes schwierig gestalten sich die Verhältnisse dann, wenn das Element W Bestandteil der wässrigen Aus- Ausgangsmasse 3 ist und Ammoniumparawolframatheptahydrat [AFW = (NH4)10W12O41·7H2O] neben wenigstens einer der beiden vorgenannten Elementquellen als Ausgangsverbindung der relevanten wässrigen Lösung eingesetzt wird.To produce an aqueous solution required as starting material 3, starting from the sources of the elemental constituents already mentioned, the use of elevated temperatures is generally required. Usually temperatures ≥ 60 ° C, mostly ≥ 70 C, but normally ≤ 100 ° C are used. The latter and the following applies in particular if the ammonium heptamolybdate tetrahydrate [AHM = (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O] and / or the vanadium source ammonium metavanadate [AMV = NH 4 VO 3 ] is used as the Mo element source. As a special difficult, conditions designed, when the element W component of the aqueous training is starting material 3 and ammonium paratungstate [AFW = (NH 4) 10 W 12 O 41 · 7H 2 O] in addition to at least one of the two above-mentioned element sources as the starting compound of relevant aqueous solution is used.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass bei erhöhten Temperaturen als Ausgangsmasse 3 hergestellte wässrige Lösungen beim und nach dem anschließenden Abkühlen unter die Lösetemperatur, selbst bei Gehalten des Elementes Mo von ≥ 10 Gew.-% und Abkühltemperaturen von bis zu 20°C oder darunter (meist nicht < 0°C), bezogen auf die wässrige Lösung, im Normalfall stabil sind. D.h., beim oder nach dem Abkühlen der wässrigen Lösung fällt kein Feststoff aus. Vorgenannte Aussage gilt in der Regel auch noch bei entsprechend bezogenen Mo-Gehalten von bis zu 20 Gew.-%. Ähnliches gilt für V und W.It has now surprisingly been found that aqueous solutions prepared as starting material 3 at elevated temperatures during and after the subsequent cooling below the dissolving temperature, even when the Mo element is ≥ 10% by weight and cooling temperatures of up to 20 ° C. or below ( usually not <0 ° C), based on the aqueous solution, are normally stable. That is, no solid precipitates out during or after cooling of the aqueous solution. As a rule, the above statement also applies to correspondingly obtained Mo contents of up to 20% by weight. The same applies to V and W.
Üblicherweise beträgt der Mo-Gehalt von solchen auf Temperaturen von bis zu 20°C oder darunter (meist nicht unter 0°C) abgekühlten, als Ausgangsmasse 3 geeigneten, wässrigen Lösungen, auf die Lösungen bezogen, nicht mehr als 35 Gew.-%.Usually is the Mo content of such at temperatures up to 20 ° C or below (usually not below 0 ° C) cooled, as starting mass 3 suitable aqueous solutions, based on the solutions, not more than 35% by weight.
Vorstehender Befund wird darauf zurückgeführt, dass beim Lösen bei erhöhter Temperatur offensichtlich Verbindungen der relevanten Elemente entstehen, die eine erhöhte Wasserlöslichkeit aufweisen. Diese Vorstellung wird dadurch gestützt, dass auch der aus einer solchen wässrigen Lösung durch Trocknung erhältliche Rückstand (z.B. Sprühtrocknung) eine in entsprechender Weise erhöhte (auch bei den entsprechenden tiefen Temperaturen) Löslichkeit in Wasser aufweist.Prominent Findings are attributed to the fact that when loosening with increased Temperature obviously connections of the relevant elements arise the one elevated Water exhibit. This idea is supported by the fact that the one such watery solution obtainable by drying Residue (e.g. spray drying) a correspondingly increased (even at the corresponding low temperatures) solubility in water.
Zweckmäßigerweise wird daher wie folgt vorgegangen. Bei einer Temperatur TL ≥ 60°C (z.B. bei bis zu 65°C, oder bei bis zu 75°C, oder bei bis zu 85°C, oder bei bis zu 95°C oder bei ≤ 100°C) wird eine als Ausgangsmasse 3 geeignete wässrige Lösung erzeugt. In diese wässrige Lösung werden dann nach Abkühlung auf eine Temperatur TE < TL die feinteiligen festen Ausgangsmassen 1, 2 eingearbeitet. Häufig wird TL > 70°C und TE ≤ 70°C betragen. Bei Inkaufnahme von etwas geringeren Lösegeschwindigkeiten und geringeren Feststoffgehalten ist aber auch TL ≤ 60°C möglich.It is therefore expedient to proceed as follows. At a temperature T L ≥ 60 ° C (e.g. at up to 65 ° C, or at up to 75 ° C, or at up to 85 ° C, or at up to 95 ° C or at ≤ 100 ° C) as a starting mass 3 suitable aqueous solution. After cooling to a temperature T E <T L, the finely divided solid starting materials 1, 2 are then incorporated into this aqueous solution. Often T L will be > 70 ° C and T E ≤ 70 ° C. When accepting somewhat lower dissolving speeds and lower solids contents, however, T L ≤ 60 ° C is also possible.
Die Einarbeitung der vorpräparierten festen Ausgangsmassen 1, 2 in die wässrige Ausgangsmasse 3 (wässrige Lösung oder wässrige Suspension oder mit Wasser angeteigte Masse) erfolgt üblicherweise durch Zugabe der Ausgangsmassen 1, 2 in die, wie bereits ausgeführt, abgekühlte wässrige Ausgangsmasse 3 und anschließendes mechanisches Vermischen, z.B. unter Verwendung von Rühr- oder Dispergierhilfsmitteln, über einen Zeitraum von wenigen Minuten bis Stunden, bevorzugt in einem Zeitraum von 20 bis 40 min. Wie bereits ausgeführt, ist es erfindungsgemäß besonders günstig, wenn die Einarbeitung der festen Ausgangsmassen 1, 2 in die wässrige Aus gangsmasse 3 bei Temperaturen ≤ 70°C, bevorzugt bei Temperaturen ≤ 60°C und besonders bevorzugt bei Temperaturen < 40°C erfolgt. In der Regel wird die Einarbeitungstemperatur ≥ 0°C betragen.The Incorporation of the prepared solid starting materials 1, 2 into the aqueous starting material 3 (aqueous solution or aqueous Suspension or mass made with water) is usually done by adding the starting materials 1, 2 into the, as already stated, cooled aqueous starting material 3 and subsequent mechanical mixing, e.g. using stirring or Dispersing aids, about a period of a few minutes to hours, preferably in one period from 20 to 40 min. As already stated, it is special according to the invention Cheap, if the incorporation of the solid starting materials 1, 2 into the aqueous starting material 3 at temperatures ≤ 70 ° C, preferred at temperatures ≤ 60 ° C and especially preferably at temperatures <40 ° C. In As a rule, the incorporation temperature will be ≥ 0 ° C.
Weiterhin ist es günstig, wenn die Einarbeitung der festen Ausgangsmassen 1, 2 in eine wässrige Ausgangsmasse 3 hinein erfolgt, deren pH-Wert bei 25°C 4 bis 7, bevorzugt 5 bis 6,5 beträgt. Letzteres kann z. B. dadurch erreicht werden, dass man der wässrigen Ausgangsmasse 3 ein oder mehrere pH-Puffersysteme zusetzt. Als solche eignet sich beispielsweise ein Zusatz von Ammoniak und Essigsäure und/oder Ameisensäure oder ein Zusatz von Ammoniumacetat und/oder Ammoniumformiat. Selbstverständlich kann bezüglich des vorgenannten Verwendungszwecks auch Ammoniumcarbonat mit verwendet werden. Die Trocknung der bei Einarbeitung der Ausgangsmassen 1, 2 in die wässrige Ausgangsmasse 3 erhaltenen wässrigen Mischung erfolgt üblicherweise durch Sprühtrocknung. Dabei werden zweckmäßigerweise Austrittstemperaturen von 100 bis 150°C eingestellt. Wie immer in dieser Schrift kann sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom sprühgetrocknet werden.Farther is it convenient if the incorporation of the solid starting materials 1, 2 into an aqueous starting material 3 takes place, the pH at 25 ° C 4 to 7, preferably 5 to 6.5 is. The latter can e.g. B. can be achieved by the aqueous Starting mass 3 adds one or more pH buffer systems. As such For example, an addition of ammonia and acetic acid and / or is suitable formic acid or an addition of ammonium acetate and / or ammonium formate. Of course you can in terms of ammonium carbonate is also used for the aforementioned purpose become. The drying of the starting masses 1, 2 in the watery Initial mass 3 obtained aqueous Mixing is usually done by spray drying. It will be convenient Outlet temperatures of 100 to 150 ° C set. As always in this document can be spray-dried both in cocurrent and in countercurrent become.
Eigene Untersuchungen haben ergeben, dass beim erfindungsgemäßen thermischen Behandeln des die Ausgangsmassen 1, 3 und gegebenenfalls 2 enthaltenden innigen Trockengemischs der Strukturtyp der in den Ausgangsmassen 1, 2 enthaltenen Kristallite im wesentlichen erhalten bleibt, oder sich allenfalls in andere Strukturtypen umwandelt. Ein Verschmelzen (Ineinanderlösen) der Bestandteile der Ausgangsmassen 1, 2 untereinander oder mit jenen der Ausgangsmasse 3 findet jedoch im wesentlichen nicht statt.own Studies have shown that in the thermal Treating those containing starting materials 1, 3 and optionally 2 intimate dry mix the structure type in the starting masses 1, 2 contained crystallites is essentially preserved, or itself at most converted into other structure types. A fusion of the Components of the starting materials 1, 2 with each other or with those the starting mass 3 does not take place essentially.
Dies eröffnet, wie bereits oben angedeutet, die Möglichkeit, nach Mahlen der vorgebildeten Ausgangsmassen 1, 2 die Kornklasse mit einem im für die Multielementoxidmasse (III) gewünschten Größtdurchmesser (in der Regel > 0 bis 300 μm, vorzugsweise 0,01 bis 100 μm und besonders bevorzugt 0,05 bis 20 μm) durch in an sich bekannter Weise durchzuführendes Klassieren (z.B. Nass- oder Trockensiebung) abzutrennen und so zur Herstellung der gewünschten Multielementoxidmasse maßgeschneidert einzusetzen.This opened, as already indicated above, the possibility after grinding the preformed starting masses 1, 2 the grain class with an im for the multi-element oxide mass (III) desired maximum diameter (usually> 0 up to 300 μm, preferably 0.01 to 100 μm and particularly preferably 0.05 to 20 μm) by means known per se Way to do Classification (e.g. wet or dry sieving) to separate Making the desired Multi-element oxide mass tailor-made use.
Prinzipiell können die erfindungsgemäß erhältlichen Multielementoxidmassen III ebenso wie die erfindungsgemäß erhältlichen Multielementoxidaktivmassen I, II in Pulverform als Katalysatoren für dieheterogen katalysierte partielle Gasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure eingesetzt werden (z.B. in einem Wirbelbett oder Fließbettreaktor).in principle can those obtainable according to the invention Multielementoxidmassen III as well as those obtainable according to the invention Multielement oxide active materials I, II in powder form as catalysts for the heterogeneous catalyzed partial gas phase oxidation of acrolein to acrylic acid used (e.g. in a fluidized bed or fluid bed reactor).
Ebenso wie die Multielementoxidaktivmassen I, II werden aber auch die Multielementoxidaktivmassen III vorzugsweise zu Formkörpern bestimmter Geometrie geformt als Katalysatoren für die vorgenannte Partialoxidation eingesetzt. Die Formgebung und Auswahl der Geometrie kann dabei wie für die Multielementoxidaktivmassen I, II bereits beschrieben erfolgen.As well like the multi-element oxide active materials I, II but also the multi-element oxide active materials III preferably to moldings certain geometry shaped as catalysts for the aforementioned partial oxidation used. The shaping and selection of the geometry can be done as for the multielement oxide active materials I, II have already been described.
D.h., entweder das innige, noch erfindungsgemäß thermisch zu behandelnde, Trockengemisch oder die aus selbigem erfindungsgemäß erhaltene Multielementoxidaktivmasse III selbst können auf vorgeformte inerte Katalysatorträger aufgetragen werden. Im ersteren Fall wird die erfindungsgemäße thermische Behandlung nach erfolgter Katalysatorträgerbeschichtung vorgenommen. Vorzugsweise wird nach der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung auf den Katalysatorträger aufgebracht.That is, either the intimate dry mixture which is still to be thermally treated according to the invention or the multielement oxide active composition III itself obtained from the same according to the invention can be applied to preformed inert catalyst supports. In the former case, the thermal treatment according to the invention is carried out after the catalyst carrier coating made. It is preferably applied to the catalyst support after the thermal treatment according to the invention.
Dabei können die üblichen Trägermaterialien wie poröse oder unporöse Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Thoriumdioxid, Zirkondioxid, Siliciumcarbid oder Silicate wie magnesium- oder Aluminiumsilicat verwendet werden. 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 z.B. die Verwendung von im wesentlichen unporösen, oberflächenrauhen, kugelförmigen Trägern aus Steatit, deren Durchmesser 1 bis 8 mm, bevorzugt 4 bis 5 mm beträgt. Die Schichtdicke der Aktivmasse wird zweckmäßigerweise als im Bereich 50 bis 500 μm, bevorzugt im Bereich 150 bis 250 μm liegend, gewählt. Es können als Trägerkörper aber auch wie bereits beschrieben Hohlzylinder (Ringe) verwendet werden. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass bei der Herstellung solcher Schalenkatalysatoren zur Beschichtung der Trägerkörper die aufzubringende Pulvermasse bzw. der Trägerkörper in der Regel mit Bindemittel befeuchtet und nach dem Aufbringen, z.B. mittels heißer Luft, wieder getrocknet wird.there can the usual Backing materials such as porous or non-porous Aluminum oxides, silicon dioxide, thorium dioxide, zirconium dioxide, silicon carbide or Silicates such as magnesium or aluminum silicate can be used. The carrier body can be regular or irregularly shaped be, being regularly shaped Carrier body with clearly developed surface roughness, e.g. Balls or hollow cylinders are preferred. Suitable is e.g. the use of essentially non-porous, rough-surface, spherical supports Steatite, the diameter of which is 1 to 8 mm, preferably 4 to 5 mm. The Layer thickness of the active composition is expediently in the range 50 up to 500 μm, preferably in the range 150 to 250 μm lying, chosen. It can as a carrier body hollow cylinders (rings) can also be used as already described. It at this point it should be noted that in the manufacture such shell catalysts for coating the support body powder mass to be applied or the carrier body generally with binder moistened and after application, e.g. using hot air, is dried again.
Die
Beschichtung der Trägerkörper wird
zur Herstellung der Schalenkatalysatoren in der Regel in einem geeigneten
Behälter
ausgeführt,
wie er z.B. aus der
In
geeigneter Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren so angewendet
werden, dass die resultierenden Multielementoxidaktivmassen (III)
eine spezifische Oberfläche
von 0,50 bis 150 m2/g, ein spezifisches
Porenvolumen von 0,10 bis 0,90 cm3/g und
eine solche Porendurchmesser-Verteilung aufweisen, dass auf die
Durchmesserbereiche 0,1 bis < 1 μm, 1,0 bis < 10 μm und 10 μm bis 100 μm jeweils wenigstens
10 des Porengesamtvolumens entfallen. Auch können die in der
Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Multielementoxidmassen (III) auch als Vollkatalysatoren betrieben werden. Diesbezüglich wird das die Ausgangsmassen 1, 2 und 3 umfassende innige Trockengemisch vorzugsweise unmittelbar zur gewünschten Katalysatorgeometrie verdichtet (z.B. mittels Tablettieren, Extrudieren oder Strangpressen), wobei gegebenenfalls an sich übliche Hilfsmittel, z.B. Graphit oder Stearinsäure als Gleitmittel und/oder Formhilfsmittel und Verstärkungsmittel wie Mikrofasern aus Glas, Asbest, Siliciumcarbid oder Kaliumtitanat zugesetzt werden können, und erfindungsgemäß thermisch behandelt. Generell kann auch hier vor der Formgebung erfindungsgemäß thermisch behandelt werden. Bevorzugte Vollkatalysatorgeometrie sind Hohlzylinder mit einem Außendurchmesser und einer Länge von 2 bis 10 mm bzw. 3 bis 8 mm und einer Wandstärke von 1 bis 3 mm.Of course they can multi-element oxide compositions according to the invention (III) can also be operated as full catalysts. In this regard, it will the intimate dry mixture comprising the starting materials 1, 2 and 3 is preferred immediately to the desired one Compressed catalyst geometry (e.g. by tableting, extruding or extrusion), where appropriate conventional aids, e.g. Graphite or stearic acid as a lubricant and / or molding aid and reinforcing agent such as microfibers made of glass, asbestos, silicon carbide or potassium titanate can be added and thermally according to the invention treated. In general, according to the invention, thermal shaping can also take place here before shaping be treated. Hollow cylinders are preferred all-catalyst geometry with an outer diameter and a length from 2 to 10 mm or 3 to 8 mm and a wall thickness of 1 to 3 mm.
Die
erfindungsgemäß erhältlichen
Multielementoxidaktivmassen eignen sich insbesondere für Katalysatoren
mit erhöhter
Aktivität
und Selektivität (bei
vorgegebenem Umsatz) aktiv zur gasphasenkatalytischen Oxidation
von Acrolein zu Acrylsäure. Normalerweise
wird bei dem Verfahren Acrolein eingesetzt, das durch die katalytische
Gasphasenpartialoxidation von Propen erzeugt wurde. In der Regel werden
die Acrolein enthaltenden Reaktionsgase dieser Propenoxidation ohne
Zwischenreinigung eingesetzt. Üblicherweise
wird die gasphasenkatalytische Partialoxidation des Acroleins in
Rohrbündelreaktoren
als heterogene Festbettoxidation ausgeführt. Als Oxidationsmittel wird
in an sich bekannter Weise Sauerstoff, zweckmäßigerweise mit inerten Gasen verdünnt (z.B.
in Form von Luft), eingesetzt. Geeignete Verdünnungsgase sind z.B. N2, CO2, Kohlenwasserstoff,
rückgeführte Reaktionsabgase
und/oder Wasserdampf. In der Regel wird bei der Acroleinpartialoxidation
ein Acrolein : Sauerstoff : Wasserdampf Inertgas-Volumenverhältnis von
1 : (1 bis 3) : (0 bis 20) : (3 bis 30) vorzugsweise von 1 (1 bis
3) : (0,5 bis 10) : (7 bis 18) eingestellt. Der Reaktionsdruck beträgt im allgemeinen
1 bis 3 bar und die Gesamtraumbelastung beträgt vorzugsweise 1000 bis 3500 Nl/l/h.
Typische Vielrohr-Festbettreaktoren sind z.B. in den Schriften
Insbesondere
eignen sich die erfindungsgemäß erhältlichen
Multielementoxidaktivmassen und die sie enthaltenden Katalysatoren
für die
in der WO 00/53557 und in der
Neben der gasphasenkatalytischen Partialoxidation von Acrolein zu Acrylsäure vermögen die erfindungsgemäßen Verfahrensprodukte aber auch die gasphasenkatalytische Partialoxidation anderer organischer Verbindungen wie insbesondere anderer, vorzugsweise 3 bis 6 C-Atome aufweisender, Alkane, Alkanole, Alkanale, Alkene und Alkenole (z.B. Propylen, Methacrolein, tert.-Butanol, Methylether des tert.-Butanol, iso-Buten, iso-Butan oder iso-Butyraldehyd) zu olefinisch ungesättigten Aldehyden und/oder Carbonsäuren, sowie den entsprechenden Nitrilen (Ammoxidation, vor allem von Propen zu Acrylnitril und von iso-Buten bzw. tert.-Butanol zu Methacrylnitril) zu katalysieren. Beispielhaft genannt sei die Herstellung von Acrolein, Methacrolein und Methacrylsäure. Sie eignen sich aber auch zur oxidativen Dehydrierung paraffinischer bzw. olefinischer Verbindungen.In addition to the gas phase catalytic partial oxidation of acrolein to acrylic acid, the process products according to the invention are also capable of the gas phase catalytic partial oxidation of other organic compounds, such as, in particular, other alkanes, alkanols, alkanals, alkenes and alkenols (for example propylene, methacrolein, tert. Preferably having 3 to 6 carbon atoms). -Butanol, methyl ether of tert-butanol, isobutene, isobutane or isobutyraldehyde) to olefinically unsaturated aldehydes and / or carboxylic acids, and the corresponding Catalyze nitriles (ammoxidation, especially from propene to acrylonitrile and from isobutene or tert-butanol to methacrylonitrile). The production of acrolein, methacrolein and methacrylic acid may be mentioned by way of example. However, they are also suitable for the oxidative dehydrogenation of paraffinic or olefinic compounds.
Zur Durchführung der erfindungsgemäßen thermischen Behandlung sowie zur Durchführung der Calcinationen im Rahmen der Herstellung der Ausgangsmassen 1 und 2 sind prinzipiell unterschiedlichste Ofentypen wie z.B. Hordenöfen, Drehrohröfen, Bandcalzinierer, Wirbelbettöfen oder Schachtöfen geeignet. Vorzugsweise werden dazu erfindungsgemäß Drehrohröfen eingesetzt.to execution the thermal according to the invention Treatment as well as to carry out the Calcinations in the context of the production of starting materials 1 and 2 are basically different types of furnaces such as Tray furnaces, rotary kilns, belt calciners, fluidized bed furnaces or shaft furnaces suitable. Rotary tube furnaces are preferably used for this purpose according to the invention.
Beispielexample
1. Allgemeine Beschreibung des zur erfindungsgemäßen thermischen Behandlung sowie zur Calcination im Rahmen der Herstellung von Ausgangsmassen 1 und 2 verwendeten Drehrohrofens1. General description of the thermal according to the invention Treatment and for calcination in the context of the production of starting materials 1 and 2 used rotary kiln
Eine
schematische Darstellung des Drehrohrofens zeigt die dieser Schrift
beiliegende
Zentrales
Element des Drehrohrofens ist das Drehrohr (
Auf der Innenwand des Drehrohrofens sind Hublanzen angebracht, die eine Höhe von 5 cm und eine Länge von 23,5 cm aufweisen. Sie dienen primär dem Zweck, das thermisch im Drehrohrofen zu behandelnde Gut anzuheben und dadurch zu durchmischen.On lances are attached to the inner wall of the rotary kiln, one Height of 5 cm and a length of 23.5 cm. They serve primarily the purpose, which is thermal Lift the material to be treated in the rotary kiln and mix it.
Auf ein und derselben Höhe des Drehrohrofens sind um den Umfang äquidistant (jeweils 90° Abstand) jeweils vier Hublanzen angebracht (ein Quadrupel). Längs des Drehrohrofens befinden sich acht solcher Quadrupel (jeweils im Abstand von 23,5 cm). Die Hublanzen zweier benachbarter Quadrupel sitzen am Umfang gegeneinander ver setzt. Am Anfang und am Ende Drehrohrofens (erste und letzte 23,5 cm) befinden sich keine Hublanzen.On one and the same height of the rotary kiln are equidistant around the circumference (each 90 ° apart) Four lifting lances attached (one quadruple). Along the Rotary kiln are eight such quadruples (each at a distance of 23.5 cm). The stroke lances of two neighboring quadruples are seated against each other on the circumference. At the beginning and end of the rotary kiln (first and last 23.5 cm) there are no lifting lances.
Das
Drehrohr rotiert frei in einem Quader (
Die
Umdrehungsgeschwindigkeit kann zwischen 0 und 3 Umdrehungen pro
Minute variabel eingestellt werden. Das Drehrohr ist sowohl links-
als auch rechts-drehbar. Bei Rechtsdrehung verweilt das Materialgut
im Drehrohr, bei Linksdrehung wird das Materialgut vom Eintrag (
Der Materialguteintrag wird über eine Zellenradschleuse kontrolliert (Massenkontrolle). Der Materialgutaustrag wird, wie bereits erwähnt, über die Drehrichtung des Drehrohrs gesteuert.The Material entry is over a cellular wheel sluice controls (mass control). The material discharge is, as already mentioned, about the direction of rotation controlled the rotary tube.
Bei diskontinuierlichem Betrieb des Drehrohres kann eine Materialgutmenge von 250 bis 500 kg thermisch behandelt werden. Sie befindet sich dabei normalerweise ausschließlich im beheizten Teil des Drehrohres.at discontinuous operation of the rotary tube can be a quantity of material from 250 to 500 kg can be thermally treated. it is located usually only in the heated part of the rotary tube.
Von
einer auf der zentralen Achse des Drehrohres liegenden Lanze (
Durch das Drehrohr können Gasströme geführt werden, mittels derer sich die Calcinationsatmosphäre bzw. allgemein die Atmosphäre der thermischen Behandlung des Materialgutes einstellen lässt.By the rotary tube can gas flows guided by means of which the calcination atmosphere or generally the atmosphere the thermal treatment of the material can be stopped.
Der
Erhitzer (
Prinzipiell
sieht die Drehrohrvorrichtung die Möglichkeit vor, den durch das
Drehrohr geführten Gasstrom
teilweise oder vollständig
im Kreis zu führen.
Die dazu erforderliche Kreisleitung wird am Drehrohreintritt und
am Drehrohraustritt über
Kugellager oder über
Graphitpressdichtungen mit dem Drehrohr beweglich verbunden. Diese
Verbindungen werden mit Inertgas (z.B. Stickstoff) gespült (Sperrgas).
Die beiden Spülströme (
Hinter
dem Austritt des durch das Drehrohr geführten Gasstroms befindet sich
ein Zyklon (
Die
Förderung
des Kreisgasstroms (
Über das
Regelventil lässt
sich der Druck hinter dem Drehrohrausgang regulieren. Dies geschieht
im Zusammenspiel mit einem hinter dem Drehrohrausgang angebrachten
Drucksensor (
Ist
beabsichtigt, den durch das Drehrohr geführten Gasstrom auch nicht wenigstens
anteilig im Kreis zu führen,
wird die Verbindung zwischen Zyklon (
Bei kontinuierlichem Betrieb der Drehrohrofenvorrichtung wird der Druck hinter dem Drehrohrausgang vorteilhaft –0,2 mbar unterhalb des Außendruckes liegend eingestellt. Bei diskontinuierlichem Betrieb der Drehrohrvorrichtung wird der Druck hinter dem Drehrohrausgang vorteilhaft –0,8 mbar unterhalb des Außendruckes liegend eingestellt. Der leichte Unterdruck dient dem Zweck einer Vermeidung einer Kontamination der Umgebungsluft mit Gasgemisch aus dem Drehrohrofen.at continuous operation of the rotary kiln device, the pressure behind the rotary tube outlet advantageous –0.2 mbar below the external pressure set horizontally. With discontinuous operation of the rotary tube device the pressure behind the rotary tube outlet is advantageously –0.8 mbar below the external pressure set horizontally. The slight negative pressure serves the purpose of a Avoiding contamination of the ambient air with a gas mixture from the rotary kiln.
Zwischen
dem Kreisgasverdichter und dem Zyklon befinden sich Sensoren (
Zwischen
der Blende (
Der
ausgeschleuste Kreisgasanteil (
Dazu wird das Abgas in der Regel zunächst über eine Waschkolonne geführt (ist im wesentlichen eine an Einbauten freie Kolonne, die vor ihrem Ausgang eine trennwirksame Packung enthält; das Abgas und wässriger Sprühnebel werden im Gleichstrom und im Gegenstrom geführt (2 Sprühdüsen mit entgegengesetzter Sprührichtung).To the exhaust gas is usually initially via a Wash column performed (is essentially a column free of internals, which is in front of its Output contains a separating pack; the exhaust gas and watery spray are guided in cocurrent and in countercurrent (2 spray nozzles with opposite spray direction).
Aus der Waschkolonne kommend wird das Abgas in eine Vorrichtung geführt, die einen Feinstaubfilter (in der Regel ein Bündel aus Schlauchfiltern) enthält aus dessen Innerem das eingedrungene Abgas weggeführt wird. Dann wird abschließend in einer Muffel verbrannt.Out coming to the scrubbing column, the exhaust gas is led into a device which contains a fine dust filter (usually a bundle of bag filters) Inside the penetrated exhaust gas is carried away. Then finally in one Muffle burned.
Mittels
eines Sensors (
Bei kontinuierlichem Betrieb werden Materialgut und Gasphase im Gegenstrom durch den Drehrohrofen geführt.at Continuous operation becomes material goods and gas phase in counterflow passed through the rotary kiln.
Stickstoff bedeutet im Zusammenhang mit diesem Beispiel immer Stickstoff mit einer Reinheit > 99 Vol-%.nitrogen in connection with this example always means nitrogen a purity> 99 % By volume.
2. Herstellung der Ausgangsmasse 1 (Phase B) mit der Stöchiometrie Cu1Mo0,5W0,5O4 2. Production of the starting mass 1 (phase B) with the stoichiometry Cu 1 Mo 0.5 W 0.5 O 4
Zu 603 l Wasser wurden 98 l einer 25 gew.-%igen wässrigen NH3-Lösung gegeben. Anschließend wurden in der wässrigen Mischung 100 kg Kupfer(II)acetathydrat (Gehalt: 40,0 Gew.-% CuO) gelöst, wobei eine klare, tiefblaue wässrige Lösung 1 entstand, die 3,9 Gew.-% Cu enthielt und Raumtemperatur aufwies.98 l of a 25% by weight aqueous NH 3 solution were added to 603 l of water. 100 kg of copper (II) acetate hydrate (content: 40.0% by weight of CuO) were then dissolved in the aqueous mixture, giving a clear, deep blue aqueous solution 1 which contained 3.9% by weight of Cu and had room temperature ,
Unabhängig von der Lösung 1 wurden 620 l Wasser auf 40°C erwärmt. Darin wurden unter Aufrechterhaltung der 40°C 27,4 kg Ammoniumheptamolybdattetrahydrat (81,5 Gew.-% MoO3) innerhalb von 20 min. unter Rühren gelöst. Dann wurden 40,4 kg Ammoniumparawolframatheptahydrat (88,9 Gew.-% WO3) zugefahren und nach Auf heizen auf 90°C innerhalb von 45 min. bei dieser Temperatur unter Rühren gelöst. Es wurde eine klare, gelb-orange gefärbte wässrige Lösung 2 erhalten.Independent of solution 1, 620 l of water were heated to 40 ° C. While maintaining the 40 ° C 27.4 kg ammonium heptamolybdate tetrahydrate (81.5 wt .-% MoO 3 ) were within 20 min. dissolved with stirring. Then 40.4 kg of ammonium paratungstate heptahydrate (88.9% by weight WO 3 ) were added and after heating up to 90 ° C. within 45 min. dissolved at this temperature with stirring. A clear, yellow-orange colored aqueous solution 2 was obtained.
Anschließend wurde die wässrige Lösung 1 in die 90°C aufweisende Lösung 2 eingerührt, wobei die Temperatur der Gesamtmischung nicht unter 80°C sank. Die resultierende wässrige Suspension wurde 30 min. bei 80°C nachgerührt. Danach wurde sie mit einem Sprühtrockner der Fa. Niro-Atomizer (Kopenhagen) vom Typ S-50-N/R sprühgetrocknet (Gaseintrittstemperatur: 315°C, Gasaustrittstemperatur: 110°C, Gleichstrom). Das Sprühpulver wies einen Partikeldurchmesser von 2 bis 50 μm auf.Then was the watery solution 1 into the 90 ° C showing solution 2 stirred in, the temperature of the total mixture did not drop below 80 ° C. The resulting aqueous Suspension was 30 min. at 80 ° C stirred. After that she was using a spray dryer from Niro-Atomizer (Copenhagen) type S-50-N / R spray-dried (gas inlet temperature: 315 ° C, gas outlet temperature: 110 ° C, direct current). The spray powder had a particle diameter of 2 to 50 μm.
100 kg von so erhaltenem hellgrünem Sprühpulver wurden in einen Kneter der Fa. AMK (Aachener Misch- und Knetmaschinen Fabrik) vom Typ VIU 160 (Sigma Schaufeln) dosiert und unter Zugabe von 8 l Wasser geknetet (Verweilzeit: 30 min, Temperatur: 40 bis 50°C). Danach wurde das Knetgut in einen Extruder entleert und mittels des Extruders (Fa. Bonnot Company (Ohio), Typ: G 103-10/D7A-572K (6'' Extruder W/Packer) zu Strängen (Länge: 1-10 cm; Durchmesser: 6 mm) geformt. Auf einem Bandtrockner wurden die Stränge 1 h bei einer Temperatur von 120°C (Materialguttemperatur) getrocknet. Die getrockneten Stränglinge wurden anschließend im unter „1." beschriebenen Drehrohrofen wie folgt thermisch behandelt (calciniert):
- – die thermisch Behandlung erfolgte kontinuierlich mit einem Materialguteintrag von 50 kg/h an Stränglingen;
- – der Neigungswinkel des Drehrohres zur Horizontalen betrug 2°;
- – im Gegenstrom zum Materialgut wurde ein Luftstrom von 75 Nm3/h durch das Drehrohr geführt, der von insgesamt (2 × 25) 50 Nm3/h Sperrgas der Temperatur 25°C ergänzt wurde;
- – der Druck hinter dem Drehrohrausgang lag 0,8 mbar unter dem Außendruck;
- – das Drehrohr rotierte mit 1,5 Umdrehungen/min links herum;
- – es wurde keine Kreisgasfahrweise angewendet;
- – beim ersten Durchgang der Stränglinge durch das Drehrohr wurde die Temperatur der Drehrohraußenwand auf 340°C eingestellt, der Luftstrom wurde mit einer Temperatur von 20 bis 30°C in das Drehrohr geführt;
- – anschließend wurden die Stränglinge mit der selben Durchsatzmenge und abgesehen von den nachfolgenden Unterschieden unter den gleichen Bedingungen durch das Drehrohr geführt: – die Temperatur der Drehrohrwand wurde auf 790°C eingestellt; – der Luftstrom wurde auf eine Temperatur von 400°C erwärmt in das Drehrohr geführt.
- - The thermal treatment was carried out continuously with a material input of 50 kg / h of strands;
- - The angle of inclination of the rotary tube to the horizontal was 2 °;
- - In counterflow to the material, an air flow of 75 Nm 3 / h was passed through the rotary tube, which was supplemented by a total of (2 × 25) 50 Nm 3 / h sealing gas at a temperature of 25 ° C;
- - The pressure behind the rotary tube outlet was 0.8 mbar below the external pressure;
- - The rotary tube rotated to the left at 1.5 revolutions / min;
- - No gas cycle mode was used;
- - The first time the strands passed through the rotary tube, the temperature of the outer tube of the rotary tube was set to 340 ° C, the air flow was fed into the rotary tube at a temperature of 20 to 30 ° C;
- - The strands were then passed through the rotary tube with the same throughput and apart from the following differences under the same conditions: - The temperature of the rotary tube wall was set to 790 ° C; - The air flow was heated to a temperature of 400 ° C in the rotary tube.
Anschließend wurden die eine rotbraune Farbe aufweisenden Stränglinge auf einer Biplexquerstromsichtmühle (BQ 500) der Fa. Hosokawa-Alpine (Augsburg) auf einen mittleren Partikeldurchmesser von 3 bis 5 μm gemahlen. Die so erhaltene Ausgangsmasse 1 wies eine BET-Oberfläche ≤ 1 m2/g auf. Mittels Röntgenbeugung wurden folgende Phasen festgestellt:
- 1. CuMoO4-III mit Wolframitstruktur;
- 2. HT-Kupfermolybdat.
- 1. CuMoO 4 -III with a tungsten structure;
- 2. HT copper molybdate.
3. Herstellung der Ausgangsmasse 2 (Phase C) mit der Stöchiometrie CuSb2O6 3. Production of the starting mass 2 (phase C) with the stoichiometry CuSb 2 O 6
Unter Rühren wurden 52 kg Antimontrioxid (99,9 Gew.-% Sb2O3) in 216 l Wasser (25°C) suspendiert. Die resultierende wässrige Suspension wurde auf 80°C erwärmt. Anschließend wurde unter Aufrechterhaltung der 80°C 20 min nachgerührt. Anschließend wurden innerhalb einer Stunde 40 kg einer 30 gew.-%igen wässrigen Wasserstoffperoxidlösung zugegeben, wobei die 80°C aufrechterhalten wurden. Unter Beibehalt dieser Temperatur wurde 1,5 Stunden nachgerührt. Dann wurden 20 l 60°C warmes Wasser zugegeben und so eine wässrige Suspension 1 erhalten. In diese wurden bei einer Temperatur von 70°C 618,3 kg einer wässrigen ammoniakalischen Kupfer(II)acetatlösung (60,8 g Kupferacetat pro kg Lösung und 75 l einer 25 gew.-%igen wässrigen Ammoniaklösung in den 618,3 kg Lösung) eingerührt. Dann wurde auf 95°C erwärmt und bei dieser Temperatur 30 min nachgerührt. Dann wurden noch 50 l 70°C warmes Wasser ergänzt und auf 80°C erwärmt.52 kg of antimony trioxide (99.9% by weight of Sb 2 O 3 ) were suspended in 216 l of water (25 ° C.) with stirring. The resulting aqueous suspension was heated to 80 ° C. The mixture was then stirred for 20 minutes while maintaining the 80 ° C. Then 40 kg of a 30% strength by weight aqueous hydrogen peroxide solution were added over the course of an hour, the 80 ° C. being maintained. While maintaining this temperature, stirring was continued for 1.5 hours. Then 20 l of warm water at 60 ° C. were added and an aqueous suspension 1 was thus obtained. 618.3 kg of an aqueous ammoniacal copper (II) acetate solution (60.8 g of copper acetate per kg of solution and 75 l of a 25% by weight aqueous ammonia solution in the 618.3 kg of solution were introduced into these at a temperature of 70 ° C. ) stirred. The mixture was then heated to 95 ° C. and stirred at this temperature for 30 min. Then 50 l of 70 ° C warm water were added and heated to 80 ° C.
Schließlich wurde die wässrige Suspension sprühgetrocknet (Sprühtrockner der Fa. Niro-Atomizer (Kopenhagen) vom Typ S-50-N/R, Gaseintrittstemperatur 360°C, Gasaustrittstemperatur 110°C, Gleichstrom). Das Sprühpulver wies einen Partikeldurchmesser von 2 bis 50 μm auf.Finally was the watery Spray dried suspension (spray dryer from Niro-Atomizer (Copenhagen), type S-50-N / R, gas inlet temperature 360 ° C, gas outlet temperature 110 ° C, direct current). The spray powder had a particle diameter of 2 to 50 μm.
75 kg von so erhaltenem Sprühpulver wurden in einem Kneter der Fa. AMK (Aachener Misch- und Knetmaschinen Fabrik vom Typ VIU 160 (Sigma Schaufeln) dosiert und unter Zugaben von 12 l Wasser geknetet (Verweilzeit: 30 min, Temperatur 40 bis 50°C). Danach wurde das Knetgut in einen Extruder (gleicher Extruder wie bei Phase B Herstellung) entleert und mittels des Extruders zu Strängen (Länge 1–10 cm; Durchmesser 6 mm) geformt. Auf einem Bandtrockner wurden die Stränge 1 h bei einer Temperatur von 120°C (Materialguttemperatur) getrocknet.75 kg of spray powder thus obtained were in a kneader from AMK (Aachen mixing and kneading machines VIU 160 factory (Sigma blades) dosed and with additions kneaded by 12 l of water (residence time: 30 min, temperature 40 to 50 ° C). After that the kneaded material was fed into an extruder (same extruder as for phase B production) emptied and by means of the extruder into strands (length 1-10 cm; Diameter 6 mm). The strands were 1 h on a belt dryer at a temperature of 120 ° C (Material temperature) dried.
250 kg von so erhaltenen Strängen wurden im unter „1." beschriebenen Drehrohrofen wie folgt thermisch behandelt (calciniert):
- – die thermische Behandlung erfolgte diskontinuierlich mit einer Materialgutmenge von 250 kg;
- – der Neigungswinkel des Drehrohres zur Horizontalen betrug ≈ 0°C;
- – das Drehrohr rotierte mit 1,5 Umdrehungen/min rechts herum;
- – durch das Drehrohr wurde ein Gasstrom von 205 Nm3/h geführt; dieser bestand zu Beginn der thermischen Behandlung aus 180 Nm3/h Luft und 1 × 25 Nm3/h N2 als Sperrgas; der das Drehrohr verlassende Gasstrom wurde um weitere 1 × 25 Nm3/h N2 ergänzt; von diesem Gesamtstrom wurden 22–25 Vol.-% ins Drehrohr rückgeführt und der Rest ausgelassen; die Auslassmenge wurde durch das Sperrgas und als Restmenge durch Frischluft ergänzt;
- – der Gasstrom wurde mit 25°C ins Drehrohr geführt;
- – der Druck hinter dem Drehrohrausgangs lag 0,5 mbar unterhalb Außendruck (Normaldruck);
- – die Temperatur im Materialgut wurde zunächst innerhalb von 1,5 h linear von 25°C auf 250°C erhöht; dann wurde die Temperatur im Materialgut innerhalb von 2 h linear von 250°C auf 300°C erhöht und diese Temperatur 2 h gehalten; dann wurde die Temperatur im Materialgut innerhalb von 3 h linear von 300°C auf 405°C erhöht und diese Temperatur anschließend 2 h gehalten; dann wurden die Heizzonen abgeschaltet und die Temperatur innerhalb des Materialgutes durch Aktivierung der Schnellkühlung des Drehrohres durch Ansaugen von Luft innerhalb von 1 h auf eine unterhalb von 100°C liegende Temperatur erniedrigt und schließlich auf Umgebungstemperatur abgekühlt.
- - The thermal treatment was carried out discontinuously with a material quantity of 250 kg;
- - The angle of inclination of the rotary tube to the horizontal was ≈ 0 ° C;
- - The rotary tube rotated clockwise at 1.5 revolutions / min;
- - A gas flow of 205 Nm 3 / h was passed through the rotary tube; at the beginning of the thermal treatment, this consisted of 180 Nm 3 / h air and 1 × 25 Nm 3 / h N 2 as sealing gas; the gas stream leaving the rotary tube was supplemented by a further 1 × 25 Nm 3 / h N 2 ; 22-25 vol .-% of this total flow were returned to the rotary tube and the rest were left out; the outlet volume was supplemented by the sealing gas and the remaining volume by fresh air;
- - The gas stream was fed into the rotary tube at 25 ° C;
- - The pressure behind the rotary tube outlet was 0.5 mbar below the external pressure (normal pressure);
- - The temperature in the material was first increased linearly from 25 ° C to 250 ° C within 1.5 h; then the temperature in the material was increased linearly from 250 ° C. to 300 ° C. within 2 hours and this temperature was maintained for 2 hours; the temperature in the material was then increased linearly from 300 ° C. to 405 ° C. in the course of 3 hours and this temperature was then maintained for 2 hours; then the heating zones were switched off and the temperature within the material was reduced to below 100 ° C. within 1 h by activating the rapid cooling of the rotary tube by sucking in air and finally cooled to ambient temperature.
Die so resultierende pulverförmige Ausgangsmasse 2 wies eine spezifische BET-Oberfläche von 0,6 m2/g und die Zusammensetzung CuSb2O6 auf. Das Pulver-Röntgendiagramm des erhaltenen Pulvers zeigte im wesentlichen die Beugungsreflexe von CuSb2O6 (Vergleichsspektrum 17-0284 der JCPDS-ICDD-Kartei).The resulting pulverulent starting mass 2 had a specific BET surface area of 0.6 m 2 / g and the composition CuSb 2 O 6 . The powder X-ray diagram of the powder obtained essentially showed the diffraction reflections of CuSb 2 O 6 (comparison spectrum 17-0284 from the JCPDS-ICDD file).
4. Herstellung der Ausgangsmasse 3 mit der Stöchiometrie Mo12V3,35W1,38 4. Production of the starting mass 3 with the stoichiometry Mo 12 V 3.35 W 1.38
In einem Rührkessel wurden bei 25°C unter Rühren 900 l Wasser vorgelegt. Anschließend wurden 122,4 kg Ammoniumheptamolybdattetrahydrat (81,5 Gew.-% MoO3) zugegeben und unter Rühren auf 90°C erhitzt. Dann wurden unter Aufrechterhaltung der 90°C zunächst 22,7 kg Ammoniummetavanadat und schließlich 20,0 kg Ammoniumparawolframatheptahydrat (88,9 Gew.-% WO3) eingerührt. Durch insgesamt 80-minütiges Rühren bei 90°C wurde eine klare orangefarbene Lösung erhalten. Diese wurde auf 80°C abgekühlt. Dann wurden unter Beibehalt der 80°C zunächst 18,8 kg Essigsäure (≈ 100 gew.-%ig, Eisessig) und dann 24 l 25 gew.-%ige wässrige Ammoniaklösung eingerührt.900 l of water were introduced into a stirred kettle at 25 ° C. with stirring. 122.4 kg of ammonium heptamolybdate tetrahydrate (81.5% by weight of MoO 3 ) were then added and the mixture was heated to 90 ° C. with stirring. Then, while maintaining the 90 ° C., 22.7 kg of ammonium metavanadate and finally 20.0 kg of ammonium paratungstate heptahydrate (88.9% by weight of WO 3 ) were stirred in first. A clear orange solution was obtained by stirring at 90 ° C. for a total of 80 minutes. This was cooled to 80 ° C. Then, while maintaining the 80 ° C., 18.8 kg of acetic acid (≈ 100% by weight, glacial acetic acid) and then 24 l of 25% by weight aqueous ammonia solution were stirred in first.
Die Lösung blieb klar und orangefarben und wurde mit einem Sprühtrockner der Fa. Niro-Atomizer (Kopenhagen) vom Typ S-50-N/R sprühgetrocknet (Gaseintrittstemperatur: 260°C, Gasaustrittstemperatur: 110°C, Gleichstrom). Das resultierende Sprühpulver bildete die Ausgangsmasse 3 und wies einen Partikeldurchmesser von 2 bis 50 μm auf.The solution stayed clear and orange and was spray-dried spray-dried from Niro-Atomizer (Copenhagen), type S-50-N / R (Gas inlet temperature: 260 ° C, Gas outlet temperature: 110 ° C, DC). The resulting spray powder formed the starting mass 3 and had a particle diameter of 2 to 50 μm.
5. Herstellung der erfindungsgemäß thermisch zu behandelnden Trockenmasse mit der Stöchiometrie (Mo12V3,46W1,39)0,87 (CuMo0,5W0,5O4)0,4(CuSb2O6)0,4 5. Production of the dry mass to be thermally treated according to the invention with the stoichiometry (Mo 12 V 3.46 W 1.39 ) 0.87 (CuMo 0.5 W 0.5 O 4 ) 0.4 (CuSb 2 O 6 ) 0, 4
In einem Trogkneter der Fa. AMK (Aachener Misch- und Knetmaschinen Fabrik) vom Typ VIU 160 mit zwei Sigmaschaufeln wurden 75 kg Ausgangsmasse 3, 5,2 l Wasser und 6,9 kg Essigsäure (100 Gew.-% Eisessig) vorgelegt und während 22 min geknetet. Anschließend wurden 3,1 kg Ausgangsmasse 1 und 4,7 kg Ausgangsmasse 2 zugegeben und während weiterer 8 min geknetet (T ≈ 40 bis 50°C).In a trough kneader from AMK (Aachen mixing and kneading machines Factory) of type VIU 160 with two sigma blades became 75 kg of starting mass 3, 5.2 l of water and 6.9 kg of acetic acid (100 wt .-% glacial acetic acid) submitted and during Kneaded for 22 min. Subsequently 3.1 kg of starting mass 1 and 4.7 kg of starting mass 2 were added and during kneaded for a further 8 min (T ≈ 40 up to 50 ° C).
Danach wurde das Knetgut in einen Extruder (gleicher Extruder wie bei Phase B Herstellung) entleert und mittels des Extruders zu Strängen (1 bis 10 cm Länge, 6 mm Durchmesser) geformt. Diese wurden auf einem Bandtrockner während 1 h bei einer Temperatur (Materialguttemperatur) von 120°C getrocknet.After that the kneaded material was fed into an extruder (same extruder as for phase B production) and emptied into strands using the extruder (1st up to 10 cm in length, 6 mm diameter). These were on a belt dryer during 1 h dried at a temperature (material temperature) of 120 ° C.
306 kg der getrockneten Stränglinge wurden anschließend im unter „1." beschriebenen Drehrohrofen wie folgt thermisch behandelt:
- – die thermische Behandlung erfolgte diskontinuierlich mit einer Materialgutmenge von 306 kg;
- – der Neigungswinkel des Drehrohres zur Horizontalen betrug ≈ 0°;
- – das Drehrohr rotierte mit 1,5 Umdrehungen/min rechts herum;
- – zunächst wurde
die Materialguttemperatur innerhalb von 2 h im wesentlichen linear
von 25°C auf
100°C erhitzt;
während dieser
Zeit wird durch das Drehrohr ein (im wesentlichen) Stickstoffstrom
von 205 Nm3/h zugeführt. Im stationären Zustand
(nach Verdrängung
der ursprünglich
enthaltenen Luft) ist dieser wie folgt zusammengesetzt:
110
Nm3/h Grundlast-Stickstoff (
20 ), 25 Nm3/h Sperrgas-Stickstoff (11 ), und 70 Nm3/h rezirkuliertes Kreisgas (19 ). Der Sperrgas-Stickstoff wurde mit einer Temperatur von 25°C zugeführt. Das Gemisch der beiden anderen Stickstoffströme wurde jeweils mit der Temperatur ins Drehrohr geführt, die das Materialgut im Drehrohr jeweils aufwies. - – anschießend wurde
die Materialguttemperatur mit einer Heizrate von 0,7°C/min von
100°C auf 320°C aufgeheizt;
bis
zum Erreichen einer Materialguttemperatur von 300°C wurde durch
das Drehrohr ein Gasstrom von 205 Nm3/h
geführt,
der wie folgt zusammengesetzt war:
110 Nm3/h
bestehend aus Grundlast-Stickstoff (
20 ) und im Drehrohr freigesetzten Gasen, 25 Nm3/h Sperrgas-Stickstoff (11 ) und 70 Nm3/h rezirkuliertes Kreisgas (19 ). Der Sperrgas-Stickstoff wurde mit einer Temperatur von 25°C zugeführt. Das Gemisch der beiden anderen Gasströme wurde jeweils mit der Temperatur ins Drehrohr geführt, die das Materialgut im Drehrohr jeweils aufwies. Ab Überschreiten der Materialguttemperatur von 160°C bis zum Erreichen einer Materialguttemperatur von 300°C wurden aus dem Materialgut 40 mol-% der im Verlauf der gesamten thermischen Behandlung des Materialgutes insgesamt freigesetzten Ammoniakmenge MA freigesetzt. - – bei
Erreichen der Materialguttemperatur von 320°C wurde der Sauerstoffgehalt
des dem Drehrohr zugeführten
Gasstromes von 0 Vol.-% auf 1,5 Vol.-% erhöht und über die nachfolgenden 4 h beibehalten.
Gleichzeitig
wurde die in den vier das Drehrohr beheizenden Heizzonen herrschende
Temperatur um 5°C
abgesenkt (auf 325°C)
und so während der
nachfolgenden 4 h aufrechterhalten.
Die Materialguttemperatur
durchlief dabei ein oberhalb von 325°C liegendes Temperaturmaximum,
das 340°C
nicht überschritt,
bevor die Materialguttemperatur wieder auf 325°C sank.
Die Zusammensetzung
des durch das Drehrohr geführten
Gasstroms von 205 Nm3/h wurde während dieses
Zeitraums von 4 h wie folgt geändert:
95
Nm3/h bestehend aus Grundlast-Stickstoff
(
20 ) und im Drehrohr freigesetzten Gasen; 25 Nm3/h Sperrgas-Stickstoff (11 ); 70 Nm3/h rezirkuliertes Kreisgas; und 15 Nm3/h Luft über den Splitter (21 ). Der Sperrgas-Stickstoff wurde mit einer Temperatur von 25°C zugeführt. Das Gemisch der anderen Gasströme wurde jeweils mit der Temperatur ins Drehrohr geführt, die das Materialgut im Drehrohr jeweils aufwies. Ab Überschreiten der Materialguttemperatur von 300°C bis zum Ablauf der 4 h wurden aus dem Materialgut 55 mol-% der im Verlauf der gesamten thermischen Behandlung des Materialguts insgesamt freigesetzten Ammoniakmenge MA freigesetzt (damit waren bis zum Ablauf der 4 h insgesamt 40 mol-% + 55 mol-% = 95 mol-% der Ammoniakmenge MA freigesetzt). - – mit
Ablauf der 4 h wurde die Temperatur des Materialguts mit einer Heizrate
von 0,85°C/min
innerhalb von etwa 1,5 h auf 400°C
erhöht.
Anschließend wurde
diese Temperatur 30 min aufrechtgehalten.
Die Zusammensetzung
des dem Drehrohr zugeführten
Gasstroms von
205 Nm3/h war während dieser
Zeit wie folgt:
95 Nm3/h zusammengesetzt
aus Grundlast-Stickstoff (
20 ) und im Drehrohr freigesetzten Gasen; 15 Nm3/h Luft (Splitter (21 )); 25 Nm3/h Sperrgas-Stickstoff (11 ); und 70 Nm3/h rezirkuliertes Kreisgas. Der Sperrgas-Stickstoff wurde mit einer Temperatur von 25°C zugeführt. Das Gemisch der anderen Gasströme wurde jeweils mit der Temperatur ins Drehrohr geführt, die das Materialgut im Drehrohr jeweils aufwies. - – durch
Verringerung der Temperatur des Materialguts wurde die Calcination
beendet; dazu wurden die Heizzonen aus- und die Schnellkühlung des
Drehrohres durch Ansaugen von Luft eingeschaltet, und die Materialguttemperatur
innerhalb von 2 h auf eine unterhalb von 100°C liegende Temperatur erniedrigt
und schließlich
auf Umgebungstemperatur abgekühlt;
mit
der Abschaltung der Heizzonen wurde die Zusammensetzung des dem
Drehrohr zugeführten Gasstroms
von 205 Nm3/h auf folgendes Gemisch verändert:
110
Nm3/h zusammengesetzt aus Grundlast-Stickstoff
(
20 ) und im Drehrohr freigesetzten Gasen; 0 Nm3/h Luft (Splitter (21 )); 25 Nm3/h Sperrgas-Stickstoff (11 ); und 70 Nm3/h rezirkuliertes Kreisgas. Der Gasstrom wurde dem Drehrohr mit einer Temperatur von 25°C zugeführt. - – während der gesamten thermischen Behandlung lag der Druck (unmittelbar) hinter dem Drehrohrausgang 0,2 mbar unterhalb des Außendrucks.
- - The thermal treatment was carried out discontinuously with a material quantity of 306 kg;
- - The angle of inclination of the rotary tube to the horizontal was ≈ 0 °;
- - The rotary tube rotated clockwise at 1.5 revolutions / min;
- - First, the material temperature was heated linearly from 25 ° C to 100 ° C within 2 h; during this time, a (substantially) nitrogen flow of 205 Nm 3 / h is fed through the rotary tube. In the steady state (after displacement of the air originally contained), it is composed as follows: 110 Nm 3 / h base load nitrogen (
20 ), 25 Nm 3 / h sealing gas nitrogen (11 ), and 70 Nm 3 / h recirculated cycle gas (19 ). The sealing gas nitrogen was supplied at a temperature of 25 ° C. The mixture of the other two nitrogen streams was fed into the rotary tube at the temperature that the material in the rotary tube had. - - The material temperature was then heated from 100 ° C to 320 ° C at a heating rate of 0.7 ° C / min; until a material temperature of 300 ° C was reached, a gas flow of 205 Nm 3 / h was passed through the rotary tube, which was composed as follows: 110 Nm 3 / h consisting of base load nitrogen (
20 ) and gases released in the rotary tube, 25 Nm 3 / h sealing gas nitrogen (11 ) and 70 Nm 3 / h recirculated cycle gas (19 ). The sealing gas nitrogen was supplied at a temperature of 25 ° C. The mixture of the other two gas streams was fed into the rotary tube at the temperature that the material had in the rotary tube. From exceeding the material temperature of 160 ° C to reaching a material temperature of 300 ° C, 40 mol% of the total amount of ammonia M A released in the course of the entire thermal treatment of the material were released from the material. - - When the material temperature of 320 ° C was reached, the oxygen content of the gas stream fed to the rotary tube was increased from 0% by volume to 1.5% by volume and maintained over the subsequent 4 hours. At the same time, the temperature prevailing in the four heating zones heating the rotary tube was lowered by 5 ° C (to 325 ° C) and thus maintained during the following 4 hours. The material temperature passed through a temperature maximum above 325 ° C, which did not exceed 340 ° C before the material temperature dropped again to 325 ° C. The composition of the gas flow through the rotary tube of 205 Nm 3 / h was changed during this period of 4 h as follows: 95 Nm 3 / h consisting of base load nitrogen (
20 ) and gases released in the rotary tube; 25 Nm 3 / h sealing gas nitrogen (11 ); 70 Nm 3 / h recirculated cycle gas; and 15 Nm 3 / h air over the splitter (21 ). The sealing gas nitrogen was supplied at a temperature of 25 ° C. The mixture of the other gas streams was fed into the rotary tube at the temperature that the material had in the rotary tube. From exceeding the material temperature of 300 ° C until the end of the 4 h, 55 mol% of the total amount of ammonia M A released in the course of the entire thermal treatment of the material was released (thus a total of 40 mol % + 55 mol% = 95 mol% of the amount of ammonia M A released). - - When the 4 h had elapsed, the temperature of the material was increased to 400 ° C in about 1.5 h at a heating rate of 0.85 ° C / min. This temperature was then maintained for 30 minutes. During this time, the composition of the gas flow of 205 Nm 3 / h fed to the rotary tube was as follows: 95 Nm 3 / h composed of base load nitrogen (
20 ) and gases released in the rotary tube; 15 Nm 3 / h air (splitter (21 )); 25 Nm 3 / h sealing gas nitrogen (11 ); and 70 Nm 3 / h recirculated cycle gas. The sealing gas nitrogen was supplied at a temperature of 25 ° C. The mixture of the other gas streams was fed into the rotary tube at the temperature that the material had in the rotary tube. - - The calcination was ended by reducing the temperature of the material; For this purpose, the heating zones were switched off and the rapid cooling of the rotary tube was switched on by sucking in air, and the temperature of the material goods was reduced to a temperature below 100 ° C. within 2 hours and finally cooled to ambient temperature; When the heating zones were switched off, the composition of the gas flow fed to the rotary tube was changed from 205 Nm 3 / h to the following mixture: 110 Nm 3 / h composed of base load nitrogen (
20 ) and gases released in the rotary tube; 0 Nm 3 / h air (splitter (21 )); 25 Nm 3 / h sealing gas nitrogen (11 ); and 70 Nm 3 / h recirculated cycle gas. The gas stream was fed to the rotary tube at a temperature of 25 ° C. - - During the entire thermal treatment, the pressure (immediately) behind the rotary tube outlet was 0.2 mbar below the external pressure.
6. Formgebung der Multimetalloxidaktivmasse6. Shape of the multimetal oxide active material
Das in „4." erhaltene katalytisch aktive Material wurde mittels einer Biplexquerstromsichtmühle (BQ 500) (Fa. Hosokawa-Alpine Augsburg) zu einem feinteiligen Pulver gemahlen, von dem 50 % der Pulverpartikel ein Sieb der Maschenweite 1 bis 10 μm passierten und dessen Anteil an Partikeln mit einer Längstausdehnung oberhalb von 50 μm weniger als 1 % betrug.The obtained catalytically in "4." active material was measured using a biplex cross-flow classifier mill (BQ 500) (from Hosokawa-Alpine Augsburg) into a fine powder ground, of which 50% of the powder particles are a sieve with a mesh size 1 to 10 μm happened and its proportion of particles with a longest dimension above 50 μm less than 1%.
Mittels
des gemahlenen Pulvers wurden wie in S1 der
Der Aktivmassenanteil der resultierenden Schalenkatalysatoren wurde jedoch im Unterschied zu vorgenanntem Beispiel S1 zu 20 Gew.-% (bezogen auf das Gesamtgewicht aus Trägerkörper und Aktivmasse) gewählt. Das Verhältnis von Pulver und Bindemittel wurde proportional angepasst.The Active mass fraction of the resulting coated catalysts was however, in contrast to the aforementioned example S1 to 20 wt .-% (based on the total weight of carrier body and active mass) selected. The relationship powder and binder were adjusted proportionally.
7. Testung der Schalenkatalysatoren7. Testing the shell catalysts
Die
Schalenkatalysatoren wurden wie folgt in einem von einem Salzbad
(Gemisch aus Kaliumnitrat und Natriumnitrat) umspülten Modellkontaktrohr
getestet:
Modellkontaktrohr: V2A-Stahl, 2 mm Wandstärke, 26 mm
Innendurchmesser, zentriert eine Thermohülse (zur Aufnahme eines Thermoelements)
des Außendurchmessers
4 mm, 1,56 l des freien Modellkontaktrohrraumes wurden mit dem Schalenkatalysator
gefüllt;
Das
Reaktionsgasgemisch wies folgende Ausgangszusammensetzung auf:
4,8
Vol.-% Acrolein, 7 Vol.-% Sauerstoff, 10 Vol.-% Wasserdampf, 76
Vol.-% Stickstoff und als Restmenge ein Gemisch aus Kohlenoxiden
und Oxygenaten des Propylens.The coated catalysts were tested as follows in a model contact tube washed with a salt bath (mixture of potassium nitrate and sodium nitrate):
Model contact tube: V2A steel, 2 mm wall thickness, 26 mm inside diameter, centered a thermo sleeve (to accommodate a thermocouple) with an outside diameter of 4 mm, 1.56 l of the free model contact tube space were filled with the shell catalyst;
The reaction gas mixture had the following starting composition:
4.8% by volume of acrolein, 7% by volume of oxygen, 10% by volume of water vapor, 76% by volume of nitrogen and the remainder a mixture of carbon oxides and oxygenates of propylene.
Das Modellkontaktrohr wurde mit 2800 Nl/h an Reaktionsgasausgangsgemisch belastet. Die Temperatur des Salzbades wurde so eingestellt, dass bei einfachem Durchgang ein Acroleinumsatz von 99,3 mol-% resultierte.The Model contact tube was at 2800 Nl / h of reaction gas starting mixture loaded. The temperature of the salt bath was set so that with a single pass an acrolein conversion of 99.3 mol% resulted.
Die diesbezüglich erforderliche Salzbadtemperatur T betrug 262°C und die Selektivität der Acrylsäurebildung lag bei 96,4 mol-% Acrylsäure.The in this regard required salt bath temperature T was 262 ° C and the selectivity of acrylic acid formation was 96.4 mol% of acrylic acid.
An dieser Stelle sei noch festgehalten, dass mit diesen Schalenkatalysatoren eine regelmäßige Beschickung von Rohrbündelreaktoren mit 5000 bis 40000 Kontaktrohren (Wanddicke typisch 1 bis 3 mm, Innendurchmesser in der Regel 20 bis 30 mm, häufig 21 bis 26 mm, Länge typisch 2 bis 4 m) möglich ist, die so beschaffen ist, dass infolge der homogenen Herstellung der Aktivmasse bei einer willkürlich herausgegriffenen Stichprobe von 12 Kontaktrohren der Unterschied zwischen der arithmetisch mittleren Aktivität und der höchsten bzw. kleinsten Aktivität nicht mehr als 8°C, häufig nicht mehr als 6°C, vielfach nicht mehr als 4°C und in günstigen Fällen nicht mehr als 2°C beträgt.On At this point it should be noted that with these shell catalysts regular loading of tube bundle reactors with 5000 to 40000 contact tubes (wall thickness typically 1 to 3 mm, inner diameter usually 20 to 30 mm, often 21 up to 26 mm, length typically 2 to 4 m) possible which is such that, as a result of the homogeneous manufacture the active mass at an arbitrary picked sample of 12 contact tubes the difference between the arithmetic mean activity and the highest or lowest activity no longer than 8 ° C, frequently not more than 6 ° C, often not more than 4 ° C and cheap make not more than 2 ° C is.
Als Maß für die Aktivität der Kontaktrohrbeschickung wird dabei die Temperatur verwendet, die ein das einzelne Kontaktrohr umspülende Salzbad (Gemisch aus 53 Gew.-% Kaliumnitrat, 40 Gew.-% Natriumnitrit und 7 Gew.-% Natriumnitrat) aufweisen muß, damit bei einmaligem Durchgang eines Reaktionsgasgemisches aus 4,8 Vol.-% Acrolein, 7 Vol.-% Sauerstoff, 10 Vol.-% Wasserdampf und 78,2 Vol.-% Stickstoff (bei einer Belastung der Katalysatorbeschickung mit 85 Nl Acrolein/l Katalysatorbeschickung·h) durch das beschickte Katalysatorrohr ein Acroleinumsatz von 97 mol-% erzielt wird (unter „l Katalysatorbeschickung" werden dabei die Volumina innerhalb des Katalysa torrohres nicht mit einbezogen, wo sich reine Vor- oder Nachschüttungen aus Inertmaterial befinden, sondern nur die Schüttvolumina, die Katalysatorformkörper (gegebenenfalls mit Inertmaterial verdünnt) enthalten.As a measure of the activity of the contact tube feed, the temperature used is that of a salt bath washing around the individual contact tube (mixture of 53% by weight of potassium nitrate, 40% by weight of sodium nitrite and 7% by weight of sodium nitrate), so that once Passage of a reaction gas mixture of 4.8% by volume of acrolein, 7% by volume of oxygen, 10% by volume of water vapor and 78.2% by volume of nitrogen (when the catalyst feed is loaded with 85 Nl acrolein / l catalyst feed · h ) an acrolein conversion of 97 mol% is achieved through the charged catalyst tube (under “l catalyst feed”, the volumes within the catalyst tube are not included where there are pure pre- or post-fillings of inert material, but only the bulk volumes that Contain shaped catalyst body (optionally diluted with inert material).
Solche Katalysatorbeschickungen eignen sich insbesondere für hohe Acroleinbelastungen (z.B. ≥ 135 Nl/l·h bis 350 Nl/l·h und mehr).Such Catalyst feeds are particularly suitable for high acrolein loads (e.g. ≥ 135 Nl / l · h to 350 Nl / l · h and more).
Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1
Alles
wurde wie im Beispiel durchgeführt.
Allerdings enthielt der dem Drehrohr zugeführte Gasgemischstrom von Anfang
an (d.h., bereits auf dem Weg zur Materialguttemperatur von 100°C bzw. 300°C) 95 Nm3/h zusammengesetzt aus Grundlast-Stickstoff (
Die bei der Schalenkatalysatortestung für einen Acroleinumsatz von 99,3 mol-% erforderliche Salzbadtemperatur betrug 268°C und die Selektivität der Acrylsäurebildung lag nur bei 94,2 mol%.The in the shell catalyst test for an acrolein conversion of 99.3 mol% required salt bath temperature was 268 ° C and Selectivity of Acrylic acid formation was only 94.2 mol%.
Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2
Alles wurde wie im Beispiel durchgeführt. Während der Gesamtdauer der thermischen Behandlung enthielt der dem Drehrohr zugeführte Gasstrom jedoch keinerlei Luft (anstelle des Lufststroms gemäß Beispiel wurde über den Splitter immer ein entsprechender Stickstoffstrom zugeführt.Everything was carried out as in the example. During the The total duration of the thermal treatment included that of the rotary tube supplied Gas flow, however, no air (instead of the air flow according to the example was about the splitter is always supplied with an appropriate nitrogen flow.
Die bei der Schalenkatalysatortestung für einen Acroleinumsatz von 99,3 mol-% erforderliche Salzbadtemperatur betrug 279°C und die Selektivität der Acrylsäurebildung lag nur bei 91,0 mol-%.The in the shell catalyst test for an acrolein conversion of 99.3 mol% required salt bath temperature was 279 ° C and the Selectivity of Acrylic acid formation was only 91.0 mol%.
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8181 | Inventor (new situation) |
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8130 | Withdrawal |