DE19927624A1 - Gas phase oxidation of propylene to acrylic acid using ring-shaped multi-metal oxide catalyst of specified geometry to maximize selectivity and space-time yield - Google Patents
Gas phase oxidation of propylene to acrylic acid using ring-shaped multi-metal oxide catalyst of specified geometry to maximize selectivity and space-time yieldInfo
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Abstract
Description
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren der katalytischen Gasphasenoxidation von Propen zu Acrylsäure, bei dem man ein Pro pen, molekularen Sauerstoff und wenigstens ein Inertgas, das zu 1 wenigstens 20% seines Volumens aus molekularem Stickstoff be steht, enthaltendes Reaktionsgasausgangsgemisch 1, das den mole kularen Sauerstoff und das Propen in einem molaren Verhältnis O2 : C3H6 ≧ 1 enthält, zunächst in einer ersten Reaktionsstufe bei erhöhter Temperatur so über einen ersten Festbettkatalysator, dessen Aktivmasse wenigstens ein Molybdän und/oder Wolfram sowie Wismut, Tellur, Antimon, Zinn und/oder Kupfer enthaltendes Multi metalloxid ist, führt, daß der Propenumsatz bei einmaligem Durch gang ≧ 90 mol-% und die damit einhergehende Selektivität der Acroleinbildung sowie der Acrylsäurenebenproduktbildung zusammen genommen ≧ 90 mol-% betragen, die Temperatur des die erste Reak tionsstufe verlassenden Produktgasgemisches durch indirekte Küh lung gegebenenfalls verringert und dem Produktgasgemisch gegebe nenfalls molekularen Sauerstoff und/oder Inertgas zugibt, und da nach das Produktgasgemisch als Acrolein, molekularen Sauerstoff und wenigstens ein Inertgas, das zu wenigstens 20% seines Volu mens aus molekularem Stickstoff besteht, enthaltendes Reaktions gasausgangsgemisch 2, das den molekularen Sauerstoff und das Acrolein in einem molaren Verhältnis O2 : C3H4O≧1 enthält, in ei ner zweiten Reaktionsstufe bei erhöhter Temperatur so über einen zweiten Festbettkatalysator, dessen Aktivmasse wenigstens ein Mo lybdän und Vanadin enthaltendes Multimetalloxid ist, führt, daß der Acroleinumsatz bei einmaligem Durchgang ≧ 90 mol-% und die Selektivität der über beide Reaktionsstufen bilanzierten Acryl säurebildung, bezogen auf umgesetztes Propen, ≧ 80 mol-% beträgt.The present invention relates to a process for the catalytic gas-phase oxidation of propene to acrylic acid, in which a reaction gas starting mixture 1 containing the molecular oxygen and at least one inert gas which comprises 1 at least 20% of its volume of molecular nitrogen are present and the propene in a molar ratio of O 2 : C 3 H 6 ≧ 1, initially in a first reaction stage at elevated temperature, over a first fixed bed catalyst, the active composition of which is at least one molybdenum and / or tungsten and bismuth, tellurium, antimony, tin and / or copper-containing multi-metal oxide, leads to the fact that the propene conversion with a single pass ≧ 90 mol% and the associated selectivity of acrolein formation and acrylic acid by-product formation taken together are ≧ 90 mol%, the temperature of the product gas mixture leaving the first reaction stage by indirect cooling if necessary reduced and the product gas mixture if appropriate molecular oxygen and / or inert gas, and since after the product gas mixture as acrolein, molecular oxygen and at least one inert gas, which consists of at least 20% of its volume of molecular nitrogen, containing reaction gas starting mixture 2, the molecular Contains oxygen and the acrolein in a molar ratio O 2 : C 3 H 4 O ≧ 1, in a second reaction stage at elevated temperature over a second fixed bed catalyst, the active composition of which is at least one multimetal oxide containing lybdenum and vanadium, that the Acrolein conversion in a single pass ≧ 90 mol% and the selectivity of the acrylic acid formation balanced over both reaction stages, based on converted propene, is ≧ 80 mol%.
Das vorgenannte Verfahren der katalytischen Gasphasenoxidation von Propen zu Acrylsäure ist allgemein bekannt (vgl. z. B. DE-A 30 02 829). Im besonderen sind die beiden Reaktionsstufen für sich bekannt (vgl. z. B. EP-A 714700, EP-A 700893, EP-A 15565, DE-C 28 30 765, DE-C 33 38 380, JP-A 91/294239, EP-A 807465, WO 98/24746, EP-B 279374, DE-C 25 13 405, DE-A 33 00 044, EP-A 575897 und DE-A 198 55 913).The aforementioned process of catalytic gas phase oxidation from propene to acrylic acid is generally known (see e.g. DE-A 30 02 829). In particular, the two reaction stages are for known (see e.g. EP-A 714700, EP-A 700893, EP-A 15565, DE-C 28 30 765, DE-C 33 38 380, JP-A 91/294239, EP-A 807465, WO 98/24746, EP-B 279374, DE-C 25 13 405, DE-A 33 00 044, EP-A 575897 and DE-A 198 55 913).
Acrylsäure ist ein bedeutendes Monomeres, das als solches oder in Form seiner Alkylester zur Erzeugung von z. B. als Klebstoffen ge eigneten Polymerisaten Verwendung findet. Acrylic acid is an important monomer which, as such or in Form of its alkyl ester for the production of z. B. ge as adhesives suitable polymers are used.
Die Zielsetzung einer jeden zweistufigen Festbettgasphasenoxida tion von Propen zu Acrylsäure besteht grundsätzlich darin, eine möglichst hohe Raum-Zeit-Ausbeute an Acrylsäure (RZAAS) zu erzie len (das ist bei einer kontinuierlichen Verfahrensweise die je Stunde und Gesamtvolumen der verwendeten Katalysatorschüttung in Litern erzeugte Gesamtmenge an Acrylsäure).The aim of every two-stage fixed-bed gas phase oxidation of propene to acrylic acid is basically to achieve the highest possible space-time yield of acrylic acid (RZA AS ) (that is, in a continuous process, the hourly and total volume of the catalyst bed used in liters produced Total amount of acrylic acid).
Es besteht deshalb generelles Interesse daran, eine solche zwei stufige Festbettgasphasenoxidation von Propen zu Acrylsäure ei nerseits unter einer möglichst hohen Belastung der ersten Fest bettkatalysatorschüttung mit Propen (darunter wird die Menge an Propen in Normlitern (= Nl; das Volumen in Liter, das die ent sprechende Propenmenge bei Normalbedingungen, d. h., bei 25°C und 1 bar, einnehmen würde) verstanden, die als Bestandteil des Reak tionsgasausgangsgemisches 1 pro Stunde durch einen Liter an Kata lysatorschüttung 1 geführt wird) und andererseits unter einer möglichst hohen Belastung der zweiten Festbettkatalysatorschüt tung mit Acrolein (darunter wird die Menge an Acrolein in Normli tern (= Nl; das Volumen in Liter, das die entsprechende Acrolein menge bei Normalbedingungen, d. h., bei 25°C und 1 bar, einnehmen würde) verstanden, die als Bestandteil des Reaktionsgasausgangs gemisches 2 pro Stunde durch einen Liter an Katalysatorschüt tung 2 geführt wird) durchzuführen, ohne dabei den beim einma ligen Durchgang des Reaktionsgasausgangsgemisches durch die bei den Festbettkatalysatorschüttungen erfolgenden Umsatz an Propen und Acrolein sowie die über beide Reaktionsstufen bilanzierte Se lektivität der damit einhergehenden Acrylsäurebildung (bezogen auf umgesetztes Propen) nennenswert zu beeinträchtigen.There is therefore general interest in having two of these stage fixed bed gas phase oxidation of propene to acrylic acid on the other hand, under the highest possible load of the first festival bed catalyst bed with propene (the amount of Propene in standard liters (= Nl; the volume in liters that the ent speaking amount of propene under normal conditions, d. i.e., at 25 ° C and 1 bar, would take) understood as part of the Reak tion gas starting mixture 1 per hour by one liter of kata lysator fill 1 is performed) and on the other hand under one loading the second fixed bed catalyst bed as high as possible treatment with acrolein (the amount of acrolein in Normli tern (= Nl; the volume in liters that the corresponding acrolein amount under normal conditions, d. that is, at 25 ° C and 1 bar would) understood that as part of the reaction gas outlet mixture 2 per hour through a liter of catalyst bulk Tung 2 is carried out) without the passage of the reaction gas starting mixture through the the fixed bed catalyst beds sales of propene and acrolein and the Se. balanced over both reaction stages selectivity of the associated acrylic acid formation (related on converted propene).
Die Realisierung des Vorgenannten wird durch die Tatsache beein trächtigt, daß sowohl die Festbettgasphasenoxidation von Propen zu Acrolein als auch die Festbettgasphasenoxidation von Acrolein zu Acrylsäure einerseits stark exotherm verläuft und andererseits von einer Vielfalt möglicher Parallel- und Folgereaktionen be gleitet wird.The realization of the above is affected by the fact that both the fixed bed gas phase oxidation of propene to acrolein as well as the fixed bed gas phase oxidation of acrolein acrylic acid is strongly exothermic on the one hand and on the other hand of a variety of possible parallel and follow-up reactions is sliding.
Mit zunehmender Propen- bzw. Acroleinbelastung der jeweiligen Festbettkatalysatorschüttung muß, bei Verwirklichung der anges trebten Randbedingung eines im wesentlichen gleichbleibenden Pro pen- bzw. Acroleinumsatzes, daher davon ausgegangen werden, daß infolge der erhöhten Wärmeproduktion die Selektivität der Wert produktbildung abnimmt (vgl. z. B. EP-B 450 596, Example 1 und Ex ample 2).With increasing propene or acrolein contamination of the respective Fixed bed catalyst bed must, when realizing the ans strived for an essentially constant pro pen or acrolein conversion, therefore it can be assumed that due to the increased heat production the selectivity of the value product formation decreases (see e.g. EP-B 450 596, Example 1 and Ex ample 2).
Die konventionellen Verfahren der katalytischen Festbettgasphase noxidation von Propen zu Acrolein bzw. von Acrolein zu Acryl säure, die dadurch charakterisiert sind, daß als ein Hauptbe standteil des inerten Verdünnungsgases Stickstoff und außerdem ein in einer Reaktionszone befindlicher und längs dieser Reaktion homogener, d. h., über die Festbettkatalysatorschüttung chemisch einheitlich zusammengesetzter, Festbettkatalysator verwendet und die Temperatur der Reaktionszone auf einem über die Reaktionszone einheitlichen Wert gehalten wird (unter Temperatur einer Reakti onszone wird hier die Temperatur der in der Reaktionszone befind lichen Festbettkatalysatorschüttung bei Ausübung des Verfahrens in Abwesenheit einer chemischen Reaktion verstanden; ist diese Temperatur innerhalb der Reaktionszone nicht konstant, so meint der Begriff Temperatur einer Reaktionszone hier den Zahlenmittel wert der Temperatur der Katalysatorschüttung längs der Reaktions zone), beschränken daher den anzuwendenden Wert der Propen- bzw. Acroleinbelastung der Festbettkatalysatorschüttung.The conventional processes of the catalytic fixed bed gas phase Oxidation of propene to acrolein or acrolein to acrylic acid, which are characterized in that as a main name component of the inert diluent gas nitrogen and also one in a reaction zone and along this reaction more homogeneous, d. i.e., chemically via the fixed bed catalyst bed uniformly composed, fixed bed catalyst used and the temperature of the reaction zone on one above the reaction zone uniform value is maintained (under the temperature of a reaction onszone is the temperature of the reaction zone fixed bed catalyst bed when performing the process understood in the absence of a chemical reaction; is this Temperature within the reaction zone is not constant, so means the term temperature of a reaction zone here is the number average value of the temperature of the catalyst bed along the reaction zone), therefore restrict the value of the propene or Acrolein loading of the fixed bed catalyst bed.
So liegt der angewandte Wert der Propenbelastung der Festbettka talysatorschüttung normalerweise bei Werten ≦ 155 Nl Propen/l Ka talysatorschüttung.h (vgl. z. B. EP-A 15565 (maximale Propen last = 120 Nl Propen/l.h), DE-C 28 30 765 (maximale Propen last = 94,5 Nl Propen/l.h), EP-A 804465 (maximale Propen last = 128 Nl Propen/l.h), EP-B 279374 (maximale Propen last = 112 Nl Propen/l.h), DE-C 25 13 405 (maximale Propen last = 110 Nl Propen/l.h), DE-A 33 00 044 (maximale Propen last = 112 Nl Propen/l.h), EP-A 575897 (maximale Propen last = 120 Nl Propen/l.h), DE-C 33 38 380 (in im wesentlichen allen Beispielen beträgt die maximale Propenlast 126 Nl Propen/l.h; nur im Fall einer speziellen Katalysatorzusammensetzung wurde eine Propenlast von 162 Nl/l.h realisiert) und DE-A 198 55 913 (maximale Propenlast = 155 Nl Propen/l.h).So the applied value of the propene load of the fixed bed is catalyst bed normally at values ≦ 155 Nl propene / l Ka talysatorschüttung.h (see e.g. EP-A 15565 (maximum propene last = 120 Nl propene / l.h), DE-C 28 30 765 (maximum propene last = 94.5 Nl propene / l.h), EP-A 804465 (maximum propene last = 128 Nl propene / l.h), EP-B 279374 (maximum propene last = 112 Nl propene / l.h), DE-C 25 13 405 (maximum propene last = 110 Nl propene / l.h), DE-A 33 00 044 (maximum propene last = 112 Nl propene / l.h), EP-A 575897 (maximum propene last = 120 Nl propene / l.h), DE-C 33 38 380 (in essentially all Examples the maximum propene load is 126 Nl propene / l.h; just in the case of a special catalyst composition, a Propene load of 162 Nl / l.h realized) and DE-A 198 55 913 (maximum Propene load = 155 Nl propene / l.h).
Die WO 98/24746 erachtet es bereits bei einer Propenbelastung von bis zu 148,8 Nl Propen/l.h als erforderlich, die Katalysatorschüt tung so zu strukturieren, daß ihre volumenspezifische Aktivität in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches sukzessive zu nimmt.WO 98/24746 already considers it with a propene load of up to 148.8 Nl propene / l.h as required, the catalyst bulk structure so that their volume-specific activity gradually in the flow direction of the reaction gas mixture takes.
Die JP-A 91/294239 offenbart zwar in einer beispielhaften Ausfüh rungsform bei im wesentlichen konventioneller Verfahrensweise eine Propenlast der Katalysatorschüttung von 160 Nl Propen/l.h für eine katalytische Gasphasenoxidation von Propen zu Acrolein als möglich, dies jedoch ebenfalls nur zum Preis einer in Strömungs richtung des Reaktionsgasgemisches sukzessive zunehmenden volu menspezifischen Aktivität. Eine solche Verfahrensweise ist groß technisch aber nur wenig praktikabel, wird die gasphasenkataly tische Oxidation von Propen zu Acrolein üblicherweise doch in Rohrbündelreaktoren mit einigen tausend Kontaktrohren durchge führt, von denen jedes einzelne mit der abgestuften Katalysator schüttung beschickt werden muß.JP-A 91/294239 does disclose an exemplary embodiment tion form with essentially conventional procedure a propene load of the catalyst bed of 160 Nl propene / l.h for a catalytic gas phase oxidation of propene to acrolein as possible, but also only for the price of one in flow direction of the reaction gas mixture gradually increasing volu men-specific activity. Such a procedure is great technically but not very practical, the gas phase catalyst table oxidation of propene to acrolein usually in Tube bundle reactors with several thousand contact tubes leads, each of which with the graded catalyst fill must be loaded.
In der EP-B 450596 wurde unter Anwendung einer strukturierten Ka talysatorschüttung bei ansonsten konventioneller Verfahrensweise eine Propenlast der Katalysatorschüttung von 202,5 Nl Propen/l.h realisiert. Dies allerdings auf Kosten einer verringerten Wert produktselektivität.In EP-B 450596 using a structured Ka catalyst filling with an otherwise conventional procedure a propene load of the catalyst bed of 202.5 Nl propene / l.h realized. However, this at the expense of a reduced value product selectivity.
Die EP-B 253409 und das zugehörige Äquivalent, die EP-B 257565, offenbaren, daß bei Verwendung eines inerten Verdünnungsgases das eine höhere molare Wärmekapazität als molekularer Stickstoff auf weist, der Anteil an Propen im Reaktionsgasausgangsgemisch erhöht werden kann. Nichtsdestotrotz liegt aber auch in den beiden vor genannten Schriften die maximale realisierte Propenbelastung der Katalysatorschüttung bei 140 Nl Propen/l.h.EP-B 253409 and the associated equivalent, EP-B 257565, disclose that when using an inert diluent gas has a higher molar heat capacity than molecular nitrogen shows, the proportion of propene in the reaction gas starting mixture increased can be. Nevertheless, it is also present in the two mentioned fonts the maximum realized propene load of the Catalyst bed at 140 Nl propene / l.h.
In der EP-A 293224 wurden Propenbelastungen oberhalb von 160 Nl Propen/l.h realisiert. Dies allerdings auf Kosten eines speziellen zu verwendenden inerten Verdünnungsgases, das völlig frei von mo lekularem Stickstoff ist. Nachteilig an diesem Verdünnungsgas ist insbesondere, daß es sich bei all seinen Bestandteilen, im Unter schied zu molekularem Stickstoff, um Wertprodukte handelt, die bei einer kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens in aufwen diger Weise aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wenigstens teil weise in die Gasphasenoxidation rückgeführt werden müssen.In EP-A 293224 propene loads above 160 Nl Propen / l.h realized. However, this at the expense of a special inert diluent gas to be used, which is completely free of mo is molecular nitrogen. A disadvantage of this diluent gas in particular, that it is in all its components, in the sub switched to molecular nitrogen, is a product of value that if the process is carried out continuously, at least partially for reasons of economy have to be recycled into the gas phase oxidation.
In entsprechender Weise beschränken die Verfahren des Standes der Technik den anzuwendenden Wert der Acroleinbelastung der Fest bettkatalysatorschüttung bei einer katalytischen Gasphasenoxida tion von Acrolein zu Acrylsäure normalerweise auf Werte ≦ 150 Nl Acrolein/l Katalysator.h (vgl. z. B. EP-B 714700.; dort beträgt die maximale angewandte Acroleinlast = 120 Nl Acrolein/l.h).The procedures of the prior art are correspondingly restricted Technique the applicable value of acrolein loading the hard Bed catalyst bed in a catalytic gas phase oxide tion of acrolein to acrylic acid normally to values ≦ 150 Nl Acrolein / l catalyst.h (see e.g. EP-B 714700 .; there the maximum applied acrolein load = 120 Nl acrolein / l.h).
Zweistufige Gasphasenoxidationen von Propen zu Acrylsäure, bei denen in den beiden Oxidationsstufen sowohl eine hohe Propenbela stung als auch eine hohe Acroleinbelastung des jeweiligen Fest bettkatalysators gefahren werden, sind aus dem Stand der Technik so gut wie nicht bekannt.Two-stage gas phase oxidation of propene to acrylic acid, at those in the two oxidation states both have a high propenbela as well as a high acrolein load of the respective festival bed catalyst are driven, are from the prior art almost unknown.
Eine der wenigen Ausnahmen bilden die bereits zitierte EP-B 253409 und das zugehörige Äquivalent, die EP-B 257565. Nichtsdestotrotz liegt aber auch in diesen beiden Schriften die maximale realisierte Propenbelastung, trotz Verwendung eines in erten Verdünnungsgases mit einer höheren molaren Wärmekapazität als Stickstoff, und damit im wesentlichen automatisch auch die bei direktem Durchgang des Produktgasgemisches der Propenoxidati onsstufe in die Acroleinoxidationsstufe nachfolgende Acroleinbe lastung der Katalysatorschüttung bei ≦ 140 Nl Reaktand (Propen oder Acrolein)/l.h.One of the few exceptions is the one already cited EP-B 253409 and the associated equivalent, EP-B 257565. Nevertheless, these two writings also contain the maximum realized propene load, despite using an in diluent gas with a higher molar heat capacity than nitrogen, and therefore essentially also the with direct passage of the propane oxidati product gas mixture stage in the acrolein oxidation stage following acroleinbe loading of the catalyst bed with ≦ 140 Nl reactant (propene or acrolein) /l.h.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand daher darin, ein wie eingangs definiertes Verfahren der katalytischen Gasphaseno xidation von Propen zu Acrylsäure zur Verfügung zu stellen, das eine erhöhte Raum-Zeit-Ausbeute an Acrylsäure gewährleistet, ohne die Nachteile der Hochlastfahrweisen des Standes der Technik auf zuweisen.The object of the present invention was therefore a as the initially defined process of catalytic gas phaseso Provide oxidation of propene to acrylic acid ensures an increased space-time yield of acrylic acid without the disadvantages of the high-load modes of operation of the prior art to assign.
Demgemäß wurde ein Verfahren der katalytischen Gasphasenoxidation
von Propen zu Acrylsäure, bei dem man ein Propen, molekularen
Sauerstoff und wenigstens ein Inertgas, das zu wenigstens 20%
seines Volumens aus molekularem Stickstoff besteht, enthaltendes
Reaktionsgasausgangsgemisch 1, das den molekularen Sauerstoff und
das Propen in einem molaren Verhältnis O2 : C3H6 ≧ 1 enthält, zu
nächst in einer ersten Reaktionsstufe bei erhöhter Temperatur so
über einen ersten Festbettkatalysator, dessen Aktivmasse wenig
stens ein Molybdän und/oder Wolfram sowie Wismut, Tellur, Anti
mon, Zinn und/oder Kupfer enthaltendes Multimetalloxid ist,
führt, daß der Propenumsatz bei einmaligem Durchgang ≧ 90 mol-%
und die damit einhergehende Selektivität der Acroleinbildung so
wie der Acrylsäurenebenproduktbildung zusammengenommen ≧ 90 mol-%
betragen, die Temperatur des die erste Reaktionsstufe verlassen
den Produktgasgemisches durch indirekte Kühlung gegebenenfalls
verringert und dem Produktgasgemisch gegebenenfalls molekularen
Sauerstoff und/oder Inertgas zugibt, und danach das Produktgasge
misch als Acrolein, molekularen Sauerstoff und wenigstens ein In
ertgas, das zu wenigstens 20% seines Volumens aus molekularem
Stickstoff besteht, enthaltendes Reaktionsgasausgangsgemisch 2,
das den molekularen Sauerstoff und das Acrolein in einem molaren
Verhältnis O2 : C3H4O ≧ 1 enthält, in einer zweiten Reaktionsstufe
bei erhöhter Temperatur so über einen zweiten Festbettkatalysa
tor, dessen Aktivmasse wenigstens ein Molybdän und Vanadin ent
haltendes Multimetalloxid ist, führt, daß der Acroleinumsatz bei
einmaligem Durchgang ≧ 90 mol-% und die Selektivität der über
beide Reaktionsstufen bilanzierten Acrylsäurebildung, bezogen auf
umgesetztes Propen, ≧ 80 mol-% beträgt, gefunden, das dadurch ge
kennzeichnet ist, daß
Accordingly, a process for the catalytic gas phase oxidation of propene to acrylic acid, in which a reaction gas starting mixture 1 containing the propene, molecular oxygen and at least one inert gas, which consists of at least 20% of its volume of molecular nitrogen, comprising the molecular oxygen and the propene in one contains molar ratio O 2 : C 3 H 6 ≧ 1, first in a first reaction stage at elevated temperature over a first fixed bed catalyst, the active composition of which is at least a molybdenum and / or tungsten as well as bismuth, tellurium, anti mon, tin and / or Copper-containing multimetal oxide means that the propene conversion in a single pass is ≧ 90 mol% and the associated selectivity of acrolein formation and acrylic acid by-product formation combined is betragen 90 mol%, the temperature of the first reaction stage possibly leaving the product gas mixture by indirect cooling decreased and that Product gas mixture optionally adds molecular oxygen and / or inert gas, and then the product gas mixture as acrolein, molecular oxygen and at least one inert gas, which consists of at least 20% of its volume of molecular nitrogen, containing reaction gas starting mixture 2, which contains the molecular oxygen and the acrolein contains a molar ratio of O 2 : C 3 H 4 O ≧ 1, in a second reaction stage at elevated temperature via a second fixed bed catalyst, the active composition of which contains at least one multimetal oxide containing molybdenum and vanadium, leads to acrolein conversion in one pass ≧ 90 mol% and the selectivity of the acrylic acid formation balanced over both reaction stages, based on converted propene, is ≧ 80 mol%, which is characterized in that
- a) die Belastung des ersten Festbettkatalysators mit dem im Re aktionsgasausgangsgemisch 1 enthaltenen Propen ≧ 160 Nl Pro pen/l Katalysatorschüttung.h beträgt, a) the load of the first fixed bed catalyst with the in Re Action gas starting mixture 1 propene contained ≧ 160 Nl Pro pen / l catalyst bed. h,
- b) der erste Festbettkatalysator aus einer in zwei räumlich auf einanderfolgenden Reaktionszonen A, B angeordneten Katalysa torschüttung besteht, wobei die Temperatur der Reaktions zone A 300 bis 330°C und die Temperatur der Reaktionszone B 300 bis 365°C beträgt und gleichzeitig wenigstens 50°C oberhalb der Temperatur der Reaktionszone A liegt,b) the first fixed bed catalyst from one into two spatially successive reaction zones A, B arranged kata there is gate filling, the temperature of the reaction zone A 300 to 330 ° C and the temperature of reaction zone B 300 to 365 ° C and at the same time at least 50 ° C above the temperature of reaction zone A,
- c) das Reaktionsgasausgangsgemisch 1 die Reaktionszonen A, B in der zeitlichen Abfolge "erst A", "dann B" durchströmt,c) the reaction gas starting mixture 1, the reaction zones A, B in flows through the chronological sequence "first A", "then B",
- d) die Reaktionszone A sich bis zu einem Umsatz des Propens von 40 bis 80 mol-% erstreckt,d) the reaction zone A up to a conversion of the propene Extends from 40 to 80 mol%,
- e) die Belastung des zweiten Festbettkatalysators mit dem im Re aktionsgasausgangsgemisch 2 enthaltenen Acrolein ≧ 140 Nl Acrolein/l Katalysatorschüttung.h beträgt,e) the load of the second fixed bed catalyst with the in Re Action gas starting mixture 2 contain acrolein N 140 Nl Acrolein / l catalyst bed. H,
- f) der zweite Festbettkatalysator aus einer in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Reaktionszonen C, D angeordneten Kataly satorschüttung besteht, wobei die Temperatur der Reaktions zone C 230 bis 270°C und die Temperatur der Reaktionszone D 250 bis 300°C beträgt und gleichzeitig wenigstens 10°C ober halb der Temperatur der Reaktionszone A liegt,f) the second fixed bed catalyst from one to two spatially successive reaction zones C, D arranged Kataly satorschüttung, the temperature of the reaction zone C 230 to 270 ° C and the temperature of reaction zone D Is 250 to 300 ° C and at the same time at least 10 ° C above is half the temperature of reaction zone A,
- g) das Reaktionsgasausgangsgemisch 2 die Reaktionszonen C, D in der zeitlichen Abfolge "erst C", "dann D" durchströmt undg) the reaction gas starting mixture 2, the reaction zones C, D in the time sequence "first flows through C", "then D" and
- h) sich die Reaktionszone C bis zu einem Umsatz des Acroleins von 55 bis 85 mol-% erstreckt.h) reaction zone C until conversion of acrolein extends from 55 to 85 mol%.
Bevorzugt erstreckt sich die Reaktionszone A bis zu einem Prope numsatz von 50 bis 70 mol-% und besonders bevorzugt bis zu einem Propenumsatz von 65 bis 75 mol-%.The reaction zone A preferably extends to a prop from 50 to 70 mol% and particularly preferably up to one Propene conversion from 65 to 75 mol%.
Die Temperatur der Reaktionszone B beträgt erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise 300 bis 340°C und besonders vorteilhaft 310 bis 330°C. Ferner liegt die Temperatur der Reaktionszone B bevor zugt wenigstens 10°C oberhalb der Temperatur der Reaktionszone A.According to the invention, the temperature of reaction zone B is in advantageously 300 to 340 ° C. and particularly advantageously 310 up to 330 ° C. The temperature of reaction zone B is also present moves at least 10 ° C above the temperature of reaction zone A.
Je höher die Propenbelastung der Katalysatorschüttung 1 beim er findungsgemäßen Verfahren gewählt wird, um so größer sollte die Differenz zwischen der Temperatur der Reaktionszone A und der Temperatur der Reaktionszone B gewählt werden. Normalerweise wird die vorgenannte Temperaturdifferenz beim erfindungsgemäßen Ver fahren aber nicht mehr als 50°C betragen. D. h., die Differenz zwi schen der Temperatur der Reaktionszone A und der Temperatur der Reaktionszone B kann erfindungsgemäß bis zu 20°C, bis zu 25°C, bis zu 30°C, bis zu 40°C, bis zu 45°C oder bis zu 50°C betragen.The higher the propene load on the catalyst bed 1 when it inventive method is chosen, the larger the Difference between the temperature of reaction zone A and the Temperature of reaction zone B can be selected. Usually it will the aforementioned temperature difference in the Ver but do not drive more than 50 ° C. That is, the difference between the temperature of reaction zone A and the temperature of the According to the invention, reaction zone B can be up to 20 ° C, up to 25 ° C, up to up to 30 ° C, up to 40 ° C, up to 45 ° C or up to 50 ° C.
In der Regel wird der auf den einfachen Durchgang bezogene Pro penumsatz beim erfindungsgemäßen Verfahren in der ersten Reakti onsstufe ≧ 92 mol-% oder ≧ 94 mol-% betragen. Die in der ersten Reaktionsstufe bei einfachem Durchgang resultierende Selektivität der Acroleinbildung sowie der Acrylsäurenebenproduktbildung wird dabei regelmäßig ≧ 92 mol-% oder ≧ 94 mol-%, häufig ≧ 95 mol-% oder ≧ 96 mol-% bzw. ≧ 97 mol-% betragen.As a rule, the pro referring to the simple round Pen conversion in the process according to the invention in the first reaction level ≧ 92 mol% or ≧ 94 mol%. The one in the first Selectivity reaction stage resulting in a single pass the formation of acrolein and the formation of acrylic acid by-products regularly ≧ 92 mol% or ≧ 94 mol%, often ≧ 95 mol% or ≧ 96 mol% or ≧ 97 mol%.
In überraschender Weise gilt das Vorgenannte nicht nur bei Pro penbelastungen der Katalysatorschüttung 1 von ≧ 165 Nl/l.h oder von ≧ 170 Nl/l.h bzw. ≧ 175 Nl/l.h oder ≧ 180 Nl/l.h, sondern auch bei Propenbelastungen der Katalysatorschüttung 1 von ≧ 185 Nl/l.h oder ≧ 190 Nl/l.h bzw. ≧ 200 Nl/l.h oder ≧ 210 Nl/l.h sowie bei Belastungswerten ≧ 220 Nl/l.h oder ≧ 230 Nl/l.h bzw. ≧ 240 Nl/l.h oder ≧ 250 Nl/l.h.Surprisingly, the above does not only apply to Pro Pen loads of the catalyst bed 1 of ≧ 165 Nl / l.h or from ≧ 170 Nl / l.h or ≧ 175 Nl / l.h or ≧ 180 Nl / l.h, but also with propene loads on the catalyst bed 1 of ≧ 185 Nl / l.h or ≧ 190 Nl / l.h or ≧ 200 Nl / l.h or ≧ 210 Nl / l.h as well as at Load values ≧ 220 Nl / l.h or ≧ 230 Nl / l.h or ≧ 240 Nl / l.h or ≧ 250 Nl / l.h.
Dabei überrascht, daß vorgenannte Werte selbst dann erreichbar sind, wenn das für das Reaktionsgasausgangsgemisch 1 erfindungs gemäß verwendete Inertgas zu ≧ 30 Vol-%, oder zu ≧ 40 Vol-%, oder zu ≧ 50 Vol-%, oder zu ≧ 60 Vol-%, oder zu ≧ 70 Vol-%, oder zu ≧ 80 Vol-%, oder zu ≧ 90 Vol-%, oder zu ≧ 95 Vol-% aus molekularem Stickstoff besteht.It is surprising that the aforementioned values can be achieved even then are, if that for the reaction gas starting mixture 1 fiction According to the inert gas used to ≧ 30 vol%, or to ≧ 40 vol%, or ≧ 50% by volume, or ≧ 60% by volume, or ≧ 70% by volume, or ≧ 80 vol%, or ≧ 90 vol%, or ≧ 95 vol% from molecular Nitrogen exists.
Bei Propenbelastungen der Katalysatorschüttung 1 oberhalb von 250 Nl/l.h wird für das erfindungsgemäße Verfahren die Mitverwen dung von inerten (inerte Verdünnungsgase sollen hier generell solche sein, die sich beim einmaligen Durchgang durch die jewei lige Reaktionsstufe zu weniger als 5%, bevorzugt zu weniger als 2% umsetzen) Verdünnungsgasen wie Propan, Ethan, Methan, Pentan, Butan, CO2, CO, Wasserdampf und/oder Edelgasen für das Reaktions gasausgangsgemisch 1 empfohlen. Selbstverständlich können diese Gase und ihre Gemische aber auch bereits bei geringeren Propenbe lastungen der Katalysatorschüttung 1 im Reaktionsgasausgangsge misch 1 mitverwendet oder als alleinige Verdünnungsgase verwendet werden. Es überrascht, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit ei ner über die Reaktionszonen A, B betrachtet homogenen, d. h., che misch einheitlichen, Katalysatorschüttung 1 durchgeführt werden kann, ohne in nennenswertem Umfang Umsatz- und/oder Selektivi tätseinbußen zu erleiden.In the case of propene loads on the catalyst bed 1 above 250 Nl / lh, the use of inert (inert diluent gases should generally be those for the process according to the invention which are less than 5%, preferably less than, during the single pass through the respective reaction stage Convert 2%) Diluent gases such as propane, ethane, methane, pentane, butane, CO 2, CO, water vapor and / or noble gases are recommended for the reaction gas starting mixture 1. Of course, these gases and their mixtures can also be used at lower propene loads on the catalyst bed 1 in the reaction gas outlet mixture 1 or be used as the sole dilution gases. It is surprising that the process according to the invention can be carried out with a homogeneous, ie chemically uniform, catalyst bed 1 viewed over the reaction zones A, B without suffering significant losses in sales and / or selectivity.
Normalerweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Propenbe lastung der ersten Festbettkatalysators den Wert 600 Nl/l.h nicht überschreiten. In typischer Weise liegen die Propenbelastungen des ersten Festbettkatalysators beim erfindungsgemäßen Verfahren ohne nennenswerten Verlust von Umsatz und Selektivität bei Werten ≦ 300 Nl/l.h, häufig bei Werten ≦ 250 Nl/l.h.Normally, the propene in the process according to the invention load of the first fixed bed catalyst did not reach 600 Nl / l.h. exceed. The propene loads are typically of the first fixed bed catalyst in the process according to the invention without significant loss of sales and selectivity in values ≦ 300 Nl / l.h, often with values ≦ 250 Nl / l.h.
Der Arbeitsdruck kann beim erfindungsgemäßen Verfahren in der er sten Reaktionsstufe sowohl unterhalb von Normaldruck (z. B. bis zu 0,5 bar) als auch oberhalb von Normaldruck liegen. Typischerweise wird der Arbeitsdruck in der ersten Reaktionsstufe bei Werten von 1 bis 5 bar, häufig 1,5 bis 3,5 bar liegen. Normalerweise wird der Reaktionsdruck in der ersten Reaktionsstufe 100 bar nicht überschreiten.The working pressure in the method according to the invention in which he most reaction stage both below normal pressure (e.g. up to 0.5 bar) and above normal pressure. Typically the working pressure in the first reaction stage at values of 1 to 5 bar, often 1.5 to 3.5 bar. Usually it will the reaction pressure in the first reaction stage is not 100 bar exceed.
Das molare Verhältnis von O2 : C3H6 im Reaktionsgasausgangsgemisch 1 muß erfindungsgemäß ≧ 1 betragen. Üblicherweise wird dieses Ver hältnis bei Werten ≦ 3 liegen. Häufig beträgt das molare Verhält nis von O2 : C3H6 im Reaktionsgasausgangsgemisch 1 erfindungsgemäß ≧ 1,5 und ≦ 2,0.According to the invention, the molar ratio of O 2 : C 3 H 6 in the reaction gas starting mixture 1 must be ≧ 1. This ratio will usually be around ≦ 3. The molar ratio of O 2 : C 3 H 6 in reaction gas starting mixture 1 according to the invention is frequently ≧ 1.5 and ≦ 2.0.
Als Quelle für den in der ersten Reaktionsstufe erforderlichen molekularen Sauerstoff kommt sowohl Luft, als auch an molekularem Stickstoff entreicherte Luft(z. B. ≧ 90 Vol.-% O2, ≦ 10 Vol-% N2) in Betracht.Both air and air depleted in molecular nitrogen (for example ≧ 90% by volume O 2 , ≦ 10% by volume N 2 ) can be considered as the source of the molecular oxygen required in the first reaction stage.
Der Propenanteil im Reaktionsgasausgangsgemisch 1 kann erfin dungsgemäß z. B. bei Werten von 4 bis 15 Vol.-%, häufig bei 5 bis 12 Vol-% bzw. 5 bis 8 Vol.-% liegen (jeweils bezogen auf das Ge samtvolumen).The proportion of propene in the reaction gas starting mixture 1 can be invented according to z. B. at values of 4 to 15 vol .-%, often 5 to 12 vol% or 5 to 8 vol .-% (each based on the Ge total volume).
Häufig wird man das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Pro pen : Sauerstoff : indifferente Gase (einschließlich Wasserdampf) Vo lumenverhältnis im Reaktionsgasausgangsgemisch 1 von 1:(1,0 bis 3,0):(5 bis 25), vorzugsweise 1:(1,7 bis 2, 3):(10 bis 15) durch führen.Frequently, the method according to the invention is used in a pro pen: oxygen: indifferent gases (including water vapor) Vo lumen ratio in reaction gas starting mixture 1 of 1: (1.0 to 3.0) :( 5 to 25), preferably 1: (1.7 to 2, 3) :( 10 to 15) by to lead.
In der Regel enthält das Reaktionsgasausgangsgemisch 1 neben den genannten Bestandteilen im wesentlichen keine weiteren Komponen ten.As a rule, the reaction gas starting mixture 1 contains in addition to the components mentioned essentially no further components ten.
Als Festbettkatalysatoren 1 kommen für das erfindungsgemäße Ver fahren alle diejenigen in Betracht, deren Aktivmasse wenigstens ein Mo, Bi und Fe enthaltendes Multimetalloxid ist.As fixed bed catalysts 1 come for the inventive Ver consider all those whose active mass at least is a multimetal oxide containing Mo, Bi and Fe.
D. h., prinzipiell können alle diejenigen Katalysatoren, die in den Schriften DE-C 33 38 380, DE-A 199 02 562, EP-A 15565, DE-C 23 80 765, EP-A 807465, EP-A 279374, DE-A 33 00 044, EP-A 575897, US-A 4438217, DE-A 198 55 913, WO 98/24746, DE-A 197 46 210 (diejenigen der allgemeinen Formel II), JP- A 91/294239, EP-A 293224 und EP-A 700714 offenbart werden, als Festbettkatalysatoren 1 eingesetzt werden. Dies gilt insbesondere für die beispielhaften Ausführungsformen in diesen Schriften, un ter denen jene der EP-A 15565, der EP-A 575897, der DE-A 197 46 210 und der DE-A 198 55 913 besonders bevorzugt werden. Besonders her vorzuheben sind in diesem Zusammenhang ein Katalysator gemäß Bei spiel 1c aus der EP-A 15565 sowie ein in entsprechender Weise herzustellender Katalysator, dessen Aktivmasse jedoch die Zusam mensetzung Mo12Ni6,5Zn2Fe2Bi1P0,0065K0,06Ox.10SiO2 aufweist. Ferner sind hervorzuheben das Beispiel mit der laufenden Nr. 3 aus der DE-A 198 55 913 (Stöchiometrie: Mo12Co7Fe3Bi0,6K0,08Si1,6Ox) als Hohl zylindervollkatalysator der Geometrie 5 mm × 3 mm × 2 mm (Außen durchmesser × Höhe × Innendurchmesser) sowie der Multimetallo xid II-Vollkatalysator gemäß Beispiel 1 der DE-A 197 46 210. Fer ner wären die Multimetalloxid-Katalysatoren der US-A 4438217 zu nennen. Letzteres gilt insbesondere dann, wenn diese Hohlzylinder eine Geometrie 5 mm × 2 mm × 2 mm, oder 5 mm × 3 mm × 2 mm, oder 6 mm × 3 mm × 3 mm, oder 7 mm × 3 mm × 4 mm (jeweils Außendurch messer × Höhe × Innendurchmesser) aufweisen.In principle, all those catalysts described in DE-C 33 38 380, DE-A 199 02 562, EP-A 15565, DE-C 23 80 765, EP-A 807465, EP-A 279374 , DE-A 33 00 044, EP-A 575897, US-A 4438217, DE-A 198 55 913, WO 98/24746, DE-A 197 46 210 (those of the general formula II), JP-A 91/294239 , EP-A 293224 and EP-A 700714, are used as fixed bed catalysts 1. This applies in particular to the exemplary embodiments in these documents, among which those of EP-A 15565, EP-A 575897, DE-A 197 46 210 and DE-A 198 55 913 are particularly preferred. Particularly noteworthy in this context are a catalyst according to example 1c from EP-A 15565 and a catalyst to be produced in a corresponding manner, the active composition of which, however, has the composition Mo 12 Ni 6.5 Zn 2 Fe 2 Bi 1 P 0.0065 K 0.06 O x .10SiO 2 . Also to be emphasized is the example with the current No. 3 from DE-A 198 55 913 (stoichiometry: Mo 12 Co 7 Fe 3 Bi 0.6 K 0.08 Si 1.6 O x ) as a hollow cylinder full catalyst of geometry 5 mm × 3 mm × 2 mm (outer diameter × height × inner diameter) and the multimetal oxide II full catalyst according to Example 1 of DE-A 197 46 210. Furthermore, the multimetal oxide catalysts of US Pat. No. 4,438,217 should be mentioned. The latter applies in particular if these hollow cylinders have a geometry of 5 mm × 2 mm × 2 mm, or 5 mm × 3 mm × 2 mm, or 6 mm × 3 mm × 3 mm, or 7 mm × 3 mm × 4 mm (each Have outside diameter × height × inside diameter).
Eine Vielzahl der als Festbettkatalysatoren 1 geeigneten Multime
talloxidaktivmassen läßt sich unter der allgemeinen Formel I
A large number of the multimetal active compounds suitable as fixed bed catalysts 1 can be obtained using the general formula I
Mo12BiaFebX1 cX2 dX3 eX4 fOn (I),
Mo 12 Bi a Fe b X 1 c X 2 d X 3 e X 4 f O n (I),
in der die Variablen nachfolgende Bedeutung aufweisen:
X1 = Nickel und/oder Kobalt,
X2 = Thallium, ein Alkalimetall und/oder ein Erdalkalimetall,
X3 = Zink, Phosphor, Arsen, Bor, Antimon, Zinn, Cer, Blei und/
oder Wolfram,
X4 = Silicium, Aluminium, Titan und/oder Zirkonium,
a = 0,5 bis 5,
b = 0,01 bis 5, vorzugsweise 2 bis 4,
c = 0 bis 10, vorzugsweise 3 bis 10,
d = 0 bis 2, vorzugsweise 0,02 bis 2,
e = 0 bis 8, vorzugsweise 0 bis 5,
f = 0 bis 10 und
n = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von
Sauerstoff verschiedenen Elemente in I bestimmt wird, sub
summieren.in which the variables have the following meaning:
X 1 = nickel and / or cobalt,
X 2 = thallium, an alkali metal and / or an alkaline earth metal,
X 3 = zinc, phosphorus, arsenic, boron, antimony, tin, cerium, lead and / or tungsten,
X 4 = silicon, aluminum, titanium and / or zirconium,
a = 0.5 to 5,
b = 0.01 to 5, preferably 2 to 4,
c = 0 to 10, preferably 3 to 10,
d = 0 to 2, preferably 0.02 to 2,
e = 0 to 8, preferably 0 to 5,
f = 0 to 10 and
n = subtotal a number determined by the valency and frequency of the elements in I other than oxygen.
Sie sind in an sich bekannter Weise erhältlich (siehe z. B. die DE-A 40 23 239) und werden üblicherweise in Substanz zu Kugeln, Ringen oder Zylindern geformt oder auch in Gestalt von Schalenka talysatoren, d. h., mit der Aktivmasse beschichteten vorgeformten, inerten Trägerkörpern, eingesetzt. Selbstverständlich können sie aber auch in Pulverform als Katalysatoren 1 angewendet werden. Selbstverständlich kann als Katalysator 1 erfindungsgemäß auch der Bi, Mo und Fe umfassende Multimetalloxidkatalysator ACS-4 der Fa. Nippon Shokubai verwendet werden.They are available in a manner known per se (see, for example, the DE-A 40 23 239) and are usually made into spheres in bulk, Rings or cylinders shaped or in the form of Schalenka analyzers, d. i.e., preformed coated with the active composition, inert support bodies used. Of course you can but can also be used in powder form as catalysts 1. Of course, according to the invention, catalyst 1 can also be used the multimetal oxide catalyst ACS-4 comprising Bi, Mo and Fe Fa. Nippon Shokubai can be used.
Prinzipiell können für die Festbettkatalysatoren 1 geeignete Ak tivmassen, insbesondere solche der allgemeinen Formel I, in ein facher Weise dadurch hergestellt werden, daß man von geeigneten Quellen ihrer elementaren Konstituenten ein möglichst inniges, vorzugsweise feinteiliges, ihrer Stöchiometrie entsprechend zu sammengesetztes, Trockengemisch erzeugt und dieses bei Temperatu ren von 350 bis 650°C calciniert. Die Calcination kann sowohl un ter Inertgas als auch unter einer oxidativen Atmosphäre wie z. B. Luft (Gemisch aus Inertgas und Sauerstoff) sowie auch unter redu zierender Atmosphäre (z. B. Gemisch aus Inertgas, NH3, CO und/oder H2) erfolgen. Die Calcinationsdauer kann einige Minuten bis einige Stunden betragen und nimmt üblicherweise mit der Temperatur ab. Als Quellen für die elementaren Konstituenten der Multimetall oxidaktivmassen I kommen solche Verbindungen in Betracht, bei de nen es sich bereits um Oxide handelt und/oder um solche Verbin dungen, die durch Erhitzen, wenigstens in Anwesenheit von Sauer stoff, in Oxide überführbar sind.In principle, suitable active compositions for the fixed bed catalysts 1, in particular those of the general formula I, can be prepared in a simple manner by producing an intimate, preferably finely divided, dry mixture which is composed according to their stoichiometry, from suitable sources of their elemental constituents, and this calcined at temperatures from 350 to 650 ° C. The calcination can be done both under inert gas and under an oxidative atmosphere such as e.g. B. air (mixture of inert gas and oxygen) and under a reducing atmosphere (z. B. mixture of inert gas, NH 3 , CO and / or H 2 ). The calcination time can range from a few minutes to a few hours and usually decreases with temperature. Suitable sources for the elementary constituents of the multimetal oxide active materials I are those compounds which are already oxides and / or compounds which can be converted into oxides by heating, at least in the presence of oxygen.
Neben den Oxiden kommen als solche Ausgangsverbindungen vor allem Halogenide, Nitrate, Formiate, Oxalate, Citrate, Acetate, Carbo nate, Aminkomplexe, Ammonium-Salze und/oder Hydroxide in Betracht (Verbindungen wie NH4OH, (NH4)2CO3, NH4NO3, NH4CHO2, CH3COOH, NH4CH3CO2 und/oder Ammoniumoxalat, die spätestens beim späteren Calcinieren zu vollständig gasförmig entweichenden Verbindungen zerfallen und/oder zersetzt werden können, können in das innige Trockengemisch zusätzlich eingearbeitet werden).In addition to the oxides, such starting compounds are in particular halides, nitrates, formates, oxalates, citrates, acetates, carbonates, amine complexes, ammonium salts and / or hydroxides (compounds such as NH 4 OH, (NH 4 ) 2 CO 3 , NH 4 NO 3 , NH 4 CHO 2 , CH 3 COOH, NH 4 CH 3 CO 2 and / or ammonium oxalate, which can decompose and / or decompose to form completely gaseous compounds at the latest during the later calcination, can also be incorporated into the intimate dry mixture become).
Das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Multimetalloxidmassen I kann in trockener oder in nasser Form erfolgen. Erfolgt er in trockener Form, so werden die Ausgangs verbindungen zweckmäßigerweise als feinteilige Pulver eingesetzt und nach dem Mischen und gegebenenfalls Verdichten der Calcinie rung unterworfen. Vorzugsweise erfolgt das innige Vermischen je doch in nasser Form. Üblicherweise werden dabei die Ausgangsver bindungen in Form einer wäßrigen Lösung und/oder Suspension mit einander vermischt. Besonders innige Trockengemische werden beim beschriebenen Mischverfahren dann erhalten, wenn ausschließlich von in gelöster Form vorliegenden Quellen der elementaren Konsti tuenten ausgegangen wird. Als Lösungsmittel wird bevorzugt Wasser eingesetzt. Anschließend wird die erhaltene wäßrige Masse ge trocknet, wobei der Trocknungsprozeß vorzugsweise durch Sprüh trocknung der wäßrigen Mischung mit Austrittstemperaturen von 100 bis 150°C erfolgt.The intimate mixing of the starting compounds for production of multimetal oxide masses I can be in dry or wet form respectively. If it is done in dry form, then the starting compounds expediently used as finely divided powders and after mixing and optionally compressing the calcine subject. The intimate mixing is preferably carried out in each case but in wet form. Usually the exit ver bindings in the form of an aqueous solution and / or suspension mixed together. Particularly intimate dry mixtures are used in the get the described mixing process if only from sources of the elementary constituent in a dissolved form tuenten is assumed. Water is preferred as the solvent used. The aqueous mass obtained is then ge dries, the drying process preferably by spray drying of the aqueous mixture with exit temperatures of 100 up to 150 ° C.
Die als erfindungsgemäße Festbettkatalysatoren 1 geeigneten Mul timetalloxidmassen, insbesondere jene der allgemeinen Formel I, können für das erfindungsgemäße Verfahren sowohl in Pulverform als auch zu bestimmten Katalysatorgeometrien geformt eingesetzt werden, wobei die Formgebung vor oder nach der abschließenden Calcination erfolgen kann. Beispielsweise können aus der Pulver form der Aktivmasse oder ihrer uncalcinierten und/oder partiell calcinierten Vorläufermasse durch Verdichten zur gewünschten Ka talysatorgeometrie (z. B. durch Tablettieren, Extrudieren oder Strangpressen) Vollkatalysatoren hergestellt werden, wobei gege benenfalls Hilfsmittel wie z. B. Graphit oder Stearinsäure als Gleitmittel und/oder Formhilfsmittel und Verstärkungsmittel wie Mikrofasern aus Glas, Asbest, Siliciumcarbid oder Kaliumtitanat zugesetzt werden können. Geeignete Vollkatalysatorgeometrien sind z. B. Vollzylinder oder Hohlzylinder mit einem Außendurchmesser und einer Länge von 2 bis 10 mm. Im Fall der Hohlzylinder ist eine Wandstärke von 1 bis 3 mm zweckmäßig. Selbstverständlich kann der Vollkatalysator auch Kugelgeometrie aufweisen, wobei der Kugeldurchmesser 2 bis 10 mm betragen kann.The Mul suitable as fixed bed catalysts 1 according to the invention time oxide masses, in particular those of the general formula I, can be used for the process according to the invention both in powder form as well as shaped to certain catalyst geometries be, the shape before or after the final Calcination can be done. For example, from the powder form of the active composition or its uncalcined and / or partial calcined precursor mass by compression to the desired Ka Talysatorgeometrie (e.g. by tableting, extrusion or Extrusion) full catalysts are produced, against also aids such. B. graphite or stearic acid as Lubricants and / or molding aids and reinforcing agents such as Microfibers made of glass, asbestos, silicon carbide or potassium titanate can be added. Suitable all-catalyst geometries are e.g. B. solid cylinder or hollow cylinder with an outer diameter and a length of 2 to 10 mm. In the case of the hollow cylinder a wall thickness of 1 to 3 mm is appropriate. Of course the unsupported catalyst can also have spherical geometry, the Ball diameter can be 2 to 10 mm.
Selbstverständlich kann die Formgebung der pulverförmigen Aktiv masse oder ihrer pulverförmigen, noch nicht und/oder partiell calcinierten, Vorläufermasse auch durch Aufbringen auf vorge formte inerte Katalysatorträger erfolgen. Die Beschichtung der Trägerkörper zur Herstellung der Schalenkatalysatoren wird in der Regel in einem geeigneten drehbaren Behälter ausgeführt, wie es z. B. aus der DE-A 29 09 671, der EP-A 293859 oder aus der EP-A 714700 bekannt ist. Zweckmäßigerweise wird zur Beschichtung der Trägerkörper die aufzubringende Pulvermasse befeuchtet und nach dem Aufbringen, z. B. mittels heißer Luft, wieder getrocknet. Die Schichtdicke der auf den Trägerkörper aufgebrachten Pulver masse 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.Of course, the shape of the powdered active mass or its powdery form, not yet and / or partially calcined, precursor mass also by applying on pre shaped inert catalyst support. The coating of the Support body for the production of the shell catalysts is in the Usually run in a suitable rotatable container like this e.g. B. from DE-A 29 09 671, EP-A 293859 or from EP-A 714700 is known. It is useful for coating the carrier body moistens the powder mass to be applied and after application, e.g. B. by means of hot air, dried again. The layer thickness of the powder applied to the carrier body mass is advantageously in the range of 10 to 1000 microns, preferred in the range 50 to 500 μm and particularly preferably in the range 150 down to 250 µm.
Als Trägermaterialien können dabei übliche poröse oder unporöse Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Thoriumdioxid, Zirkondioxid, Si liciumcarbid oder Silikate wie Magnesium- oder Aluminiumsilikat verwendet werden. Die Trägerkörper können regelmäßig oder unre gelmäßig geformt sein, wobei regelmäßig geformte Trägerkörper mit deutlich ausgebildeter Oberflächenrauhigkeit, z. B. Kugeln oder Hohlzylinder, bevorzugt werden. Geeignet ist die Verwendung von im wesentlichen unporösen, oberflächenrauhen, kugelförmigen Trä gern aus Steatit, 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 Außendurch messer 4 bis 10 mm beträgt. Im Fall von erfindungsgemäß geeigne ten Ringen als Trägerkörper liegt die Wanddicke darüber hinaus üblicherweise bei 1 bis 4 mm. Erfindungsgemäß bevorzugt zu ver wendende ringförmige Trägerkörper besitzen eine Länge von 3 bis 6 mm, einen Außendurchmesser von 4 bis 8 mm und eine Wanddicke von 1 bis 2 mm. Erfindungsgemäß geeignet sind vor allem auch Ringe der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm (Außendurchmes ser × Länge × Innendurchmesser) als Trägerkörper. Die Feinheit der auf die Oberfläche des Trägerkörpers aufzubringenden kataly tisch aktiven Oxidmassen wird selbstredend an die gewünschte Schalendicke angepaßt (vgl. EP-A 714 700).Usual porous or non-porous can be used as carrier materials Aluminum oxides, silicon dioxide, thorium dioxide, zirconium dioxide, Si licium carbide or silicates such as magnesium or aluminum silicate be used. The carrier bodies can be regular or irregular be shaped like a gel, with regularly shaped carrier bodies with clearly formed surface roughness, e.g. B. balls or Hollow cylinders are preferred. The use of essentially non-porous, rough surface, spherical Trä preferably from steatite, the diameter of 1 to 8 mm, preferably 4 to Is 5 mm. However, the use of cylinders is also suitable as a carrier body, the length of which is 2 to 10 mm and the outside diameter knife is 4 to 10 mm. In the case of suitable according to the invention ten rings as a carrier body, the wall thickness is beyond usually 1 to 4 mm. According to the invention preferably to ver turning ring-shaped carrier bodies have a length of 3 to 6 mm, an outer diameter of 4 to 8 mm and a wall thickness from 1 to 2 mm. Above all, are also suitable according to the invention Geometry rings 7 mm × 3 mm × 4 mm (outer diameter ser × length × inner diameter) as a support body. The delicacy the kataly to be applied to the surface of the carrier body Table active oxide masses is of course the desired Adjusted shell thickness (see. EP-A 714 700).
Günstige als Festbettkatalysatoren 1 erfindungsgemäß zu verwen
dende Multimetalloxidaktivmassen sind ferner Massen der allgemei
nen Formel II
Inexpensive multimetal oxide active compositions to be used according to the invention as fixed bed catalysts 1 are furthermore compositions of the general formula II
[Y1 a'Y2 b'Ox']p[Y3 c'Y4 d'Y5 e'Y6 f'Y7 g'Y2 h'Oy']q (II),
[Y 1 a ' Y 2 b' O x ' ] p [Y 3 c' Y 4 d ' Y 5 e' Y 6 f ' Y 7 g' Y 2 h ' O y' ] q (II),
in der die Variablen folgende Bedeutung haben:
Y1 = Wismut, Tellur, Antimon, Zinn und/oder Kupfer,
Y2 = Molybdän und/oder Wolfram,
Y3 = ein Alkalimetall, Thallium und/oder Samarium,
Y4 = ein Erdalkalimetall, Nickel, Kobalt, Kupfer, Mangan, Zink,
Zinn, Cadmium und/oder Quecksilber,
Y5 = Eisen, Chrom, Cer und/oder Vanadium,
Y6 = Phosphor, Arsen, Bor und/oder Antimon,
Y7 = ein seltenes Erdmetall, Titan, Zirkonium, Niob, Tantal,
Rhenium, Ruthenium, Rhodium, Silber, Gold, Aluminium, Gal
lium, Indium, Silicium, Germanium, Blei, Thorium und/oder
Uran,
a' = 0,01 bis 8,
b' = 0,1 bis 30,
c' = 0 bis 4,
d' = 0 bis 20,
e' = 0 bis 20,
f' = 0 bis 6,
g' = 0 bis 15,
h' = 8 bis 16,
x', y' = Zahlen, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von
Sauerstoff verschiedenen Elemente in II bestimmt werden und
p, q = Zahlen, deren Verhältnis p/q 0,1 bis 10 beträgt,
enthaltend dreidimensional ausgedehnte, von ihrer lokalen Umge
bung aufgrund ihrer von ihrer lokalen Umgebung verschiedenen Zu
sammensetzung abgegrenzte, Bereiche der chemischen Zusammenset
zung Y1 a'Y2 b'Ox', deren Größtdurchmesser (längste durch den Schwer
punkt des Bereichs gehende Verbindungsstrecke zweier auf der
Oberfläche (Grenzfläche) des Bereichs befindlicher Punkte) 1 nm
bis 100 µm, häufig 10 nm bis 500 nm oder 1 µm bis 50 bzw. 25 µm,
beträgt.in which the variables have the following meaning:
Y 1 = bismuth, tellurium, antimony, tin and / or copper,
Y 2 = molybdenum and / or tungsten,
Y 3 = an alkali metal, thallium and / or samarium,
Y 4 = an alkaline earth metal, nickel, cobalt, copper, manganese, zinc, tin, cadmium and / or mercury,
Y 5 = iron, chromium, cerium and / or vanadium,
Y 6 = phosphorus, arsenic, boron and / or antimony,
Y 7 = a rare earth metal, titanium, zirconium, niobium, tantalum, rhenium, ruthenium, rhodium, silver, gold, aluminum, gal lium, indium, silicon, germanium, lead, thorium and / or uranium,
a '= 0.01 to 8,
b '= 0.1 to 30,
c '= 0 to 4,
d '= 0 to 20,
e '= 0 to 20,
f '= 0 to 6,
g '= 0 to 15,
h '= 8 to 16,
x ', y' = numbers which are determined by the valency and frequency of the elements in II other than oxygen and
p, q = numbers whose ratio p / q is 0.1 to 10, comprising three-dimensionally extended areas of the chemical composition Y 1 a ' Y 2 b, which are delimited from their local environment on account of their composition which is different from their local environment ' O x' , the largest diameter (longest connecting section through the center of gravity of the area of two points located on the surface (interface) of the area) 1 nm to 100 µm, often 10 nm to 500 nm or 1 µm to 50 or 25 µm , is.
Besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Multimetalloxidmassen II sind solche, in denen Y1 Wismut ist.Particularly advantageous multimetal oxide compositions II according to the invention are those in which Y 1 is bismuth.
Unter diesen werden wiederum jene bevorzugt, die der allgemeinen
Formel III
Among these, those are preferred which have the general formula III
[Bia''Z2 b''Oc'']p'' [Z2 12Z3 c''Z4 d''Fee''Z5 f'''Z6 g''Z7 h''Oy'']q'' (III)
[Bi a '' Z 2 b '' O c '' ] p '' [Z 2 12 Z 3 c '' Z 4 d '' Fe e '' Z 5 f ''' Z 6 g'' Z 7 h '' O y '' ] q '' (III)
in der die Varianten folgende Bedeutung haben:
Z2 = Molybdän und/oder Wolfram,
Z3 = Nickel und/oder Kobalt,
Z4 = Thallium, ein Alkalimetall und/oder ein Erdalkalimetall,
Z5 = Phosphor, Arsen, Bor, Antimon, Zinn, Cer und/oder Blei,
Z6 = Silicium, Aluminium, Titan und/oder Zirkonium,
Z7 = Kupfer, Silber und/oder Gold,
a" = 0,1 bis 1,
b" = 0,2 bis 2,
c" = 3 bis 10,
d" = 0,02 bis 2,
e" = 0,01 bis 5, vorzugsweise 0,1 bis 3,
f" = 0 bis 5,
g" = 0 bis 10,
h" = 0 bis 1,
x", y" = Zahlen, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von
Sauerstoff verschiedenen Element in III bestimmt werden,
p", q" = Zahlen, deren Verhältnis p"/q" 0,1 bis 5, vorzugsweise 0,5
bis 2 beträgt,
entsprechen, wobei diejenigen Massen III ganz besonders bevorzugt
werden, in denen Z2 b'' = (Wolfram)b'' und Z2 12 = (Molybdän)12 ist.in which the variants have the following meaning:
Z 2 = molybdenum and / or tungsten,
Z 3 = nickel and / or cobalt,
Z 4 = thallium, an alkali metal and / or an alkaline earth metal,
Z 5 = phosphorus, arsenic, boron, antimony, tin, cerium and / or lead,
Z 6 = silicon, aluminum, titanium and / or zirconium,
Z 7 = copper, silver and / or gold,
a "= 0.1 to 1,
b "= 0.2 to 2,
c "= 3 to 10,
d "= 0.02 to 2,
e "= 0.01 to 5, preferably 0.1 to 3,
f "= 0 to 5,
g "= 0 to 10,
h "= 0 to 1,
x ", y" = numbers which are determined by the valency and frequency of the element other than oxygen in III,
p ", q" = numbers whose ratio p "/ q" is 0.1 to 5, preferably 0.5 to 2,
correspond, those masses III being very particularly preferred in which Z 2 b '' = (tungsten) b '' and Z 2 12 = (molybdenum) 12 .
Ferner ist es von Vorteil, wenn wenigstens 25 mol-% (bevorzugt wenigstens 50 mol-% und besonders bevorzugt wenigstens 100 mol-%) des gesamten Anteils [y1 a,y2 b,Ox,]p ([Bia''Z2 b''Ox'']p'') der als Fest bettkatalysatoren 1 erfindungsgemäß geeigneten Multimetalloxid massen II (Multimetalloxidmassen III) in den erfindungsgemäß ge eigneten Multimetalloxidmassen II (Multimetalloxidmassen III) in Form dreidimensional ausgedehnter, von ihrer lokalen Umgebung aufgrund ihrer von ihrer lokalen Umgebung verschiedenen chemi schen Zusammensetzung abgegrenzter, Bereiche der chemischen Zu sammensetzung y1 a,y2 b,Ox, [Bia''Z2 b''Ox''] vorliegen, deren Größtdurch messer im Bereich 1 nm bis 100 µm liegt.It is also advantageous if at least 25 mol% (preferably at least 50 mol% and particularly preferably at least 100 mol%) of the total fraction [y 1 a , y 2 b , O x ,] p ([Bi a '' Z 2 b'' O x'' ] p'' ) of the multimetal oxide compositions II (multimetal oxide compositions III) which are suitable according to the invention as fixed bed catalysts 1 in the inventive multimetal oxide compositions II (multimetal oxide compositions III) in the form of three-dimensionally expanded form due to their local environment their chemical composition, different from their local environment, defined areas of the chemical composition y 1 a , y 2 b , O x , [Bi a '' Z 2 b '' O x '' ], whose size diameter is in the area 1 nm is up to 100 µm.
Hinsichtlich der Formgebung gilt bezüglich Multimetalloxidmas sen II-Katalysatoren das bei den Multimetalloxidmassen I-Kataly satoren Gesagte.With regard to the shape, multimetal oxide mas applies sen II catalysts that in the multimetal oxide masses I-cataly sators said.
Die Herstellung von Multimetalloxidmassen II-Aktivmassen ist z. B. in der EP-A 575897 sowie in der DE-A 198 55 913 beschrieben.The production of multimetal oxide II active materials is e.g. B. described in EP-A 575897 and in DE-A 198 55 913.
In anwendungstechnisch zweckmäßiger Weise erfolgt die Durchfüh rung der ersten Reaktionsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Zweizonenrohrbündelreaktor. Eine bevorzugte Variante ei nes erfindungsgemäß einsetzbaren Zweizonenrohrbündelreaktors of fenbart die DE-C 28 30 765. Aber auch die in der DE-C 25 13 405, der US-A 3147084, der DE-A 22 01 528, der EP-A 383224 und der DE-A 29 03 218 offenbarten Zweizonenrohrbündelreaktoren sind für eine Durchführung der ersten Reaktionsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.This is carried out in a manner which is expedient in terms of application technology tion of the first reaction stage of the process according to the invention in a two-zone tube bundle reactor. A preferred variant egg nes according to the invention usable two-zone tube bundle reactor fenbart DE-C 28 30 765. But also in DE-C 25 13 405, the US-A 3147084, DE-A 22 01 528, EP-A 383224 and DE-A 29 03 218 disclosed two-zone tube bundle reactors are for carrying out the first reaction stage of the invention Process suitable.
D. h., in einfachster Weise befindet sich der erfindungsgemäß zu verwendende Festbettkatalysator 1 in den Metallrohren eines Rohr bündelreaktors und um die Metallrohre werden zwei voneinander im wesentlichen räumlich getrennte Temperiermedien, in der Regel Salzschmelzen, geführt. Der Rohrabschnitt, über den sich das je weilige Salzbad erstreckt, repräsentiert erfindungsgemäß eine Re aktionszone. D. h., in einfachster Weise umströmt ein Salzbad A denjenigen Abschnitt der Rohre (die Reaktionszone A), in welchem sich die oxidative Umsetzung des Propens (beim einfachen Durch gang) bis zum Erreichen eines Umsatzes im Bereich von 40 bis 80 mol-% vollzieht und ein Salzbad B umströmt den Abschnitt der Rohre (die Reaktionszone B), in welchem sich die oxidative An schlußumsetzung des Propens (beim einfachen Durchgang) bis zum Erreichen eines Umsatzwertes von wenigstens 90 mol-% vollzieht (bei Bedarf können sich an die erfindungsgemäß anzuwendenden Re aktionszonen A, B weitere Reaktionszonen anschließen, die auf in dividuellen Temperaturen gehalten werden).That is, in the simplest way, it is according to the invention using fixed bed catalyst 1 in the metal tubes of a tube bundle reactor and around the metal pipes are two of each other in the essentially spatially separated temperature control media, as a rule Melting salt, led. The pipe section over which ever extends salt bath, represents a Re according to the invention action zone. That is, a salt bath A flows around in the simplest way that section of the tubes (reaction zone A) in which the oxidative conversion of propene gang) until sales in the range of 40 to 80 mol% and a salt bath B flows around the section of Pipes (the reaction zone B), in which the oxidative An final implementation of the propene (in a single pass) by Achieving a sales value of at least 90 mol% (If necessary, can be applied to the Re Action zones A, B connect further reaction zones that are in individual temperatures).
Anwendungstechnisch zweckmäßig umfaßt die erste Reaktionsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens keine weiteren Reaktionszonen. D. h., das Salzbad B umströmt zweckmäßig den Abschnitt der Rohre, in welchem sich die oxidative Anschlußumsetzung des Propens (beim einfachen Durchgang) bis zu einem Umsatzwert ≧ 92 mol-% oder ≧ 94 mol-% oder mehr vollzieht.Appropriately from an application point of view, the first reaction stage comprises of the process according to the invention no further reaction zones. That is, the salt bath B expediently flows around the section of the pipes, in which the oxidative subsequent conversion of propene (at single pass) up to a sales value ≧ 92 mol% or ≧ 94 mol% or more.
Üblicherweise liegt der Beginn der Reaktionszone B hinter dem Heißpunktmaximum der Reaktionszone A. Das Heißpunktmaximum der Reaktionszone B liegt normalerweise unterhalb der Heißpunktmaxi maltemperatur der Reaktionszone A.The start of reaction zone B is usually behind that Hot spot maximum of reaction zone A. The hot spot maximum of Reaction zone B is normally below the hot spot maximum temperature of reaction zone A.
Die beiden Salzbäder A, B können erfindungsgemäß relativ zur Strö mungsrichtung des durch die Reaktionsrohre strömenden Reaktions gasgemisches im Gleichstrom oder im Gegenstrom durch den die Re aktionsrohre umgebenden Raum geführt werden. Selbstverständlich kann erfindungsgemäß auch in der Reaktionszone A eine Gleichströ mung und in der Reaktionszone B eine Gegenströmung (oder umge kehrt) angewandt werden.According to the invention, the two salt baths A, B can be relative to the stream direction of flow of the reaction flowing through the reaction tubes gas mixture in cocurrent or in countercurrent through which the Re action tubes surrounding space. Of course can, according to the invention, a direct current also in reaction zone A. tion and in reaction zone B a counterflow (or vice versa returns) can be applied.
Selbstverständlich kann man in allen vorgenannten Fallkonstella tionen innerhalb der jeweiligen Reaktionszone der, relativ zu den Reaktionsrohren, erfolgenden Parallelströmung der Salzschmelze noch eine Querströmung überlagern, so daß die einzelne Reaktions zone einem wie in der EP-A 700714 oder in der EP-A 700893 beschriebenen Rohrbündelreaktor entspricht und insgesamt im Längsschnitt durch das Kontaktrohrbündel ein mäanderförmiger Strömungsverlauf des Wärmeaustauschmittels resultiert.Of course, you can in all of the above-mentioned cases ions within the respective reaction zone, relative to the Reaction tubes, parallel flow of the molten salt overlap a cross flow so that the individual reaction Zone one as in EP-A 700714 or in EP-A 700893 described tube bundle reactor corresponds and overall in Longitudinal section through the contact tube bundle a meandering Flow course of the heat exchange medium results.
Zweckmäßigerweise wird das Reaktionsgasausgangsgemisch 1 der Ka talysatorbeschickung 1 auf die Reaktionstemperatur vorerwärmt zu geführt.The reaction gas starting mixture 1 of Ka to 1 preheated to the reaction temperature guided.
Üblicherweise sind in den vorgenannten Rohrbündelreaktoren die Kontaktrohre aus ferritischem Stahl gefertigt und weisen in typi scher Weise eine Wanddicke von 1 bis 3 mm auf. Ihr Innendurchmes ser beträgt in der Regel 20 bis 30 mm, häufig 22 bis 26 mm. Anwendungstechnisch zweckmäßig beläuft sich die im Rohrbündelbe hälter untergebrachte Anzahl an Kontaktrohren auf wenigstens 5000, vorzugsweise auf wenigstens 10000. Häufig beträgt die Anzahl der im Reaktionsbehälter untergebrachten Kontaktrohre 15000 bis 30000. Rohrbündelreaktoren mit einer oberhalb von 40000 liegenden Anzahl an Kontaktrohren bilden eher die Ausnahme. Innerhalb des Behälters sind die Kontaktrohre im Normalfall homo gen verteilt angeordnet, wobei die Verteilung zweckmäßig so gewählt wird, daß der Abstand der zentrischen Innenachsen von zu einander nächstliegenden Kontaktrohren (die sogenannte Kontak trohrteilung) 35 bis 45 mm beträgt (vgl. z. B. EP-B 468290). Usually are in the aforementioned tube bundle reactors Contact tubes made of ferritic steel and have typi Scher way on a wall thickness of 1 to 3 mm. Your inside diameter This is usually 20 to 30 mm, often 22 to 26 mm. Appropriately from an application point of view, this is in the tube bundle number of contact tubes accommodated at a minimum 5000, preferably to at least 10000. Often this is Number of contact tubes housed in the reaction vessel 15,000 to 30,000. Tube bundle reactors with an above 40,000 lying number of contact tubes are rather the exception. The contact tubes inside the container are normally homo gene arranged distributed, the distribution expediently so is chosen that the distance of the central inner axes from to contact tubes closest to each other (the so-called contact tube pitch) is 35 to 45 mm (see e.g. EP-B 468290).
Als Wärmeaustauschmittel eignen sich insbesondere fluide Tempe riermedien. Besonders günstig ist die Verwendung von Schmelzen von Salzen wie Kaliumnitrat, Kaliumnitrit, Natriumnitrit und/oder Natriumnitrat, oder von niedrig schmelzenden Metallen wie Natrium Quecksilber sowie Legierungen verschiedener Metalle.Fluid temperatures are particularly suitable as heat exchangers media. The use of melts is particularly favorable of salts such as potassium nitrate, potassium nitrite, sodium nitrite and / or Sodium nitrate, or of low melting metals such as sodium Mercury and alloys of various metals.
In der Regel wird bei allen vorstehend erwähnten Konstellationen der Stromführung in den Zweizonenrohrbündelreaktoren die Fließge schwindigkeit innerhalb der beiden erforderlichen Wärmeaus tauschmittelkreisläufen so gewählt, daß die Temperatur des Wär meaustauschmittels von der Eintrittsstelle in die Reaktionszone bis zur Austrittstelle aus der Reaktionszone um 0 bis 15°C an steigt. D. h., das vorgenannte ΔT kann erfindungsgemäß 1 bis 10°C, oder 2 bis 8°C oder 3 bis 6°C betragen.As a rule, in all the constellations mentioned above the flow in the two-zone tube bundle reactors speed within the two required heat levels Exchange medium circuits selected so that the temperature of the heat exchange medium from the entry point into the reaction zone up to the point of exit from the reaction zone at 0 to 15 ° C increases. That is, the aforementioned ΔT can be 1 to 10 ° C according to the invention, or 2 to 8 ° C or 3 to 6 ° C.
Die Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Reakti onszone A beträgt erfindungsgemäß normalerweise 300 bis 330°C. Die Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Reaktions zone B beträgt erfindungsgemäß normalerweise einerseits 300 bis 365°C und liegt andererseits gleichzeitig wenigstens 5°C oberhalb der Eintrittstemperatur des in die Reaktionszone A eintretenden Wärmeaustauschmittels.The temperature at which the heat exchange medium enters the reactor Onszone A is normally 300 to 330 ° C according to the invention. The Entry temperature of the heat exchange medium in the reaction zone B according to the invention is normally on the one hand 300 to 365 ° C and on the other hand is at least 5 ° C above the inlet temperature of that entering reaction zone A. Heat exchange medium.
Bevorzugt liegt die Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Reaktionszone B wenigstens 10°C oberhalb der Eintrittstem peratur des in die Reaktionszone A eintretenden Wärmeaustau schmittels. Die Differenz zwischen den Eintrittstemperaturen in die Reaktionszone A bzw. B kann erfindungsgemäß somit bis zu 20°C, bis zu 25°C, bis zu 30°C, bis zu 40°C, bis zu 45°C oder bis zu 50°C betragen. Normalerweise wird die vorgenannte Temperaturdiffe renz aber nicht mehr als 50°C betragen. Je höher die Propenbela stung der Katalysatorschüttung 1 beim erfindungsgemäßen Verfahren gewählt wird, um so größer sollte die Differenz zwischen der Ein trittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Reaktionszone A und der Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Re aktionszone B sein.The inlet temperature of the heat exchange medium is preferably into reaction zone B at least 10 ° C above the entry temperature temperature of the heat build-up entering reaction zone A. means. The difference between the inlet temperatures in reaction zone A or B can therefore be up to 20 ° C., up to 25 ° C, up to 30 ° C, up to 40 ° C, up to 45 ° C or up to 50 ° C. Usually the aforementioned temperature diff limit, however, should not exceed 50 ° C. The higher the propenbela Stung the catalyst bed 1 in the inventive method is chosen, the greater the difference between the one temperature of the heat exchange medium in reaction zone A and the inlet temperature of the heat exchange medium in the Re action zone B.
Mit Vorteil beträgt die Eintrittstemperatur des Wärmeaustau schmittels in die Reaktionszone B erfindungsgemäß 300 bis 340°C und besonders vorteilhaft 310 bis 330°C.The entry temperature of the heat exchange is advantageous in the reaction zone B according to the invention at 300 to 340 ° C. and particularly advantageously 310 to 330 ° C.
Selbstverständlich können beim erfindungsgemäßen Verfahren die beiden Reaktionszonen A, B auch in räumlich voneinander getrenn ten Rohrbündelreaktoren realisiert sein. Bei Bedarf kann zwischen den beiden Reaktionszonen A, B auch ein Wärmetauscher angebracht werden. Selbstredend können die beiden Reaktionszonen A, B auch als Wirbelbett gestaltet werden.Of course, in the method according to the invention two reaction zones A, B also spatially separated from each other tube bundle reactors. If necessary, between A heat exchanger is also attached to the two reaction zones A, B. become. The two reaction zones A, B can of course also can be designed as a fluidized bed.
Ferner können beim erfindungsgemäßen Verfahren auch Katalysator schüttungen 1 verwendet werden, deren volumenspezifische Aktivi tät in Strömungsrichtung des Reaktionsgasausgangsgemisches 1 kon tinuierlich, abrupt oder stufenförmig zunimmt (dies kann wie in der WO 98/24746 oder wie in der JP-A 91/294239 beschrieben oder auch durch Verdünnung mit Inertmaterial bewirkt werden). Ebenso können für die beschriebene Zweizonenfahrweise auch die in der EP-A 293224 und in der EP-B 257565 empfohlenen inerten Verdün nungsgase (z. B. nur Propan oder nur Methan etc.) eingesetzt wer den. Letzteres bei Bedarf auch kombiniert mit einer in Strömungs richtung des Reaktionsgasgemisches zunehmenden volumenspezifi schen Aktivität der Katalysatorschüttung.Catalysts can also be used in the process according to the invention fillings 1 are used, their volume-specific assets act in the flow direction of the reaction gas starting mixture 1 con increases continuously, abruptly or gradually (this can be done as in WO 98/24746 or as described in JP-A 91/294239 or can also be caused by dilution with inert material). As well can also for the described two-zone mode of operation in the EP-A 293224 and inert diluent recommended in EP-B 257565 tion gases (e.g. only propane or only methane etc.) the. The latter can also be combined with a current if required direction of the reaction gas mixture increasing volume-specific activity of the catalyst bed.
Es sei an dieser Stelle auch noch einmal darauf hingewiesen, daß für eine Durchführung der Reaktionsstufe 1 des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere auch der in der DE-AS 22 01 528 beschrie bene Zweizonenrohrbündelreaktortyp verwendet werden kann, der die Möglichkeit beinhaltet, vom heißeren Wärmeaustauschmittel der Re aktionszone B eine Teilmenge an die Reaktionszone A abzuführen, um gegebenenfalls ein Anwärmen eines kalten Reaktionsgasausgangs gemisches oder eines kalten Kreisgases zu bewirken. Ferner kann die Rohrbündelcharakteristik innerhalb einer individuellen Reak tionszone wie in der EP-A 382098 beschrieben gestaltet werden.At this point it should be pointed out again that for carrying out reaction stage 1 of the invention Process in particular also described in DE-AS 22 01 528 The two-zone tube bundle reactor type that can be used Possibility includes from the hotter heat exchange medium of the Re action zone B to discharge a partial amount to reaction zone A, to optionally warm a cold reaction gas outlet mixture or a cold circulating gas. Furthermore, the tube bundle characteristics within an individual reac tion zone as described in EP-A 382098.
Erfindungsgemäß hat es sich als zweckmäßig erwiesen, das die er ste Reaktionsstufe verlassende Produktgasgemisch vor dem Eintritt in die zweite Reaktionsstufe abzukühlen, um so eine Nachvollver brennung von Teilen des in der ersten Reaktionsstufe gebildeten Acroleins zu unterdrücken. Üblicherweise wird dazu zwischen die beiden Reaktionsstufen ein Nachkühler geschaltet. Dies kann im einfachsten Fall ein indirekter Rohrbündelwärmeüberträger sein. Das Produktgasgemisch wird dabei in der Regel durch die Rohre ge führt und um die Rohre wird ein Wärmetauschermedium geführt, des sen Art der für die Rohrbündelreaktoren empfohlenen Wärmetau schermedien entsprechen kann. Mit Vorteil ist das Rohrinnere mit inerten Füllkörpern (z. B. Spiralen als Edelstahl, Ringe aus Stea tit, Kugeln aus Steatit etc.) gefüllt. Selbige verbessern den Wärmeaustausch und fangen gegebenenfalls aus der Festbettkataly satorschüttung der ersten Reaktionsstufe sublimierendes Molybdän trioxid vor einem Eintritt desselben in die zweite Reaktionsstufe ab. Es ist von Vorteil, wenn der Nachkühler aus mit Zinksilicat farbe beschichtetem rostfreiem Stahl gefertigt ist. According to the invention, it has proven to be expedient that he product gas mixture leaving the reaction stage before entry cool in the second reaction stage in order to make burning parts of the formed in the first reaction stage Suppress acroleins. Usually between the an aftercooler switched in both reaction stages. This can be done in The simplest case is an indirect tube bundle heat exchanger. The product gas mixture is usually ge through the pipes leads and around the pipes a heat exchange medium is led, the Type of heat exchange recommended for the tube bundle reactors media can correspond. The inside of the pipe is an advantage inert packing (e.g. stainless steel spirals, stea tit, balls made of steatite etc.). The same improve it Heat exchange and catch from the fixed bed catalyst if necessary of the first reaction stage sublimating molybdenum trioxide before it enters the second reaction stage from. It is beneficial if the aftercooler is made with zinc silicate color coated stainless steel.
Anwendungstechnisch zweckmäßig wird das Produktgasgemisch der er sten Reaktionsstufe in den vorstehend beschriebenen Nachkühler auf eine Temperatur von 210 bis 290°C, häufig 220 bis 260°C oder 225 bis 245°C abgekühlt. D. h., die Abkühlung des Produktgas gemisches der ersten Reaktionsstufe kann durchaus auf Temperatu ren erfolgen, die unterhalb der Temperatur der Reaktionszone C liegen. Die beschriebene Nachkühlung ist jedoch keineswegs zwin gend und kann insbesondere dann in aller Regel entfallen, wenn der Weg des Produktgasgemisches von der ersten Reaktionsstufe in die zweite Reaktionsstufe kurz gehalten wird. Üblicherweise wird das erfindungsgemäße Verfahren ferner so verwirklicht, daß man den Sauerstoffbedarf in der zweiten Reaktionsstufe nicht bereits durch einen entsprechend hohen Sauerstoffgehalt des Reaktionsgas ausgangsgemisches 1 deckt, sondern den benötigten Sauerstoff im Bereich zwischen erster und zweiter Reaktionsstufe zugibt. Dies kann vor, während und/oder nach der Nachkühlung erfolgen. Als Quelle für den in der zweiten Reaktionsstufe erforderlichen mole kularen Sauerstoff kommen sowohl reiner Sauerstoff als auch Gemi sche aus Sauerstoff und Inertgas, z. B. Luft oder an molekularem Stickstoff entreicherte Luft (z. B. ≧ 90 Vol-% O2, ≦ 10 Vol-% N2) in Betracht. Die Zugabe der Sauerstoffquelle erfolgt regelmäßig in auf den Reaktionsdruck komprimierter Form.Appropriately from an application point of view, the product gas mixture of the first reaction stage is cooled in the aftercooler described above to a temperature of 210 to 290 ° C., frequently 220 to 260 ° C. or 225 to 245 ° C. In other words, the product gas mixture from the first reaction stage can be cooled to temperatures below the temperature of reaction zone C. However, the after-cooling described is by no means compulsory and can in particular be dispensed with in particular if the route of the product gas mixture from the first reaction stage to the second reaction stage is kept short. Usually, the process according to the invention is further implemented in such a way that the oxygen requirement in the second reaction stage is not already covered by a correspondingly high oxygen content of the reaction gas starting mixture 1, but the required oxygen is added in the range between the first and second reaction stages. This can be done before, during and / or after cooling. As a source of the molecular oxygen required in the second reaction stage, both pure oxygen and mixtures of oxygen and inert gas, e.g. B. air or air de-oxygenated with molecular nitrogen (e.g. ≧ 90% by volume O 2, ≦ 10% by volume N 2 ). The oxygen source is regularly added in a form compressed to the reaction pressure.
Der Acroleinanteil im so erzeugten Reaktionsgasausgangsgemisch 2 kann erfindungsgemäß z. B. bei Werten von 3 bis 15 Vol-%, häufig bei 4 bis 10 Vol-% bzw. 5 bis 8 Vol-% liegen (jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen).The acrolein content in the reaction gas starting mixture 2 thus produced can according to the invention, for. B. at values of 3 to 15% by volume, often 4 to 10% by volume or 5 to 8% by volume (in each case based on the total volume).
Erfindungsgemäß muß das molare Verhältnis von O2:Acrolein im Reaktionsgasausgangsgemisch 2 ≧ 1 betragen. Üblicherweise wird dieses Verhältnis bei Werten ≦ 3 liegen. Häufig wird das molare Verhältnis von O2:Acrolein im Reaktionsgasausgangsgemisch 2 erfindungsgemäß 1 bis 2 bzw. 1 bis 1,5 betragen. Häufig wird man das erfindungsgemäße Verfahren mit einem im Reaktionsgasausgangs gemisch 2 vorliegenden Acrolein : Sauerstoff : Wasserdampf : Inertgas- Volumenverhältnis (Nl) von 1:(1 bis 3):(0 bis 20):(3 bis 30), vorzugsweise von 1:(1 bis 3):(0,5 bis 10):(7 bis 10) ausführen.According to the invention, the molar ratio of O 2 : acrolein in the reaction gas starting mixture must be 2 ≧ 1. This ratio will usually be around ≦ 3. According to the invention, the molar ratio of O 2 : acrolein in the reaction gas starting mixture 2 will frequently be 1 to 2 or 1 to 1.5. The process according to the invention is frequently used with an acrolein: oxygen: water vapor: inert gas volume ratio (Nl) of 1: (1 to 3) :( 0 to 20) :( 3 to 30), preferably 3 to 30), preferably 1: Execute (1 to 3) :( 0.5 to 10) :( 7 to 10).
Der Arbeitsdruck kann in der zweiten Reaktionsstufe sowohl unter halb von Normaldruck (z. B. bis zu 0,5 bar) als auch oberhalb von Normaldruck liegen. Typischerweise wird der Arbeitsdruck in der zweiten Reaktionsstufe erfindungsgemäß bei Werten von 1 bis 5 bar, häufig 1 bis 3 bar liegen. Normalerweise wird der Reaktions druck in der zweiten Reaktionsstufe 100 bar nicht überschreiten. The working pressure can be both in the second reaction stage half of normal pressure (e.g. up to 0.5 bar) and above Normal pressure. Typically, the working pressure in the second reaction stage according to the invention at values from 1 to 5 bar, often 1 to 3 bar. Usually the reaction pressure in the second reaction stage does not exceed 100 bar.
Bevorzugt erstreckt sich die Reaktionszone C bis zu einem Acro leinumsatz von 65 bis 80 mol-%. Außerdem liegt die Temperatur der Reaktionszone C mit Vorteil bei 245 bis 260°C. Die Temperatur der Reaktionszone D liegt vorzugsweise wenigstens 20°C oberhalb der Temperatur der Reaktionszone D und beträgt vorteilhaft 265 bis 285°C.The reaction zone C preferably extends to an acro Line sales from 65 to 80 mol%. In addition, the temperature of the Reaction zone C advantageously at 245 to 260 ° C. The temperature of the Reaction zone D is preferably at least 20 ° C. above that Temperature of the reaction zone D and is advantageously 265 to 285 ° C.
Je höher die Acroleinbelastung der Katalysatorschüttung 2 beim erfindungsgemäßen Verfahren gewählt wird, um so größer sollte die Differenz zwischen der Temperatur der Reaktionszone C und der Temperatur der Reaktionszone D gewählt werden. Normalerweise wird die vorgenannte Temperaturdifferenz beim erfindungsgemäßen Ver fahren aber nicht mehr als 40°C betragen. D. h., die Differenz zwi schen der Temperatur der Reaktionszone C und der Temperatur der Reaktionszone D kann erfindungsgemäß bis zu 15°C, bis zu 25°C, bis zu 30°C, bis zu 35°C oder bis zu 40°C betragen.The higher the acrolein load on the catalyst bed 2 at method chosen according to the invention, the greater should be Difference between the temperature of reaction zone C and the Temperature of the reaction zone D can be selected. Usually it will the aforementioned temperature difference in the Ver but do not drive more than 40 ° C. That is, the difference between the temperature of the reaction zone C and the temperature of the According to the invention, reaction zone D can be up to 15 ° C, up to 25 ° C, up to up to 30 ° C, up to 35 ° C or up to 40 ° C.
Im übrigen kann der auf den einfachen Durchgang der zweiten Reak tionsstufe bezogene Acroleinumsatz beim erfindungsgemäßen Verfah ren ≧ 92 mol-%, oder ≧ 94 mol-%, oder ≧ 96 mol-%, oder ≧ 98 mol-% und häufig sogar ≧ 99 mol-% betragen. Die Selektivität der Acryl säurebildung, bezogen auf umgesetztes Acrolein, wird dabei regel mäßig ≧ 92 mol-%, bzw. ≧ 94 mol-%, häufig ≧ 95 mol-% oder ≧ 96 mol-% bzw. ≧ 97 mol-% betragen.Otherwise, the simple pass of the second reak tion level related acrolein conversion in the inventive method ren ≧ 92 mol%, or ≧ 94 mol%, or ≧ 96 mol%, or ≧ 98 mol% and often even ≧ 99 mol%. The selectivity of the acrylic Acid formation, based on converted acrolein, becomes common moderate ≧ 92 mol%, or ≧ 94 mol%, often ≧ 95 mol% or ≧ 96 mol% or ≧ 97 mol%.
In überraschender Weise gilt das Vorgenannte nicht nur bei Acro leinbelastungen der Katalysatorschüttung 2 von ≧ 140 Nl/l.h bzw. ≧ 150 Nl/l.h oder von ≧ 160 Nl/l.h bzw. ≧ 170 Nl/l.h oder ≧ 175 Nl/l.h bzw. ≧ 180 Nl/l.h, sondern auch bei Acroleinbelastungen der Katalysatorschüttung von ≧ 185 Nl/l.h oder von ≧ 190 Nl/l.h bzw. ≧ 200 Nl/l.h oder ≧ 210 Nl/l.h sowie bei Belastungswerten ≧ 220 Nl/l.h oder ≧ 230 Nl/l.h bzw. 240 Nl/l.h oder ≧ 250 Nl/l.h.Surprisingly, the above does not only apply to Acro linse loads of the catalyst bed 2 of ≧ 140 Nl / l.h or ≧ 150 Nl / l.h or from ≧ 160 Nl / l.h or ≧ 170 Nl / l.h or ≧ 175 Nl / l.h or ≧ 180 Nl / l.h, but also with acrolein contamination Catalyst bed of ≧ 185 Nl / l.h or ≧ 190 Nl / l.h or ≧ 200 Nl / l.h or ≧ 210 Nl / l.h as well as with load values ≧ 220 Nl / l.h or ≧ 230 Nl / l.h or 240 Nl / l.h or ≧ 250 Nl / l.h.
Dabei überrascht, daß vorgenannte Werte selbst dann erreichbar sind, wenn das in der zweiten Reaktionsstufe erfindungsgemäß ver wendete Inertgas zu ≧ 30 Vol-%, oder zu ≧ 40 Vol-%, oder zu ≧ 50 Vol-%, oder zu 60 Vol-%, oder zu ≧ 70 Vol-%, oder zu ≧ 80 Vol-%, oder zu 90 Vol-%, oder zu 95 Vol-% aus molekularem Stickstoff besteht.It is surprising that the aforementioned values can be achieved even then are if the ver in the second reaction stage according to the invention turned inert gas to ≧ 30 vol%, or to ≧ 40 vol%, or to ≧ 50 vol%, or to 60 vol%, or to zu 70 vol%, or to ≧ 80 vol%, or 90 vol%, or 95 vol% from molecular Nitrogen exists.
In zweckmäßiger Weise wird das inerte Verdünnungsgas beim erfindungsgemäßen Verfahren in der zweiten Reaktionsstufe zu 5 bis 20 Gew.-% aus H2O (wird in der ersten Reaktionsstufe gebildet) und zu 70 bis 90 Vol-% aus N2 bestehen. In the process according to the invention, the inert diluent gas in the second reaction stage is expediently composed of 5 to 20% by weight of H 2 O (formed in the first reaction stage) and 70 to 90% by volume of N 2 .
Außer den in dieser Schrift genannten Bestandteilen enthält das Reaktionsgasausgangsgemisch 2 normalerweise im wesentlichen keine weiteren Komponenten.In addition to the components mentioned in this document, this contains Reaction gas starting mixture 2 normally essentially none other components.
Bei Acroleinbelastungen des zweiten Festbettkatalysators oberhalb von 250 Nl/l.h wird für das Reaktionsgasausgangsgemisch 2 die Mit verwendung von inerten Verdünnungsgasen wie Propan, Ethan, Methan, Butan, Pentan, CO2, CO. Wasserdampf und/oder Edelgasen empfohlen. Selbstverständlich können diese Gase aber auch bereits bei geringeren Acroleinbelastungen mitverwendet werden. Es über rascht, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit einer über beide Reaktionszonen C, D betrachtet homogenen, d. h., chemisch einheit lichen, Katalysatorschüttung durchgeführt werden kann, ohne in nennenswerten Umfang Umsatz- und/oder Selektivitätseinbußen zu erleiden.If the second fixed bed catalyst has acrolein loads above 250 Nl / lh, the use of inert diluent gases such as propane, ethane, methane, butane, pentane, CO 2 , CO. Steam and / or noble gases recommended. Of course, these gases can also be used with lower acrolein loads. It is surprising that the process according to the invention can be carried out with a homogeneous, ie, chemically uniform, catalyst bed, viewed over both reaction zones C, D, without experiencing any appreciable loss in sales and / or selectivity.
Normalerweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Acrolein belastung des zweiten Festbettkatalysators den Wert von 600 Nl/l.h nicht überschreiten. In typischer Weise liegen die Acroleinbela stungen der Katalysatorschüttung 2 beim erfindungsgemäßen Verfah ren ohne nennenswerten Verlust von Umsatz und Selektivität bei Werten ≦ 300 Nl/l.h, häufig bei Werten ≦ 250 Nl/l.h.The acrolein is normally used in the process according to the invention loading of the second fixed bed catalyst the value of 600 Nl / l.h do not exceed. The acroleinbela are typically located stungen of the catalyst bed 2 in the inventive method without significant loss of sales and selectivity Values ≦ 300 Nl / l.h, often with values ≦ 250 Nl / l.h.
In der Regel wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Acrolein belastung der zweiten Katalysatorschüttung etwa 10 Nl/l.h, häufig etwa 20 bzw. 25 Nl/l.h unterhalb der Propenbelastung der ersten Katalysatorschüttung liegen. Dies ist primär darauf zurückzufüh ren, daß in der ersten Reaktionsstufe sowohl Umsatz als auch Selektivität in der Regel nicht 100% erreichen. Ferner wird der Sauerstoffbedarf der zweiten Reaktionsstufe üblicherweise durch Luft gedeckt.As a rule, acrolein is used in the process according to the invention loading of the second catalyst bed about 10 Nl / l.h, often about 20 or 25 Nl / l.h below the propene load of the first Catalyst bed are. This is primarily due to this ren that in the first reaction stage both sales and Selectivity usually does not reach 100%. Furthermore, the Oxygen demand of the second reaction stage usually by Air covered.
Beachtenswerterweise liegt beim erfindungsgemäßen Verfahren die über beide Reaktionsstufen bilanzierte Selektivität der Acryl säurebildung, bezogen auf umgesetztes Propen, selbst bei höchsten Propen- und Acroleinbelastungen in der Regel bei Werten ≧ 83 mol-%, häufig bei ≧ 85 mol-% oder ≧ 88 mol-%, oft bei ≧ 90 mol-% oder 93 mol-%.Remarkably, in the method according to the invention Selectivity of the acrylic balanced over both reaction stages Acid formation, based on converted propene, even at the highest Propene and acrolein loads usually at values ≧ 83 mol%, often at ≧ 85 mol% or ≧ 88 mol%, often at ≧ 90 mol% or 93 mol%.
Als Festbettkatalysatoren 2 kommen für die gasphasenkatalytische Acroleinoxidation in der zweiten Reaktionsstufe alle diejenigen in Betracht, deren Aktivmasse wenigstens ein Mo und V enthalten des Multimetalloxid ist.As fixed bed catalysts 2 come for the gas phase catalytic Acrolein oxidation in the second reaction stage all of those into consideration whose active composition contains at least one Mo and V. of the multimetal oxide.
Solchermaßen geeignete Multimetalloxidkatalysatoren können beispielsweise der US-A 3 775 474, der US-A 3 954 855, der US-A 3 893 951 und der US-A 4 339 355 entnommen werden. Ferner eignen sich in besonderer Weise die Multimetalloxidmassen der EP-A 427 508, der DE-A 29 09 671, der DE-C 31 51 805, der DE-AS 26 26 887, der DE-A 43 02 991, der EP-A 700 893, der EP-A 714 700 und der DE-A 197 36 105. Besonders bevorzugt sind in diesem Zusammenhang die beispielhaften Ausführungsformen der EP-A 714 700 sowie der DE-A 197 36 105.Multimetal oxide catalysts which are suitable in this way can for example US-A 3 775 474, US-A 3 954 855, the US-A 3 893 951 and US-A 4 339 355. Further the multimetal oxide materials are particularly suitable EP-A 427 508, DE-A 29 09 671, DE-C 31 51 805, the DE-AS 26 26 887, DE-A 43 02 991, EP-A 700 893, the EP-A 714 700 and DE-A 197 36 105. Particularly preferred are in In this connection, the exemplary embodiments of the EP-A 714 700 and DE-A 197 36 105.
Eine Vielzahl der als Festbettkatalysatoren 2 geeigneten Multime
talloxidaktivmassen läßt sich unter der allgemeinen Formel IV
A large number of the multimetal oxide active compositions suitable as fixed bed catalysts 2 can be obtained using the general formula IV
MO12VaX1 bX2 cX3 dX4 eX5 fX6 gOn (IV),
MO 12 V a X 1 b X 2 c X 3 d X 4 e X 5 f X 6 g O n (IV),
in der die Variablen folgende Bedeutung haben:
X1 = W, Nb, Ta, Cr und/oder Ce,
X2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn und/oder Zn,
X3 = Sb und/oder Bi,
X4 = eines oder mehrere Alkalimetalle,
X5 = eines oder mehrere Erdalkalimetalle,
X6 = Si, Al, Ti und/oder Zr,
a = 1 bis 6,
b = 0,2 bis 4,
c = 0,5 bis 18,
d = 0 bis 40,
e = 0 bis 2,
f = 0 bis 4,
g = 0 bis 40 und
n = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von
Sauerstoff verschiedenen Elemente in IV bestimmt wird,
subsummieren.in which the variables have the following meaning:
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,
X 5 = one or more alkaline earth metals,
X 6 = Si, Al, Ti and / or Zr,
a = 1 to 6,
b = 0.2 to 4,
c = 0.5 to 18,
d = 0 to 40,
e = 0 to 2,
f = 0 to 4,
g = 0 to 40 and
n = subsume a number that is determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in IV.
Bevorzugte Ausführungsformen innerhalb der aktiven Multimetall
oxide IV sind jene, die von nachfolgenden Bedeutungen der Varia
blen der allgemeinen Formel IV erfaßt werden:
X1 = W, Nb, und/oder Cr,
X2 = Cu, Ni, Co, und/oder Fe,
X3 = Sb,
X4 = Na und/oder K,
X5 = Ca, Sr und/oder Ba,
X6 = Si, Al, und/oder Ti,
a = 1,5 bis 5,
b = 0,5 bis 2,
c = 0,5 bis 3,
d = 0 bis 2,
e = 0 bis 0,2,
f = 0 bis 1 und
n = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von
Sauerstoff verschiedenen Elemente in IV bestimmt wird.Preferred embodiments within the active multimetal oxides IV are those which are covered by the following meanings of the variables of the general formula IV:
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 = 1.5 to 5,
b = 0.5 to 2,
c = 0.5 to 3,
d = 0 to 2,
e = 0 to 0.2,
f = 0 to 1 and
n = a number determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in IV.
Ganz besonders bevorzugte Multimetalloxide IV sind jedoch jene
der allgemeinen Formel V
However, very particularly preferred multimetal oxides IV are those of the general formula V
Mo12Va'Y1 b'Y2 c'Y5 f'Y6 g'On' (V)
Mo 12 V a ' Y 1 b' Y 2 c ' Y 5 f' Y 6 g ' O n' (V)
mit
Y1 = W und/oder Nb,
Y2 = Cu und/oder Ni,
Y5 = Ca und/oder Sr,
Y6 = Si und/oder Al,
a' = 2 bis 4,
b' = 1 bis 1,5,
c' = 1 bis 3,
f' = 0 bis 0,5
g' = 0 bis 8 und
n' = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von
Sauerstoff verschiedenen Elementen in V bestimmt wird.With
Y 1 = W and / or Nb,
Y 2 = Cu and / or Ni,
Y 5 = Ca and / or Sr,
Y 6 = Si and / or Al,
a '= 2 to 4,
b '= 1 to 1.5,
c '= 1 to 3,
f '= 0 to 0.5
g '= 0 to 8 and
n '= a number which is determined by the valency and frequency of the elements in V other than oxygen.
Die erfindungsgemäß geeigneten Multimetalloxidaktivmassen (IV) sind in sich bekannter, z. B. in der DE-A 43 35 973 oder in der EP-A 714700 offenbarter, Weise erhältlich.The multimetal oxide active compositions (IV) suitable according to the invention are known per se, e.g. B. in DE-A 43 35 973 or in EP-A 714700 disclosed way available.
Prinzipiell können erfindungsgemäß als Festbettkatalysatoren 2 ge eignete Multimetalloxidaktivmassen, insbesondere solche der allgemeinen Formel IV, in einfacher Weise dadurch hergestellt werden, daß man von geeigneten Quellen ihrer elementaren Konsti tuenten ein möglichst inniges, vorzugsweise feinteiliges, ihrer Stöchiometrie entsprechend zusammengesetztes, Trockengemisch er zeugt und dieses bei Temperaturen von 350 bis 600°C calciniert. Die Calcination kann sowohl unter Inertgas als auch unter einer oxidativen Atmosphäre wie z. B. Luft (Gemisch aus Inertgas und Sauerstoff) sowie auch unter reduzierender Atmosphäre (z. B. Gemi sche aus Inertgas und reduzierenden Gasen wie H2, NH3, CO, Methan und/oder Acrolein oder die genannten reduzierend wirkenden Gase für sich) durchgeführt werden. Die Calcinationsdauer kann einige Minuten bis einige Stunden betragen und nimmt üblicherweise mit der Temperatur ab. Als Quellen für die elementaren Konstituenten der Multimetalloxidaktivmassen IV kommen solche Verbindungen in Betracht, bei denen es sich bereits um Oxide handelt und/oder um solche Verbindungen, die durch Erhitzen, wenigstens in Anwesen heit von Sauerstoff, in Oxide überführbar sind.In principle, 2 suitable multimetal oxide active compositions, in particular those of the general formula IV, can be prepared in a simple manner by using suitable sources of their elemental constituents, as intimate, preferably finely divided, their stoichiometry as appropriate, he dry mixture and this produces calcined at temperatures from 350 to 600 ° C. The calcination can be carried out both under inert gas and under an oxidative atmosphere such as e.g. B. air (mixture of inert gas and oxygen) and also under a reducing atmosphere (e.g. mixtures of inert gas and reducing gases such as H 2 , NH 3 , CO, methane and / or acrolein or the reducing gases mentioned per se) be performed. The calcination time can range from a few minutes to a few hours and usually decreases with temperature. As sources for the elemental constituents of the multimetal oxide active materials IV, those compounds are considered which are already oxides and / or those compounds which can be converted into oxides by heating, at least in the presence of oxygen.
Das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Multimetalloxidmassen IV kann in trockener oder in nasser Form erfolgen. Erfolgt es in trockener Form, so werden die Ausgangsverbindungen zweckmäßigerweise als feinteilige Pulver eingesetzt und nach dem Mischen und gegebenenfalls Verdichten der Calcinierung unterworfen. Vorzugsweise erfolgt das innige Vermi schen jedoch in nasser Form.The intimate mixing of the starting compounds for production of multimetal oxide masses IV can be in dry or in wet Shape. If it is done in a dry form, the Starting compounds expediently as finely divided powders used and after mixing and optionally compressing the Subjected to calcination. The intimate vermi is preferred but in wet form.
Üblicherweise werden dabei die Ausgangsverbindungen in Form einer wäßrigen Lösung und/oder Suspension miteinander vermischt. Beson ders innige Trockengemische werden beim beschriebenen Mischver fahren dann erhalten, wenn ausschließlich von in gelöster Form vorliegenden Quellen der elementaren Konstituenten ausgegangen wird. Als Lösungsmittel wird bevorzugt Wasser eingesetzt. An schließend wird die erhaltene wäßrige Masse getrocknet, wobei der Trocknungsprozeß vorzugsweise durch Sprühtrocknung der wäßrigen Mischung mit Austrittstemperaturen von 100 bis 150°C erfolgt.The starting compounds are usually in the form of a aqueous solution and / or suspension mixed together. Especially intimate dry mixtures are in the described mixing process drive then received only from in dissolved form existing sources of elementary constituents becomes. Water is preferably used as the solvent. On finally the aqueous mass obtained is dried, the Drying process preferably by spray drying the aqueous Mixing with outlet temperatures of 100 to 150 ° C takes place.
Die erfindungsgemäß als Festbettkatalysatoren 2 geeigneten Multi metalloxidmassen, insbesondere jene der allgemeinen Formel IV, können für das erfindungsgemäße Verfahren sowohl in Pulverform als auch zu bestimmten Katalysatorgeometrien geformt eingesetzt werden, wobei die Formgebung vor oder nach der abschließenden Calcination erfolgen kann. Beispielsweise können aus der Pulver form der Aktivmasse oder ihrer uncalcinierten Vorläufermasse durch Verdichten zur gewünschten Katalysatorgeometrie (z. B. durch Tablettieren, Extrudieren oder Strangpressen) Vollkatalysatoren hergestellt werden, wobei gegebenenfalls Hilfsmittel wie z. B. Graphit oder Stearinsäure als Gleitmittel und/oder Formhilfs mittel und Verstärkungsmittel wie Mikrofasern aus Glas, Asbest, Siliciumcarbid oder Kaliumtitanat zugesetzt werden können. Geei gnete Vollkatalysatorgeometrien sind z. B. Vollzylinder oder Hohl zylinder mit einem Außendurchmesser und einer Länge von 2 bis 10 mm. Im Fall der Hohlzylinder ist eine Wandstärke von 1 bis 3 mm zweckmäßig. Selbstverständlich kann der Vollkatalysator auch Kugelgeometrie aufweisen, wobei der Kugeldurchmesser 2 bis 10 mm betragen kann.The multi suitable according to the invention as fixed bed catalysts 2 metal oxide compositions, in particular those of the general formula IV, can be used for the process according to the invention both in powder form as well as shaped to certain catalyst geometries be, the shape before or after the final Calcination can be done. For example, from the powder form of the active mass or its uncalcined precursor mass by compression to the desired catalyst geometry (e.g. by Tableting, extrusion or extrusion) full catalysts are prepared, where appropriate tools such. B. Graphite or stearic acid as a lubricant and / or molding aid agents and reinforcing agents such as microfibers made of glass, asbestos, Silicon carbide or potassium titanate can be added. Yeah gnet full catalyst geometries are z. B. solid cylinder or hollow cylinders with an outer diameter and a length of 2 to 10 mm. In the case of the hollow cylinder, a wall thickness of 1 to 3 mm appropriate. Of course, the full catalyst can also Have spherical geometry, the ball diameter 2 to 10 mm can be.
Selbstverständlich kann die Formgebung der pulverförmigen Aktiv masse oder ihrer pulverförmigen, noch nicht calcinierten, Vorläufermasse auch durch Aufbringen auf vorgeformte inerte Katalysatorträger erfolgen. Die Beschichtung der Trägerkörper zur Herstellung der Schalenkatalysatoren wird in der Regel in einem geeigneten drehbaren Behälter ausgeführt, wie es z. B. aus der DE-A 29 09 671, der EP-A 293859 oder aus der EP-A 714700 bekannt ist.Of course, the shape of the powdered active mass or its powdery, not yet calcined, Precursor mass also by applying to preformed inert Catalyst carrier take place. The coating of the carrier body for Manufacture of the shell catalysts is usually in one suitable rotatable container executed, as z. B. from the Known from DE-A 29 09 671, EP-A 293859 or from EP-A 714700 is.
Zweckmäßigerweise wird zur Beschichtung der Trägerkörper die aufzubringende Pulvermasse befeuchtet und nach dem Aufbringen, z. B. mittels heißer Luft, wieder getrocknet. Die Schichtdicke der auf den Trägerkörper aufgebrachten Pulvermasse wird zweckmäßiger weise im Bereich 10 bis 1000 µm, bevorzugt im Bereich 50 bis 500 µm und besonders bevorzugt im Bereich 150 bis 250 µm liegend, gewählt.The coating is expediently used to coat the carrier body powder mass to be applied is moistened and after application, e.g. B. by means of hot air, dried again. The layer thickness of the powder mass applied to the carrier body becomes more expedient example in the range 10 to 1000 microns, preferably in the range 50 to 500 µm and particularly preferably in the range 150 to 250 µm, chosen.
Als Trägermaterialien können dabei übliche poröse oder unporöse Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Thoriumdioxid, Zirkondioxid, Siliciumcarbid oder Silikate wie Magnesium- oder Aluminiumsilikat verwendet werden. Die Trägerkörper können regelmäßig oder unre gelmäßig geformt sein, wobei regelmäßig geformte Trägerkörper mit deutlich ausgebildeter Oberflächenrauhigkeit, z. B. Kugeln oder Hohlzylinder, bevorzugt werden. Geeignet ist die Verwendung von im wesentlichen unporösen, oberflächenrauhen, kugelförmigen Trä gern aus Steatit, 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 Außendurch messer 4 bis 10 mm beträgt. Im Fall von erfindungsgemäß geeigne ten Ringen als Trägerkörper liegt die Wanddicke darüber hinaus üblicherweise bei 1 bis 4 mm. Erfindungsgemäß bevorzugt zu ver wendende ringförmige Trägerkörper besitzen eine Länge von 3 bis 6 mm, einen Außendurchmesser von 4 bis 8 mm und eine Wanddicke von 1 bis 2 mm. Erfindungsgemäß geeignet sind vor allem auch Ringe der Geometrie 7 mm × 3 mm × 4 mm (Außendurch messer × Länge × Innendurchmesser) als Trägerkörper. Die Feinheit der auf die Oberfläche des Trägerkörpers aufzubringenden kataly tisch aktiven Oxidmassen wird selbstredend an die gewünschte Schalendicke angepaßt (vgl. EP-A 714 700).Usual porous or non-porous can be used as carrier materials Aluminum oxides, silicon dioxide, thorium dioxide, zirconium dioxide, Silicon carbide or silicates such as magnesium or aluminum silicate be used. The carrier bodies can be regular or irregular be shaped like a gel, with regularly shaped carrier bodies with clearly formed surface roughness, e.g. B. balls or Hollow cylinders are preferred. The use of essentially non-porous, rough surface, spherical Trä preferably from steatite, the diameter of 1 to 8 mm, preferably 4 to Is 5 mm. However, the use of cylinders is also suitable as a carrier body, the length of which is 2 to 10 mm and the outside diameter knife is 4 to 10 mm. In the case of suitable according to the invention ten rings as a carrier body, the wall thickness is beyond usually 1 to 4 mm. According to the invention preferably to ver turning ring-shaped carrier bodies have a length of 3 to 6 mm, an outer diameter of 4 to 8 mm and a wall thickness from 1 to 2 mm. Above all, are also suitable according to the invention Rings of geometry 7 mm × 3 mm × 4 mm (outside diameter knife × length × inside diameter) as a support body. The delicacy the kataly to be applied to the surface of the carrier body Table active oxide masses is of course the desired Adjusted shell thickness (see. EP-A 714 700).
Günstige erfindungsgemäß als Festbettkatalysatoren 2 zu verwen
dende Multimetalloxidaktivmassen sind ferner Massen der allge
meinen Formel VI,
Cheap multimetal oxide active compositions to be used according to the invention as fixed bed catalysts 2 are furthermore compositions of the general formula VI,
[D]p[E]q (VI),
[D] p [E] q (VI),
in der die Variablen folgende Bedeutung haben:
D = Mo12Va''Z1 b''Z2 c''Z3 d''Z4 e''Z5 f''Z6 g''Ox'',
E: = Z7 12Cuh''Hi''Oy'',
Z1 = W, Mb, Ta, Cr und/oder Ce,
Z2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn und/oder Zn,
Z3 = Sb und/oder Bi,
Z4 = Li, Na, K, Rb, Cs und/oder H
Z5 = Mg, Ca, Sr und/oder Ba,
Z6 = Si, Al, Ti und/oder Zr,
Z7 = W, V, Nb und/oder Ta,
a" = 1 bis 8,
b" = 0,2 bis 5,
c" = 0 bis 23,
d" = 0 bis 50,
e" = 0 bis 2,
f" = 0 bis 5,
g" = 0 bis 50,
h" = 4 bis 30,
i" = 0 bis 20 und
x", y" = Zahlen, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von
Sauerstoff verschiedenen Element in VI bestimmt werden
und
p, q = von Null verschiedene Zahlen, deren Verhältnis p/q 160 : 1
bis 1 : 1 beträgt,
und die dadurch erhältlich sind, daß man eine Multimetalloxid
masse E
in which the variables have the following meaning:
D = Mo 12 V a '' Z 1 b '' Z 2 c '' Z 3 d '' Z 4 e '' Z 5 f '' Z 6 g '' O x '' ,
E: = Z 7 12 Cu h '' H i '' O y '' ,
Z 1 = W, Mb, Ta, Cr and / or Ce,
Z 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn,
Z 3 = Sb and / or Bi,
Z 4 = Li, Na, K, Rb, Cs and / or H
Z 5 = Mg, Ca, Sr and / or Ba,
Z 6 = Si, Al, Ti and / or Zr,
Z 7 = W, V, Nb and / or Ta,
a "= 1 to 8,
b "= 0.2 to 5,
c "= 0 to 23,
d "= 0 to 50,
e "= 0 to 2,
f "= 0 to 5,
g "= 0 to 50,
h "= 4 to 30,
i "= 0 to 20 and
x ", y" = numbers determined by the valency and frequency of the element other than oxygen in VI and
p, q = non-zero numbers whose ratio p / q is 160: 1 to 1: 1,
and which are obtainable by making a multimetal oxide mass E
Z7 12Cuh'Hi'Oy' (E),
Z 7 12 Cu h ' H i' O y ' (E),
in feinteiliger Form getrennt vorbildet (Ausgangsmasse 1) und an
schließend die vorgebildete feste Ausgangsmasse 1 in eine wäßrige
Lösung, eine wäßrige Suspension oder in ein feinteiliges Trocken
gemisch von Quellen der Elemente Mo, V, Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, die
die vorgenannten Elemente in der Stöchiometrie D
separately in finely divided form (starting mass 1) and then the preformed solid starting mass 1 in an aqueous solution, an aqueous suspension or in a finely divided dry mixture of sources of the elements Mo, V, Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4th , Z 5 , Z 6 , which the aforementioned elements in the stoichiometry D
Mo12Va''Z1 b''Z2 c''Z3 d''Z4 e''Z5 f''Z6 g'' (D),
Mo 12 V a '' Z 1 b '' Z 2 c '' Z 3 d '' Z 4 e '' Z 5 f '' Z 6 g '' (D),
enthält (Ausgangsmasse 2), im gewünschten Mengenverhältnis p : q einarbeitet, die dabei gegebenenfalls resultierende wäßrige Mischung trocknet, und die so gegebene trockene Vorläufermasse vor oder nach ihrer Trocknung zur gewünschten Katalysatorgeo metrie bei Temperaturen von 250 bis 600°C calciniert.contains (starting mass 2), in the desired quantitative ratio p: q incorporated the resulting aqueous Mixture dries, and the resulting dry precursor mass before or after drying to the desired catalyst geo calcined at temperatures of 250 to 600 ° C.
Bevorzugt sind die Multimetalloxidmassen VI, bei denen die Einar beitung der vorgebildeten festen Ausgangsmasse 1 in eine wäßrige Ausgangsmasse 2 bei einer Temperatur ≦ 70°C erfolgt. Eine detail lierte Beschreibung der Herstellung von Multimetalloxidmassen VI- Katalysatoren enthalten z. B. die EP-A 668104, die DE-A 197 36 105 und die DE-A 19 52 86 46. The multimetal oxide compositions VI in which the units are preferred processing of the preformed solid starting mass 1 into an aqueous Starting mass 2 takes place at a temperature ≦ 70 ° C. A detail gated description of the production of multimetal oxide materials VI Catalysts contain e.g. B. EP-A 668104, DE-A 197 36 105 and DE-A 19 52 86 46.
Hinsichtlich der Formgebung gilt bezüglich Multimetalloxid massen VI-Katalysatoren das bei den Multimetalloxidmassen IV-Ka talysatoren Gesagte.With regard to the shape, multimetal oxide applies mass VI catalysts in the multimetal oxide masses IV-Ka talysators said.
In anwendungstechnisch zweckmäßiger Weise erfolgt die Durchfüh rung der zweiten Reaktionsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Zweizonenrohrbündelreaktor. Eine bevorzugte Variante eines für die zweite Reaktionsstufe erfindungsgemäß einsetzbaren Zweizonenrohrbündelreaktors offenbart die DE-C 28 30 765. Aber auch die in der DE-C 25 13 405, der US-A 3147084, der DE-A 22 01 528, der EP-A 383224 und der DE-A 29 03 582 offenbarten Zweizonenrohrbündel reaktoren sind für eine Durchführung der zweiten Reaktionsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.This is carried out in a manner which is expedient in terms of application technology tion of the second reaction stage of the process according to the invention in a two-zone tube bundle reactor. A preferred variant one which can be used according to the invention for the second reaction stage DE-C 28 30 765 discloses a two-zone tube bundle reactor. But also those in DE-C 25 13 405, US-A 3147084, DE-A 22 01 528, the EP-A 383224 and DE-A 29 03 582 disclosed two-zone tube bundles reactors are for carrying out the second reaction stage of the method according to the invention.
D. h., in einfacher Weise befindet sich der erfindungsgemäß zu verwendende Festbettkatalysator in den Metallrohren eines Rohr bündelreaktors und um die Metallrohre werden zwei voneinander im wesentlichen räumlich getrennte Temperiermedien, in der Regel Salzschmelzen, geführt. Der Rohrabschnitt, über den sich das je weilige Salzbad erstreckt, repräsentiert erfindungsgemäß eine Rekationszone.That is, it is in a simple manner according to the invention using fixed bed catalyst in the metal pipes of a pipe bundle reactor and around the metal pipes are two of each other in the essentially spatially separated temperature control media, as a rule Melting salt, led. The pipe section over which ever sparse salt bath, according to the invention represents one Rekationszone.
D. h., in einfacher Weise umströmt ein Salzbad C diejenigen Ab schnitte der Rohre (die Reaktionszone C), in welchem sich die oxidative Umsetzung des Acroleins (beim einfachen Durchgang) bis zum Erreichen eines Umsatzwertes im Bereich von 55 bis 85 mol.% vollzieht und ein Salzbad D umströmt den Abschnitt der Rohre (die Rekationszone D), in welchem sich die oxidative Anschlußumsetzung des Acroleins (beim einfachen Durchgang) bis zum Erreichen eines Umsatzwertes von wenigstens 90 mol.% vollzieht (bei Bedarf können sich an die erfindungsgemäß anzuwendenden Reaktionszonen C, D wei tere Reaktionszonen anschließen, die auf individuellen Temperatu ren gehalten werden).That is, a salt bath C flows around those Ab in a simple manner sections of the tubes (reaction zone C) in which the oxidative conversion of acrolein (in a single pass) to to achieve a sales value in the range of 55 to 85 mol.% and a salt bath D flows around the section of the pipes (the Rekationszone D), in which the oxidative connection conversion of acrolein (in a single pass) until reaching one Sales value of at least 90 mol.% Accomplished (if necessary the reaction zones C, D to be used according to the invention Connect more reaction zones based on individual temperatu be held).
Anwendungstechnisch zweckmäßig umfaßt die Reaktionsstufe 2 des erfindungsgemäßen Verfahrens keine weiteren Reaktionszonen. D. h., das Salzbad D umströmt zweckmäßig den Abschnitt der Rohre, in welchem sich die oxidative Anschlußumsetzung des Acroleins (beim einfachen Durchgang) bis zu einem Umsatzwert von ≧ 92 mol.-%, oder ≧ 94 mol.-%, oder ≧ 96 mol.-%, oder ≧ 98 mol.-%, und häufig sogar ≧ 99 mol.-% oder mehr vollzieht.Appropriately from an application point of view, reaction stage 2 comprises no further reaction zones. That is, the salt bath D appropriately flows around the section of the pipes in which the oxidative subsequent conversion of acrolein (at single pass) up to a sales value of ≧ 92 mol%, or ≧ 94 mol%, or ≧ 96 mol%, or ≧ 98 mol%, and often even ≧ 99 mol% or more.
Üblicherweise liegt der Beginn der Reaktionszone D hinter dem Heißpunktmaximum der Reaktionszone C. Die Temperatur des Heiß punktmaximums der Reaktionszone D liegt normalerweise unterhalb der Heißpunktmaximaltemperatur der Reaktionszone C. The start of reaction zone D is usually behind that Hot spot maximum of the reaction zone C. The temperature of the hot point maximums of reaction zone D is normally below the maximum hot spot temperature of reaction zone C.
Die beiden Salzbäder C, D können erfindungsgemäß relativ zur Strömungsrichtung des durch die Reaktionsrohre strömenden Reak tiongasgemisches im Gleichstrom oder im Gegenstrom durch den die Reaktionsrohre umgebenden Raum geführt werden. Selbstverständlich kann erfindungsgemäß auch in der Reaktionszone C eine Gleichströ mung und in der Reaktionszone D eine Gegenströmung (oder umge kehrt) angewandt werden.According to the invention, the two salt baths C, D can be relative to Flow direction of the reak flowing through the reaction tubes tion gas mixture in cocurrent or in countercurrent through the Reaction tubes surrounding space can be performed. Of course can, according to the invention, a direct current in reaction zone C. tion and in the reaction zone D a counterflow (or vice versa returns) can be applied.
Selbstverständlich kann man in allen vorgenannten Fallkonstella tionen innerhalb der jeweiligen Reaktionszone der, relativ zu den Reaktionsrohren, erfolgenden Parallelströmung der Salzschmelze noch eine Querströmung überlagern, so daß die einzelne Reaktions zone einem wie in der EP-A 700714 oder in der EP-A 700893 be schriebenen Rohrbündelreaktor entspricht und insgesamt im Längs schnitt durch das Kontaktrohrbündel ein mäanderförmiger Strö mungsverlauf des Wärmeaustauschmittels resultiert.Of course, you can in all of the above-mentioned cases ions within the respective reaction zone, relative to the Reaction tubes, parallel flow of the molten salt overlap a cross flow so that the individual reaction Zone one as in EP-A 700714 or in EP-A 700893 be corresponds to the tube bundle reactor described and overall in the longitudinal direction cut a meandering stream through the contact tube bundle The course of the heat exchange medium results.
Üblicherweise sind in den vorgenannten Rohrbündelreaktoren die Kontaktrohre aus ferritischem Stahl gefertigt und weisen in typi scher Weise eine Wanddicke von 1 bis 3 mm auf. Ihr Innendurchmes ser beträgt in der Regel 20 bis 30 mm, häufig 22 bis 26 mm. Anwendungstechnisch zweckmäßig beläuft sich die im Rohrbündelbe hälter untergebrachte Anzahl an Kontaktrohren auf wenigstens 5000, vorzugsweise auf wenigstens 10000. Häufig beträgt die An zahl der im Reaktionsbehälter untergebrachten Kontaktrohre 15000 bis 30000. Rohrbündelreaktoren mit einer oberhalb von 40000 lie genden Anzahl an Kontaktrohren bilden eher die Ausnahme. Inner halb des Behälters sind die Kontaktrohre im Normalfall homogen verteilt angeordnet, wobei die Verteilung zweckmäßig so gewählt wird, daß der Abstand der zentrischen Innenachsen von zueinander nächstliegenden Kontaktrohren (die sogenannte Kontaktrohrteilung) 35 bis 45 mm beträgt (vgl. EP-B 468290).Usually are in the aforementioned tube bundle reactors Contact tubes made of ferritic steel and have typi Scher way on a wall thickness of 1 to 3 mm. Your inside diameter This is usually 20 to 30 mm, often 22 to 26 mm. Appropriately from an application point of view, this is in the tube bundle number of contact tubes accommodated at a minimum 5000, preferably to at least 10000. Often the number is Number of contact tubes accommodated in the reaction container 15,000 to 30000. Tube bundle reactors with a lie above 40,000 The number of contact tubes is rather the exception. Inner The contact tubes are normally homogeneous half of the container distributed arranged, the distribution chosen appropriately is that the distance of the central inner axes from each other closest contact tubes (the so-called contact tube division) Is 35 to 45 mm (see EP-B 468290).
Als Wärmeaustauschmittel eignen sich insbesondere fluide Temperiermedien. Besonders günstig ist die Verwendung von Schmel zen von Salzen wie Kaliumnitrat, Kaliumnitrit, Natriumnitrit und/ oder Natriumnitrat, oder von niedrig schmelzenden Metallen wie Natrium, Quecksilber sowie Legierungen verschiedener Metalle.Fluids are particularly suitable as heat exchange medium Temperature control media. The use of melt is particularly favorable zen of salts such as potassium nitrate, potassium nitrite, sodium nitrite and / or sodium nitrate, or of low melting metals like Sodium, mercury and alloys of various metals.
In der Regel wird bei allen vorstehend erwähnten Konstellationen der Stromführung in den Zweizonenrohrbündelreaktoren die Fließ geschwindigkeit innerhalb der beiden erforderlichen Wärmeaus tauschmittelkreisläufe so gewählt, daß die Temperatur des Wärme austauschmittels von der Eintrittstelle in die Reaktionszone bis zur Austrittsstelle aus der Reaktionszone um 0 bis 15°C ansteigt. As a rule, in all the constellations mentioned above the flow of current in the two-zone tube bundle reactors speed within the two required heat levels Exchange medium circuits chosen so that the temperature of the heat exchange medium from the entry point into the reaction zone to the exit point from the reaction zone rises by 0 to 15 ° C.
D. h., das vorgenannte ΔT kann erfindungsgemäß 1 bis 10°C, oder 2 bis 8°C oder 3 bis 6°C betragen.That is, the aforementioned ΔT can be 1 to 10 ° C, or 2 up to 8 ° C or 3 to 6 ° C.
Die Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Reaktionszone C beträgt erfindungsgemäß normalerweise 230 bis 270°C. Die Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Reaktionszone D beträgt erfindungsgemäß normalerweise einerseits 250°C bis 300°C und liegt andererseits gleichzeitig wenigstens 10°C oberhalb der Eintrittstemperatur des in die Reaktionszone C eintretenden Wärmeaustauschmittels.The inlet temperature of the heat exchange medium in the According to the invention, reaction zone C is normally 230 to 270 ° C. The inlet temperature of the heat exchange medium in the According to the invention, reaction zone D is normally on the one hand 250 ° C to 300 ° C and on the other hand is at least at the same time 10 ° C above the entry temperature of the reaction zone C entering heat exchange medium.
Bevorzugt liegt die Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Reaktionszone D wenigstens 20° oberhalb der Eintrittstempe ratur des in die Reaktionszone C eintretenden Wärmeaustausch mittels. Die Differenz zwischen den Eintrittstemperaturen in die Reaktionszone C bzw. D kann erfindungsgemäß somit bis zu 15°C, bis zu 25°C, bis zu 30°C, bis zu 35°C oder bis zu 40°C betragen. Normalerweise wird die vorgenannte Temperatur aber nicht mehr als 50°C betragen. Je höher die Acroleinbelastung der Katalysator schüttung 2 beim erfindungsgemäßen Verfahren gewählt wird, um so größer sollte die Differenz zwischen der Eintrittstemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Reaktionszone C und der Eintritt stemperatur des Wärmeaustauschmittels in die Reaktionszone D sein. Bevorzugt liegt die Eintrittstemperatur in die Reaktions zone C bei 245 bis 260°C und die Eintrittstemperatur in die Reaktionszone D bei 265 bis 285°C.The inlet temperature of the heat exchange medium is preferably into the reaction zone D at least 20 ° above the entry temperature rature of the heat exchange entering reaction zone C. by means of. The difference between the entry temperatures in the According to the invention, reaction zone C or D can thus be up to 15 ° C. up to up to 25 ° C, up to 30 ° C, up to 35 ° C or up to 40 ° C. Usually, the above temperature is not more than 50 ° C. The higher the acrolein load on the catalyst bed 2 is selected in the method according to the invention, so the difference between the inlet temperature of the Heat exchange medium in the reaction zone C and the entry temperature of the heat exchange medium in the reaction zone D his. The entry temperature into the reaction is preferably zone C at 245 to 260 ° C and the entry temperature into the Reaction zone D at 265 to 285 ° C.
Selbstverständlich können beim erfindungsgemäßen Verfahren die beiden Reaktionszonen C, D auch in räumlich voneinander getrenn ten Rohrbündelreaktoren realisiert sein. Bei Bedarf kann zwischen den beiden Reaktionszonen C, D auch ein Wärmetauscher angebracht werden. Selbstredend können die beiden Reaktionszonen C, D auch als Wirbelbett gestaltet werden.Of course, in the method according to the invention two reaction zones C, D also spatially separated from each other tube bundle reactors. If necessary, between A heat exchanger is also attached to the two reaction zones C, D become. The two reaction zones C, D can of course also can be designed as a fluidized bed.
Ferner können beim erfindungsgemäßen Verfahren auch Katalysator schüttungen 2 verwendet werden, deren volumenspezifische Aktivität in Strömungsrichtung des Reaktionsgasgemisches konti nuierlich, abrupt oder stufenförmig zunimmt (dies kann z. B. durch Verdünnung mit Inertmaterial oder Variation der Aktivität des Multimetalloxids bewirkt werden).Catalysts can also be used in the process according to the invention fillings 2 are used, their volume-specific Continuous activity in the flow direction of the reaction gas mixture increases gradually, abruptly or in stages (this can be caused, for example, by Dilution with inert material or variation of the activity of the Multimetal oxide are caused).
Ebenso können für die beschriebene Zweizonenfahrweise in der zweiten Reaktionsstufe auch die in der EP-A 293224 und in der EP-B 257565 empfohlenen inerten Verdünnungsgase (z. B. nur Propan, oder nur Methan etc.) eingesetzt werden. Letzteres bei Bedarf auch kombiniert mit einer in Strömungsrichtung des Reaktionsgas gemisches abnehmenden volumenspezifischen Aktivität der Katalysa torschüttung 2.Likewise, for the two-zone procedure described in the second reaction stage also in EP-A 293224 and in EP-B 257565 recommended inert diluent gases (e.g. only propane, or only methane etc.) can be used. The latter if necessary also combined with one in the flow direction of the reaction gas mixture decreasing volume-specific activity of the catalytic converter goal filling 2.
Es sei an dieser Stelle auch noch einmal darauf hingewiesen, daß für eine Durchführung in der zweiten Reaktionsstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere auch der in der DE-AS 22 01 528 beschriebene Zweizonenrohrbündelreaktortyp verwendet wer den kann, der die Möglichkeit beinhaltet, vom heißeren Wärmeaus tauschmittel der Reaktionszone D eine Teilmenge an die Reaktions zone C abzuführen, um gegebenenfalls ein Anwärmen eines zu kalten Reaktionsgasausgangsgemisches 2 oder eines kalten Kreisgases zu bewirken. Ferner kann die Rohrbündelcharakteristik, innerhalb ei ner individuellen Reaktionszone wie in der EP-A 382 098 beschrie ben gestaltet werden.At this point it should be pointed out again that for implementation in the second reaction stage of inventive method in particular also in DE-AS 22 01 528 described two-zone tube reactor type used the one that includes the possibility of hotter warmth exchange medium of reaction zone D a subset of the reaction zone C to evacuate if necessary to warm one Reaction gas starting mixture 2 or a cold cycle gas cause. Furthermore, the tube bundle characteristic, within a ner individual reaction zone as described in EP-A 382 098 ben be designed.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für eine kontinuierliche Durchführung. Es überrascht, daß es bei einmali gem Durchgang eine erhöhte Raum-Zeit-Ausbeute der Wertproduktbil dung ermöglicht, ohne gleichzeitig die Selektivität der Wertpro duktbildung nennenswert zu beeinträchtigen. Vielmehr wird in der Regel tendenziell sogar eine erhöhte Selektivität der Wertpro duktbildung beobachtet. Letzteres ist vermutlich darauf zurückzu führen, daß das erfindungsgemäße Verfahren aufgrund der im Be reich des erhöhten Propen- bzw. Acroleinumsatzes vorliegenden er höhten Temperaturen eine geringere Readsorption von gebildetem Acrolein/Acrylsäure an den Festbettkatalysator bedingt.The method according to the invention is particularly suitable for a continuous implementation. It is surprising that at oncei an increased space-time yield of the product of value dung enables, without the selectivity of the value pro to significantly affect product formation. Rather, in the As a rule, even an increased selectivity of the Wertpro duct formation observed. The latter is probably due to this lead that the inventive method due to the in Be rich of increased propene or acrolein sales he present high temperatures a lower readsorption of formed Acrolein / acrylic acid conditional on the fixed bed catalyst.
Bemerkenswert ist ferner, daß die Katalysatorlebensdauer beim erfindungsgemäßen Verfahren trotz der extremen Katalysator belastung mit Reaktanden im vollen Umfang zu befriedigen vermag.It is also noteworthy that the catalyst life at inventive method despite the extreme catalyst can fully satisfy the burden of reactants.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird keine reine Acrylsäure sondern ein Gemisch erhalten, von dessen Nebenkomponenten die Acrylsäure in an sich bekannter Weise (z. B. rektifikativ und/oder kristallisativ) abgetrennt werden kann. Nicht umgesetztes Acrolein, Propen sowie verwendetes und/oder im Verlauf der Reak tion gebildetes inertes Verdünnungsgas können in die Gasphasen oxidation rückgeführt werden. Bei der erfindungsgemäßen zweistu figen, von Propen ausgehenden Gasphasenoxidation erfolgt die Rückführung zweckmäßigerweise in die erste Oxidationsstufe. Na türlich kann die erfindungsgemäße Verfahrensweise bei Bedarf auch im Fall konventioneller Propenlasten angewendet werden.Pure acrylic acid is not used in the process according to the invention but obtained a mixture, the secondary components of which Acrylic acid in a manner known per se (e.g. rectificative and / or crystallisatively) can be separated. Not implemented Acrolein, propene and used and / or in the course of the reak tion formed inert diluent gas can in the gas phases oxidation can be recycled. In the two-stage according to the invention The gas phase oxidation emanating from propene takes place Recycle expediently to the first oxidation stage. Well Of course, the procedure according to the invention can also if necessary in the case of conventional propene loads.
Im übrigen sind in dieser Schrift Umsatz, Selektivität und Ver
weilzeit, falls nichts anderes erwähnt wird, wie folgt definiert:
Incidentally, turnover, selectivity and residence time are defined as follows in this document, unless stated otherwise:
In 775 kg einer wäßrigen salpetersauren Wismutnitratlösung (11,2 Gew.-% Bi, freie Salpetersäure 3 bis 5 Gew.-%; Massen dichte: 1,22 bis 1,27 g/ml) wurden bei 25°C portionsweise 209,3 kg Wolframsäure (72,94 Gew.-% W) eingerührt. Das resultierende wäßrige Gemisch wurde anschließend noch 2 h bei 25°C gerührt und anschließend sprühgetrocknet.In 775 kg of an aqueous nitric acid bismuth nitrate solution (11.2% by weight Bi, free nitric acid 3 to 5% by weight; masses density: 1.22 to 1.27 g / ml), 209.3 kg were added in portions at 25 ° C. Tungsten acid (72.94 wt .-% W) stirred. The resulting aqueous mixture was then stirred at 25 ° C for 2 h and then spray dried.
Die Sprühtrocknung erfolgte in einem Drehscheibensprühturm im Ge genstrom bei einer Gaseintrittstemperatur von 300 ± 10°C und einer Gasaustrittstemperatur von 100 ± 10°C. Das erhaltene Sprüh pulver wurde anschließend bei einer Temperatur im Bereich von 780 bis 810°C calciniert (im luftdurchströmten Drehrohrofen (1,54 m3 Innenvolumen, 200 Nm3 Luft/h)). Wesentlich bei der genauen Einstellung der Calcinationstemperatur ist, daß sie an der anges trebten Phasenzusammensetzung des Calcinationsprodukts orientiert zu erfolgen hat. Gewünscht sind die Phasen WO3 (monoklin) und Bi2W2O9, unerwünscht ist das Vorhandensein von γ-Bi2WO6 (Russel lit). Sollte daher nach der Calcination die Verbindung γ-Bi2WO6 anhand eines Reflexes im Pulverröntgendiffraktogramm bei einem Reflexwinkel von 2⊖ = 28,4° (CuKα-Strahlung) noch nachweisbar sein, so ist die Präparation zu wiederholen und die Calcinations temperatur innerhalb des angegebenen Temperaturbereichs zu erhö hen, bis das Verschwinden des Reflexes erreicht wird. Das so erhaltene vorgebildete calcinierte Mischoxid wurde gemahlen, so daß der X50-Wert (vgl. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th Edition (1998) Electronic Release, Kapitel 3.1.4 oder DIN 66141) der resultierenden Körnung 5 µm betrug. Das Mahl gut wurde dann mit 1 Gew.-% (bezogen auf das Mahlgut) fein teiligem SiO2 (Rüttelgewicht 150 g/l; X50-Wert der SiO2-Partikel betrug 10 µm, die BET-Oberfläche betrug 100 m2/g).The spray drying was carried out in a rotary disk spray tower in countercurrent at a gas inlet temperature of 300 ± 10 ° C and a gas outlet temperature of 100 ± 10 ° C. The spray powder obtained was then calcined at a temperature in the range from 780 to 810 ° C. (in an air-flow rotary kiln (1.54 m 3 internal volume, 200 Nm 3 air / h)). It is essential for the exact setting of the calcination temperature that it has to be based on the desired phase composition of the calcination product. The phases WO 3 (monoclinic) and Bi 2 W 2 O 9 are desired; the presence of γ-Bi 2 WO 6 (Russel lit) is undesirable. If the compound γ-Bi 2 WO 6 can therefore still be detected after the calcination using a reflection in the powder X-ray diffractogram at a reflection angle of 2⊖ = 28.4 ° (CuKα radiation), the preparation must be repeated and the calcination temperature within the specified temperature range until the reflex disappears. The preformed calcined mixed oxide thus obtained was ground so that the X 50 value of the resulting grains was microns (see FIG. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6 th Edition (1998), Electronic Release, Chapter 3.1.4 or DIN 66141). 5 The ground material was then mixed with 1% by weight (based on the ground material) of finely divided SiO 2 (vibrating weight 150 g / l; X 50 value of the SiO 2 particles was 10 μm, the BET surface area was 100 m 2 / G).
Eine Lösung A wurde hergestellt indem man bei 60°C unter Rühren in 600 l Wasser 213 kg Ammoniumheptamolybdat löste und die resultierende Lösung unter Aufrechterhaltung der 60°C und Rühren mit 0,97 kg einer 20°C aufweisenden wäßrigen Kaliumhydroxidlösung (46,8 Gew.-% KOH) versetzte.Solution A was prepared by stirring in at 60 ° C 600 l of water dissolved 213 kg of ammonium heptamolybdate and the resulting solution while maintaining the 60 ° C and stirring with 0.97 kg of an aqueous potassium hydroxide solution at 20 ° C. (46.8 wt% KOH).
Eine Lösung B wurde hergestellt indem man bei 60°C in 262,9 kg einer wäßrigen Cobaltnitratlösung (12,4 Gew.-% Co) 116,25 kg einer wäßrigen Eisennitratlösung (14,2 Gew.-% Fe) eintrug. An schließend wurde unter Aufrechterhaltung der 60°C die Lösung B über einen Zeitraum von 30 Minuten kontinuierlich in die vorge legte Lösung A gepumpt. Anschließend wurde 15 Minuten bei 60°C ge rührt. Dann wurden dem resultierenden wäßrigen Gemisch 19,16 kg eines Kieselgels (46,80 Gew.-% SiO2, Dichte: 1,36 bis 1,42 g/ml, pH 8,5 bis 9,5, Alkaligehalt max. 0,5 Gew.-%) zugegeben und da nach noch weitere 15 Minuten bei 60°C gerührt.A solution B was prepared by adding 116.25 kg of an aqueous iron nitrate solution (14.2% by weight of Fe) at 60 ° C. in 262.9 kg of an aqueous cobalt nitrate solution (12.4% by weight of Co). At closing, the solution B was pumped continuously into the pre-placed solution A over a period of 30 minutes while maintaining the 60 ° C. The mixture was then stirred at 60 ° C for 15 minutes. Then 19.16 kg of a silica gel (46.80% by weight SiO 2 , density: 1.36 to 1.42 g / ml, pH 8.5 to 9.5, alkali content max. 0. 5 wt .-%) added and then stirred for a further 15 minutes at 60 ° C.
Anschließend wurde in einem Drehscheibensprühturm im Gegenstrom sprühgetrocknet (Gaseintrittstemperatur: 400 ± 10°C, Gasaustritts temperatur: 140 ± 5°C). Das resultierende Sprühpulver wies einen Glühverlust von ca. 30 Gew.-% auf (3 h bei 600°C glühen).Subsequently, in a turntable spray tower in countercurrent spray dried (gas inlet temperature: 400 ± 10 ° C, gas outlet temperature: 140 ± 5 ° C). The resulting spray powder had one Loss on ignition of approx. 30% by weight (anneal for 3 hours at 600 ° C).
Die Ausgangsmasse 1 wurde mit der Ausgangsmasse 2 in der für eine
Multimetalloxidaktivmasse der Stöchiometrie
The starting mass 1 was compared with the starting mass 2 for a multimetal oxide active mass of stoichiometry
[Bi2W2O9.2WO3]0,5[Mo12Co5,5Fe2,94Si1,59K0,08Ox]1
[Bi 2 W 2 O 9 .2WO 3 ] 0.5 [Mo 12 Co 5.5 Fe 2.94 Si 1.59 K 0.08 O x ] 1
erforderlichen Menge homogen vermischt. Bezogen auf die vorge nannte Gesamtmasse wurden zusätzlich 1,5 Gew.-% feinteiliges Gra phit (Siebanalyse: min. 50 Gew.-% ≦ 24 µm, max. 10 Gew.-% ≧ 24 µm und ≦ 48 µm, max. 5 Gew.-% ≧ 48 µm, BET-Oberfläche: 6 bis 13 m2/g) homogen eingemischt. Das resultierende Trockengemisch wurde zu Hohlzylindern mit 3 mm Länge, 5 mm Außendurchmesser und 1,5 mm Wandstärke verpreßt und anschließend wie folgt thermisch behan delt. required amount homogeneously mixed. Based on the aforementioned total mass, an additional 1.5% by weight of fine-grained graphite (sieve analysis: min. 50% by weight ≦ 24 µm, max. 10% by weight ≧ 24 µm and ≦ 48 µm, max. 5 % By weight ≧ 48 µm, BET surface area: 6 to 13 m 2 / g) homogeneously mixed. The resulting dry mixture was pressed into hollow cylinders with a length of 3 mm, an outer diameter of 5 mm and a wall thickness of 1.5 mm and then thermally treated as follows.
Im Luft durchströmten Muffelofen (60 l Innenvolumen, 1 l/h Luft pro Gramm Aktivmassevorläufermasse) wurde mit einer Aufheizrate von 180°C/h zunächst von Raumtemperatur (25°C) auf 190°C aufge heizt. Diese Temperatur wurde für 1 h aufrechterhalten und dann mit einer Aufheizrate von 60°C/h auf 210°C erhöht. Die 210°C wur den wiederum während 1 h aufrechterhalten, bevor sie mit einer Aufheizrate von 60°C/h, auf 230°C erhöht wurden. Diese Temperatur wurde ebenfalls 1 h aufrechterhalten bevor sie, wiederum mit einer Aufheizrate von 60°C/h, auf 265°C erhöht wurde. Die 265°C wurden anschließend ebenfalls während 1 h aufrechterhalten. Da nach wurde zunächst auf Raumtemperatur abgekühlt und damit die Zersetzungsphase im wesentlichen abgeschlossen. Dann wurde mit einer Aufheizrate von 180°C/h auf 465°C erhitzt und diese Calcina tionstemperatur während 4 h aufrechterhalten. Eine Schüttung aus den resultierenden Vollkatalysatorringen bildete den Festbettka talysator 1.Muffle furnace with air flowing through it (60 l internal volume, 1 l / h air per gram of active mass precursor mass) was at a heating rate from 180 ° C / h initially from room temperature (25 ° C) to 190 ° C heats. This temperature was maintained for 1 h and then increased to 210 ° C with a heating rate of 60 ° C / h. The 210 ° C was which in turn should be maintained for 1 h before using a Heating rate of 60 ° C / h, were increased to 230 ° C. That temperature was also maintained 1 hour before, again with a heating rate of 60 ° C / h, was increased to 265 ° C. The 265 ° C were then also maintained for 1 h. There after was first cooled to room temperature and thus the Decomposition phase essentially completed. Then with a heating rate of 180 ° C / h to 465 ° C and this calcina maintenance temperature for 4 h. A pour out the resulting full catalyst rings formed the fixed bed Talysator 1.
190 g Kupfer(II)acetatmonohydrat wurden in 2700 g Wasser zu einer Lösung I gelöst. In 5500 g Wasser wurden bei 95°C nach einander 860 g Ammoniumheptamolybdattetrahydrat, 143 g Ammoniummetavanadat und 126 g Ammoniumparawolframatheptahy drat zu einer Lösung II gelöst. Anschließend wurde die Lösung I auf einmal in die Lösung II eingerührt und anschließend so viel einer 25gew.-%igen wäßrigen NH3-Lösung zugesetzt, bis wieder eine Lösung entstand. Diese wurde bei einer Austritts temperatur von 110°C sprühgetrocknet. Das resultierende Sprühpulver wurde je kg Pulver mit 0,25 kg einer 30gew.-%igen wäßrigen Essigsäurelösung mit einem Kneter der Fa. Werner & Pfleiderer vom Typ ZS1-80 verknetet und anschließend bei einer Temperatur von 110°C während 10 h im Trockenschrank ge trocknet.190 g of copper (II) acetate monohydrate were dissolved in a solution I in 2700 g of water. In 5500 g of water, 860 g of ammonium heptamolybdate tetrahydrate, 143 g of ammonium metavanadate and 126 g of ammonium paratungstate heptahydrate were successively dissolved to a solution II at 95 ° C. Solution I was then stirred into solution II all at once and then enough of a 25% by weight aqueous NH 3 solution was added until a solution was obtained again. This was spray dried at an outlet temperature of 110 ° C. The resulting spray powder was kneaded per kg powder with 0.25 kg of a 30% by weight aqueous acetic acid solution using a kneader from Werner & Pfleiderer of the type ZS1-80 and then at a temperature of 110 ° C. for 10 hours in a drying cabinet dries.
700 g des so erhaltenen Katalysatorvorläufers wurden in einem Luft/Stickstoffgemisch [(200 l N2/15 l Luft)/h] in einem Drehrohrofen (50 cm lang, 12 cm Innendurchmesser) calciniert. Im Rahmen der Calcinierung wurde die Knetmasse zunächst in nerhalb von einer Stunde von Raumtemperatur (ca. 25°C) konti nuierlich auf 325°C erhitzt. Anschließend wurde während 4 h auf dieser Temperatur gehalten. Dann wurde innerhalb von 15 min auf 400°C erwärmt, bei dieser Temperatur während 1 h ge halten und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. 700 g of the catalyst precursor thus obtained (50 cm long, 12 cm internal diameter) in a rotary kiln in an air / nitrogen mixture [(200 l N 2/15 l air) / h] calcined. As part of the calcination, the modeling clay was first continuously heated from room temperature (approx. 25 ° C) to 325 ° C within one hour. It was then kept at this temperature for 4 h. The mixture was then heated to 400 ° C. within 15 min, held at this temperature for 1 h and then cooled to room temperature.
Das calcinierte katalytisch aktive Material wurde zu einem feinteiligen Pulver gemahlen, von dem 50% der Pulverpartikel ein Sieb der Maschenweite 1 bis 10 µm passierten und dessen Anteil an Partikel mit einer Längstausdehnung oberhalb von 50 µm weniger als 1% betrug.The calcined catalytically active material became one finely divided powder, of which 50% of the powder particles passed a sieve with a mesh size of 1 to 10 µm and its Proportion of particles with a longest expansion above 50 microns was less than 1%.
28 kg ringförmiger Trägerkörper (7 mm Außendurchmesser, 3 mm Länge, 4 mm Innendurchmesser, Steatit, mit einer Oberflächen rauhigkeit Rz gemäß EP-B 714700 von 45 µm und mit einem auf das Volumen der Trägerkörper bezogenen Porengesamtvolumen ≦ 1 Vol.-%, Hersteller: Caramtec DE) wurden in einem Dragier kessel (Neigungswinkel 90°; Hicoater der Fa. Lödige, DE) von 200 l Innenvolumen gefüllt. Anschließend wurde der Dragier kessel mit 16 U/min in Rotation versetzt. Über eine Düse wur den innerhalb von 25 min 2000 g einer aus 75 Gew.-% H2O und 25 Gew.- % Glycerin bestehenden wäßrigen Lösung auf die Trägerkörper aufgesprüht. Gleichzeitig wurden im selben Zeit raum 7 kg des katalytisch aktiven Oxidpulvers aus a) über eine Schüttelrinne außerhalb des Sprühkegels der Zerstäub erdüse kontinuierlich zudosiert. Während der Beschichtung wurde das zugeführte Pulver vollständig auf die Oberfläche der Trägerkörper aufgenommen, eine Agglomeration der fein teiligen oxidischen Aktivmasse wurde nicht beobachtet. Nach beendeter Zugabe von Pulver und wäßriger Lösung wurde bei einer Drehgeschwindigkeit von 2 Umdrehungen/min 20 min. 110°C heiße Luft in den Dragierkessel geblasen. Anschließend wurde noch 2 h bei 250°C in ruhender Schüttung (Hordenofen) unter Luft getrocknet. Es wurden ringförmige Schalenkatalysatoren erhalten, deren Anteil an oxidischer Aktivmasse, bezogen auf die Gesamtmasse, 20 Gew.-% betrug. Die Schalendicke lag, so wohl über die Oberfläche eines Trägerkörpers als auch über die Oberfläche verschiedener Trägerkörper betrachtet, bei 230 ± 25 µm. Eine Schüttung aus den resultierenden Schalenkataly satorringen bildete den Festbettkatalysator 2.28 kg ring-shaped carrier body (7 mm outer diameter, 3 mm length, 4 mm inner diameter, steatite, with a surface roughness Rz according to EP-B 714700 of 45 µm and with a total pore volume ≦ 1% by volume based on the volume of the carrier body, manufacturer : Caramtec DE) were filled in a coating pan (inclination angle 90 °; Hicoater from Lödige, DE) with an internal volume of 200 l. The coating pan was then set in rotation at 16 rpm. 2000 g of an aqueous solution consisting of 75% by weight of H 2 O and 25% by weight of glycerol were sprayed onto the support bodies via a nozzle within 25 minutes. At the same time, 7 kg of the catalytically active oxide powder from a) were continuously metered in via a shaking channel outside the spray cone of the atomizing nozzle in the same period. During the coating process, the powder supplied was completely absorbed onto the surface of the carrier bodies, and no agglomeration of the finely divided oxidic active composition was observed. After the addition of powder and aqueous solution had ended, at a speed of 2 revolutions / min, 20 min. Hot air at 110 ° C was blown into the coating pan. The mixture was then dried in air for 2 h at 250 ° C. in a stationary bed (tray oven). Annular shell catalysts were obtained, the proportion of oxidic active mass, based on the total mass, of 20% by weight. The shell thickness, as viewed over the surface of a carrier body as well as over the surface of various carrier bodies, was 230 ± 25 µm. A bed of the resulting shell catalyst rings formed the fixed bed catalyst 2.
Ein erstes Reaktionsrohr (V2A Stahl; 30 mm Außendurchmesser; 2 mm Wandstärke; 26 mm Innendurchmesser, Länge: 439 cm, sowie ein in der Reaktionsrohrmitte zentriertes Thermorohr (4 mm Außendurchmesser) zur Aufnahme eines Thermoelements mit dem die Temperatur im Reaktionsrohr ermittelt werden kann) wurde von unten nach oben auf einem Kontaktstuhl (44 cm Länge) zu nächst auf einer Länge von 30 cm mit eine rauhe Oberfläche aufweisenden Steatitkugeln (4 bis 5 mm Durchmesser; Inert material zum Erwärmen des Reaktionsgasausgangsgemisches 1) und anschließend auf einer Länge von 300 cm mit den in a) hergestellten Vollkatalysatorringen beschickt, bevor die Be schickung auf einer Länge von 30 cm mit den vorgenannten Steatitkugeln als Nachschüttung abgeschlossen wurde. Die ver bleibenden 35 cm Kontaktrohr wurden leer belassen.A first reaction tube (V2A steel; 30 mm outer diameter; 2 mm wall thickness; 26 mm inner diameter, length: 439 cm, as well a thermal tube centered in the center of the reaction tube (4 mm Outer diameter) to accommodate a thermocouple with the the temperature in the reaction tube can be determined) from the bottom up on a contact chair (44 cm long) next to a length of 30 cm with a rough surface showing steatite balls (4 to 5 mm diameter; inert material for heating the reaction gas starting mixture 1) and then over a length of 300 cm with the in a) manufactured all-catalyst rings loaded before the Be Send on a length of 30 cm with the above Steatite balls as refill was completed. The ver the remaining 35 cm contact tube was left empty.
Der Teil des ersten Reaktionsrohres, der mit Feststoff be schickt war, wurde mittels 12 zylinderförmig um das Rohr auf gegossenen Aluminium-Blöcken von je 30 cm Länge, die durch elektrische Heizbänder beheizt wurden, thermostatisiert (Vergleichsversuche mit einem entsprechenden mittels eines stickstoffgeperlten Salzbades beheizten Reaktionsrohr zeig ten, daß die Aluminiumblock-Thermostatisierung eine Salzbad- Thermostatisierung zu simulieren vermag). Die ersten sechs Aluminiumblöcke in Strömungsrichtung definierten eine Reaktionszone A und die verbleibenden Aluminiumblöcke defi nierten eine Reaktionszone B. Die an Feststoff freien Enden des Reaktionsrohres wurden mit unter erhöhtem Druck befindli chem Wasserdampf auf 220°C gehalten.The part of the first reaction tube that be with solid was sent, was by means of 12 cylindrical around the tube cast aluminum blocks, each 30 cm long, through electric heating tapes were heated, thermostatted (Comparative experiments with a corresponding one using a nitrogen-bubbled salt bath heated reaction tube show that the aluminum block thermostat is a salt bath Thermostat can simulate). The first six Aluminum blocks in the flow direction defined one Defi reaction zone A and the remaining aluminum blocks a reaction zone B. The ends free of solids of the reaction tube were located under increased pressure chem steam kept at 220 ° C.
Ein zweites Reaktionsrohr (V2A Stahl; 30 mm Außendurchmesser; 2 mm Wandstärke; 26 mm Innendurchmesser, Länge: 439 cm sowie ein in der Reaktionsrohrmitte zentriertes Thermo-Rohr (4 mm Außendurchmesser) zur Aufnahme eines Thermoelements mit dem die Temperatur im Reaktionsrohr ermittelt werden kann) wurde von unten nach oben auf einem Kontaktstuhl (44 cm Länge) zu nächst auf einer Länge von 30 cm mit eine rauhe Oberfläche aufweisenden Steatitkugeln (4 bis 5 mm Durchmesser; Inert material zum Temperieren des Reaktionsgasausgangsgemisches 2) und anschließend auf einer Länge von 300 cm mit den in b) hergestellten Schalenkatalysatorringen beschickt, bevor die Beschickung auf einer Länge von 30 cm mit den vorgenannten Steatitkugeln als Nachschüttung abgeschlossen wurde. Die ver bleibenden 35 cm Kontaktrohr wurden leer belassen.A second reaction tube (V2A steel; 30 mm outer diameter; 2 mm wall thickness; 26 mm inner diameter, length: 439 cm as well a thermo tube centered in the center of the reaction tube (4 mm Outer diameter) to accommodate a thermocouple with the the temperature in the reaction tube can be determined) from the bottom up on a contact chair (44 cm long) next to a length of 30 cm with a rough surface showing steatite balls (4 to 5 mm diameter; inert material for tempering the reaction gas starting mixture 2) and then over a length of 300 cm with the in b) Manufactured coated catalyst rings before the Loading over a length of 30 cm with the aforementioned Steatite balls as refill was completed. The ver the remaining 35 cm contact tube was left empty.
Der Teil des zweiten Reaktionsrohres, der mit Feststoff be schickt war, wurde mittels 12 zylinderförmig um das Rohr auf gegossenen Aluminium-Blöcken von je 30 cm Länge thermo statisiert (Vergleichsversuche mit einem entsprechenden mittels eines stickstoffgeperlten Salzbades beheizt 03773 00070 552 001000280000000200012000285910366200040 0002019927624 00004 03654en Reakti onsrohr zeigten, daß die Aluminiumblock-Thermostatisierung eine Salzbad-Thermostatisierung zu simulieren vermag). Die ersten sechs Aluminiumblöcke in Strömungsrichtung definierten eine Reaktionszone C und die verbleibenden sechs Aluminium blöcke definierten eine Reaktionszone D. Die an Feststoff freien Enden des Reaktionsrohres wurden mit unter Druck be findlichem Wasserdampf auf 220°C gehalten.The part of the second reaction tube that be with solid was sent, was by means of 12 cylindrical around the tube cast aluminum blocks, each 30 cm long thermo statistically (comparative tests with a corresponding heated by means of a nitrogen-pearled salt bath 03773 00070 552 001000280000000200012000285910366200040 0002019927624 00004 03654en Reakti onsrohr showed that the aluminum block thermostat can simulate a salt bath thermostat). The defined the first six aluminum blocks in the direction of flow a reaction zone C and the remaining six aluminum blocks defined a reaction zone D. The solid Free ends of the reaction tube were under pressure sensitive water vapor kept at 220 ° C.
Das vorstehend beschriebene erste Reaktionsrohr wurde mit
einem Reaktionsgasausgangsgemisch der nachfolgenden Zusammen
setzung kontinuierlich beschickt, wobei die Belastung und die
Thermostatisierung des ersten Reaktionsrohres variiert wur
den:
6 bis 6,5 Vol-% Propen,
3 bis 3,5 Vol-% H2O,
0,3 bis 0,5 Vol-% CO,
0,8 bis 1,2 Vol-% CO2,
0,025 bis 0,04 Vol-% Acrolein,
10,4 bis 10,7 Vol-% O2 und
als Restmenge ad 100% molekularer Stickstoff.The first reaction tube described above was continuously charged with a reaction gas starting mixture of the following composition, the load and the thermostatting of the first reaction tube being varied:
6 to 6.5 vol% propene,
3 to 3.5% by volume H 2 O,
0.3 to 0.5 vol% CO,
0.8 to 1.2 vol% CO 2 ,
0.025 to 0.04 vol% acrolein,
10.4 to 10.7% by volume of O 2 and
as a residual amount of 100% molecular nitrogen.
Dem Produktgasgemisch der ersten Reaktionsstufe wurde am Aus gang des ersten Reaktionsrohres eine kleine Probe für eine gaschromatographische Analyse entnommen. Im übrigen wurde das Produktgasgemisch unter Zudüsen von eine Temperatur von 25°C aufweisender Luft unmittelbar in die nachfolgende Acroleino xidationsstufe (zu Acrylsäure) geführt (Reaktionsstufe 2). Vom Produktgasgemisch der Acroleinoxidationsstufe wurde eben falls eine kleine Probe für eine gaschromatographische Analyse entnommen. Im übrigen wurde die Acrylsäure vom Produktgasgemisch der zweiten Reaktionsstufe in an sich be kannter Weise abgetrennt und ein Teil des verbleibenden Rest gases zur Beschickung der Propenoxidationsstufe wiederverwen det (als sogenanntes Kreisgas), was den Acroleingehalt des vorgenannten Beschickungsgases und die geringe Varianz der Feedzusammensetzung erklärt.The product gas mixture of the first reaction stage was on the end a small sample for a taken from gas chromatographic analysis. Otherwise it was Product gas mixture under the addition of a temperature of 25 ° C air directly into the subsequent acroleino oxidation stage (to acrylic acid) led (reaction stage 2). The product gas mixture of the acrolein oxidation stage was just if a small sample for a gas chromatographic Analysis taken. In addition, the acrylic acid from Product gas mixture of the second reaction stage in itself known separated and part of the remaining remainder Reuse gases to feed the propene oxidation level det (as a so-called cycle gas), which the acrolein content of aforementioned feed gas and the low variance of the Feed composition explained.
Der Druck am Eingang des ersten Reaktionsrohres variierte in Abhängigkeit von der gewählten Propenbelastung im Bereich von 3,0 bis 0,9 bar. Am Ende der Reaktionszonen A, C befand sich ebenfalls eine Analysenstelle. Der Druck am Eingang des zwei ten Reaktionsrohres variierte in Abhängigkeit von der Acroleinbelastung im Bereich von 2 bis 0,5 bar. The pressure at the entrance to the first reaction tube varied in Depending on the selected propene load in the range of 3.0 to 0.9 bar. At the end of reaction zones A, C was also an analysis center. The pressure at the entrance of the two th reaction tube varied depending on the Acrolein exposure in the range of 2 to 0.5 bar.
Die in Abhängigkeit von den gewählten Belastungen und der ge wählten Aluminium-Thermostatisierung sowie der praktizierten Luftzugabe (nach der ersten Reaktionsstufe) erzielten Ergeb nisse zeigt die nachfolgende Tabelle.The depending on the selected loads and the ge chose aluminum thermostatization as well as the practiced Air addition (after the first reaction stage) yielded results nisse is shown in the table below.
TA, TB, TC, TD stehen für die Temperatur der Aluminiumblöcke
in den Reaktionszonen A, B, C und D.
UPA ist der Propenumsatz am Ende der Reaktionszone A.
UPB ist der Propenumsatz am Ende der Reaktionszone B.
SWP ist die Selektivität der Acroleinbildung sowie der Acryl
säurenebenproduktbildung zusammengenommen nach der ersten
Reaktionsstufe und bezogen auf umgesetztes Propen.
UAC ist der Acroleinumsatz am Ende der Reaktionszone C.
UAD ist der Acroleinumsatz am Ende der Reaktionszone D.
UPD ist der Propenumsatz am Ende der Reaktionszone D.
SAS ist die Selektivität der Acrylsäurebildung nach der zwei
ten Reaktionsstufe und bezogen auf umgesetztes Propen.
RZAAS ist die Raum-Zeit-Ausbeute an Acrlysäure am Ausgang des
zweiten Reaktionsrohres.
V ist das molare Verhältnis von molekularem Sauer
stoff : Acrolein im Reaktionsgasausgangsgemisch 2
M ist die nach der ersten Reaktionsstufe zugedüste Menge an
Luft.
T A , T B , T C , T D stand for the temperature of the aluminum blocks in reaction zones A, B, C and D.
U PA is the propene conversion at the end of reaction zone A.
U PB is the propene conversion at the end of reaction zone B.
S WP is the selectivity of acrolein formation and acrylic acid by-product formation taken together after the first reaction stage and based on the propene converted.
U AC is the acrolein conversion at the end of reaction zone C.
U AD is the acrolein conversion at the end of reaction zone D.
U PD is the propene conversion at the end of reaction zone D.
S AS is the selectivity of the acrylic acid formation after the second reaction stage and based on the propene converted.
RZA AS is the space-time yield of acrylic acid at the outlet of the second reaction tube.
V is the molar ratio of molecular oxygen: acrolein in the reaction gas starting mixture 2
M is the amount of air injected after the first reaction stage.
Claims (31)
- a) die Belastung des ersten Festbettkatalysators mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch 1 enthaltenen Propen ≧ 160 Nl Propen/l Katalysatorschüttung.h beträgt,
- b) der erste Festbettkatalysator aus einer in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Reaktionszonen A, B angeordneten Ka talysatorschüttung besteht, wobei die Temperatur der Re aktionszone A 300 bis 330°C und die Temperatur der Reak tionszone B 300 bis 365°C beträgt und gleichzeitig wenig stens 5°C oberhalb der Temperatur der Reaktionszone A liegt,
- c) das Reaktionsgasausgangsgemisch 1 die Reaktionszonen A, B in der zeitlichen Abfolge "erst A", "dann B" durchströmt,
- d) die Reaktionszone A sich bis zu einem Umsatz des Propens von 40 bis 80 mol-% erstreckt,
- e) die Belastung des zweiten Festbettkatalysators mit dem im Reaktionsgasausgangsgemisch 2 enthaltenen Acrolein ≧ 140 Nl Acrolein/l Katalysatorschüttung.h beträgt,
- f) der zweite Festbettkatalysator aus einer in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Reaktionszonen C, D angeordneten Ka talysatorschüttung besteht, wobei die Temperatur der Re aktionszone C 230 bis 270°C und die Temperatur der Reak tionszone D 250 bis 300°C beträgt und gleichzeitig wenig stens 10°C oberhalb der Reaktionszone C liegt,
- g) das Reaktionsgasausgangsgemisch 2 die Reaktionszonen C, D in der zeitlichen Abfolge "erst C", "dann D" durchströmt und
- h) sich die Reaktionszone C bis zu einem Umsatz des Acro leins von 55 bis 85 mol-% erstreckt.
- a) the loading of the first fixed bed catalyst with the propene contained in the reaction gas starting mixture 1 ≧ 160 Nl propene / l catalyst bed.h,
- b) the first fixed bed catalyst consists of a catalyst bed arranged in two spatially successive reaction zones A, B, the temperature of the reaction zone A being 300 to 330 ° C and the temperature of the reaction zone B being 300 to 365 ° C and at the same time at least 5 ° C is above the temperature of reaction zone A,
- c) the reaction gas starting mixture 1 flows through the reaction zones A, B in the chronological sequence "first A", "then B",
- d) reaction zone A extends to a propene conversion of 40 to 80 mol%,
- e) the loading of the second fixed bed catalyst with the acrolein enthaltenen 140 Nl acrolein / l catalyst bed contained in the reaction gas starting mixture 2 is h,
- f) the second fixed bed catalyst consists of a catalyst bed arranged in two spatially successive reaction zones C, D, the temperature of the reaction zone C being 230 to 270 ° C and the temperature of the reaction zone D being 250 to 300 ° C and at the same time at least 10 ° C is above reaction zone C,
- g) the reaction gas starting mixture 2 flows through the reaction zones C, D in the chronological sequence "first C", "then D" and
- h) the reaction zone C extends to a conversion of the acro linse of 55 to 85 mol%.
Mo12BiaFebX1 cX2 dX3 eX4 fOn (I)
ist, in der die Variablen nachfolgende Bedeutung aufweisen:
X1 = Nickel und/oder Kobalt,
X2 = Thallium, ein Alkalimetall und/oder ein Erdalkalime tall,
X3 = Zink, Phosphor, Arsen, Bor, Antimon, Zinn, Cer, Blei und/oder Wolfram,
X4 = Silicium, Aluminium, Titan und/oder Zirkonium,
a = 0,5 bis 5,
b = 0,01 bis 5,
c = 0 bis 10,
d = 0 bis 2,
e = 0 bis 8,
f = 0 bis 10 und
n = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in I bestimmt wird.22. The method according to any one of claims 1 to 21, characterized in that the active composition of the first fixed bed catalyst at least one multimetal oxide of the general formula I.
Mo 12 Bi a Fe b X 1 c X 2 d X 3 e X 4 f O n (I)
in which the variables have the following meaning:
X 1 = nickel and / or cobalt,
X 2 = thallium, an alkali metal and / or an alkaline earth metal,
X 3 = zinc, phosphorus, arsenic, boron, antimony, tin, cerium, lead and / or tungsten,
X 4 = silicon, aluminum, titanium and / or zirconium,
a = 0.5 to 5,
b = 0.01 to 5,
c = 0 to 10,
d = 0 to 2,
e = 0 to 8,
f = 0 to 10 and
n = a number which is determined by the valency and frequency of the elements in I other than oxygen.
[Y1 a'Y2 b'Ox']p[Y3 c'Y4 d'Y5 e'Y6 f'Y7 g'Y2 h'O7 y']q (II),
ist, in der die Variablen folgende Bedeutung haben:
Y1 = Wismut, Tellur, Antimon, Zinn und/oder Kupfer,
Y2 = Molybdän und/oder Wolfram,
Y3 = ein Alkalimetall, Thallium und/oder Samarium,
Y4 = ein Erdalkalimetall, Nickel, Kobalt, Kupfer, Mangan, Zink, Zinn, Cadmium und/oder Quecksilber,
Y5 = Eisen, Chrom, Cer und/oder Vanadium,
Y6 = Phosphor, Arsen, Bor und/oder Antimon, ein seltenes Erdmetall, Titan, Zirkonium, Niob, Tantal, Rhenium, Ruthenium, Rhodium, Silber, Gold, Aluminium, Gallium, Indium, Silicium, Germanium, Blei, Thorium und/oder Uran,
a' = 0,01 bis 8,
b' = 0,1 bis 30,
c' = 0 bis 4,
d' = 0 bis 20,
e' = 0 bis 20,
f' = 0 bis 6,
g' = 0 bis 15,
h' = 8 bis 16,
x', y' = Zahlen, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in II bestimmt werden und
p, q = Zahlen, deren Verhältnis p/q 0,1 bis 10 beträgt,
enthaltend dreidimensional ausgedehnte, von ihrer lokalen Um gebung aufgrund ihrer von ihrer lokalen Umgebung verschiede nen Zusammensetzung abgegrenzte, Bereiche der chemischen Zu sammensetzung Y1 a'Y2 b'Ox', deren Größtdurchmesser 1 nm bis 100 µm betragen.23. The method according to any one of claims 1 to 21, characterized in that the active composition of the first fixed bed catalyst at least one multimetal oxide of the general formula II
[Y 1 a ' Y 2 b' O x ' ] p [Y 3 c' Y 4 d ' Y 5 e' Y 6 f ' Y 7 g' Y 2 h ' O 7 y' ] q (II),
in which the variables have the following meaning:
Y 1 = bismuth, tellurium, antimony, tin and / or copper,
Y 2 = molybdenum and / or tungsten,
Y 3 = an alkali metal, thallium and / or samarium,
Y 4 = an alkaline earth metal, nickel, cobalt, copper, manganese, zinc, tin, cadmium and / or mercury,
Y 5 = iron, chromium, cerium and / or vanadium,
Y 6 = phosphorus, arsenic, boron and / or antimony, a rare earth metal, titanium, zirconium, niobium, tantalum, rhenium, ruthenium, rhodium, silver, gold, aluminum, gallium, indium, silicon, germanium, lead, thorium and / or uranium,
a '= 0.01 to 8,
b '= 0.1 to 30,
c '= 0 to 4,
d '= 0 to 20,
e '= 0 to 20,
f '= 0 to 6,
g '= 0 to 15,
h '= 8 to 16,
x ', y' = numbers which are determined by the valency and frequency of the elements in II other than oxygen and
p, q = numbers whose ratio p / q is 0.1 to 10,
containing three-dimensionally extended areas of the chemical composition Y 1 a ' Y 2 b' O x ' , the size of which are from 1 nm to 100 µm, different from their local surroundings due to their composition which is different from their local surroundings.
Außendurchmesser: 2 bis 10 mm,
Länge: 2 bis 10 mm,
Wandstärke: 1 bis 3 mm.25. The method according to claim 24, characterized in that the ring geometry is the following:
Outside diameter: 2 to 10 mm,
Length: 2 to 10 mm,
Wall thickness: 1 to 3 mm.
Mo12VaX1 bX2 cX3 dX4 eX5 fX6 gOn (IV)
mit
X1 = W, Nb, Ta, Cr und/oder Ce,
X2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn und/oder Zn,
X3 = Sb und/oder Bi,
X4 = eines oder mehrere Alkalimetalle,
X5 = eines oder mehrere Erdalkalimetalle,
X6 = Si, Al, Ti und/oder Zr,
a = 1 bis 6,
b = 0,2 bis 4,
c = 0,5 bis 18,
d = 0 bis 40,
e = 0 bis 2,
f = 0 bis 4,
g = 0 bis 40 und
n = eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in IV bestimmt wird, ist. 28. The method according to any one of claims 1 to 27, characterized in that the active composition of the second fixed bed catalyst at least one multimetal oxide of the general formula IV
Mo 12 V a X 1 b X 2 c X 3 d X 4 e X 5 f X 6 g O n (IV)
With
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,
X 5 = one or more alkaline earth metals,
X 6 = Si, Al, Ti and / or Zr,
a = 1 to 6,
b = 0.2 to 4,
c = 0.5 to 18,
d = 0 to 40,
e = 0 to 2,
f = 0 to 4,
g = 0 to 40 and
n = a number determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in IV.
[D]p[E]q (VI),
in der die Variablen folgende Bedeutung haben:
D = Mo12Va''Z1 b''Z2 c''Z3 d''Z4 e''Z5 f''Z6 g''Ox''
E: = Z7 12CuhHi''Oy''
Z1 = W, Nb, Ta, Cr und/oder Ce,
Z2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn und/oder Zn,
Z3 = Sb und/oder Bi,
Z4 = Li, Na, K, Rb, Cs und/oder H
Z5 = Mg, Co, Sr und/oder Ba,
Z6 = Si, Al, Ti und/oder Zr,
Z7 = Mo, W, V, Nb und/oder Ta,
a" = 1 bis 8,
b" = 0,2 bis 5,
c" = 0 bis 23,
d" = 0 bis 50,
e" = 0 bis 2,
f" = 0 bis 5,
g" = 0 bis 50,
h" = 4 bis 30,
i" = 0 bis 20 und
x", y" = Zahlen, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Element in VI bestimmt werden und
p, q = von Null verschiedene Zahlen, deren Verhältnis p/q 160 : 1 bis 1 : 1 beträgt,
und die dadurch erhältlich sind, daß man eine Multimetall oxidmasse (E)
Z7 12Cuh''Hi''Oy'' (E),
in feinteiliger Form getrennt vorbildet (Ausgangsmasse 1) und anschließend die vorgebildete feste Ausgangsmasse 1 in eine wäßrige Lösung, eine wäßrige Suspension oder in ein feintei liges Trockengemisch von Quellen der Elemente Mo, V, Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6, die die vorgenannten Elemente in der Stöchio metrie D
Mo12Va''Z1 b''Z2 c''Z3 d''Z4 e''Z5 f''Z6 g'' (D),
enthält (Ausgangsmasse 2), im gewünschten Mengenverhältnis p : q einarbeitet, die dabei gegebenenfalls resultierende wäß rige Mischung trocknet, und die so erhaltene trockene Vorläu fermasse vor oder nach ihrer Trocknung zur gewünschten Kata lysatorgeometrie bei Temperaturen von 250 bis 600°C calci niert.29. The method according to any one of claims 1 to 27, characterized in that the active composition of the second fixed bed catalyst at least one multimetal oxide of the general formula VI
[D] p [E] q (VI),
in which the variables have the following meaning:
D = Mo 12 V a '' Z 1 b '' Z 2 c '' Z 3 d '' Z 4 e '' Z 5 f '' Z 6 g '' O x ''
E: = Z 7 12 Cu h H i '' O y ''
Z 1 = W, Nb, Ta, Cr and / or Ce,
Z 2 = Cu, Ni, Co, Fe, Mn and / or Zn,
Z 3 = Sb and / or Bi,
Z 4 = Li, Na, K, Rb, Cs and / or H
Z 5 = Mg, Co, Sr and / or Ba,
Z 6 = Si, Al, Ti and / or Zr,
Z 7 = Mo, W, V, Nb and / or Ta,
a "= 1 to 8,
b "= 0.2 to 5,
c "= 0 to 23,
d "= 0 to 50,
e "= 0 to 2,
f "= 0 to 5,
g "= 0 to 50,
h "= 4 to 30,
i "= 0 to 20 and
x ", y" = numbers determined by the valency and frequency of the element other than oxygen in VI and
p, q = non-zero numbers whose ratio p / q is 160: 1 to 1: 1,
and which are obtainable by using a multimetal oxide mass (E)
Z 7 12 Cu h '' H i '' O y '' (E),
separately formed in finely divided form (starting mass 1) and then the preformed solid starting mass 1 in an aqueous solution, an aqueous suspension or in a finely divided dry mixture of sources of the elements Mo, V, Z 1 , Z 2 , Z 3 , Z 4 , Z 5 , Z 6 , the above elements in stoichiometry D
Mo 12 V a '' Z 1 b '' Z 2 c '' Z 3 d '' Z 4 e '' Z 5 f '' Z 6 g '' (D),
contains (starting mass 2), incorporated in the desired p: q ratio, the resulting aqueous mixture dries, and the resulting dry precursor mass is calcined before or after drying to the desired catalyst geometry at temperatures of 250 to 600 ° C.
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