FR2495958A1 - Supported silver catalysts with high surface area - for alkylene oxide prodn. by olefin oxidn. - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne des catalyseurs à base d'argent qui peuvent être utilisés pour la production en phase vapeur de l'oxyde d'éthylene ou de l'oxyde de propylène à partir d'éthylène ou de propylène et d'oxygène moléculaire. Elle concerne également la mise enoeuvre de ces catalyseurs. The present invention relates to silver catalysts which can be used for the vapor phase production of ethylene oxide or propylene oxide from ethylene or propylene and molecular oxygen. It also relates to the use of these catalysts.
La production d'oxyde d'éthylène est généralement effectue en phase vapeur dans des reacteurs tubulaires a lit fixe et par consequent avec des catalyseurs supportés dont le diamètre des grains du support est relativement grand, de l'ordre de 4mm (4 000 microns). L'art anterieur préfère généralement des supports de faible surface spécifique, inférieure a 5 m/g, car la présence d'une grande surface spécifique et de micropores favorise, a haute température, la décomposition de l'oxyde d'éthylène sur le support et, par freinage diffusionnel,- la combustion de oxyde d'éthylène produit dans les micropores. The production of ethylene oxide is generally carried out in vapor phase in tubular reactors with fixed bed and consequently with supported catalysts whose diameter of the grains of the support is relatively large, of the order of 4mm (4000 microns) . The prior art generally prefers supports of low specific surface, less than 5 m / g, because the presence of a large specific surface and of micropores promotes, at high temperature, the decomposition of ethylene oxide on the support and, by diffusion braking, - the combustion of ethylene oxide produced in the micropores.
L'argent est déposé sous forme de cristallites sur ces supports t le support préféré est généralement un support type "Alundum" contenant environ 99% d'a-alumine,de granulométrie 4 a 8 mm de diamètre, de surface spécifique inférieure a 0,5 m2/g et dont le diamètre moyen des pores est de l'ordre de 5 microns. Grâce aux caracteristiques de ce support et aux caractéristiques des solutions d'imprégnations utilisées il est possible d'obtenir des cristallites d'argent de diamètre uniforme et de l'ordre de 0,3 micron (3 000 A). The silver is deposited in the form of crystallites on these supports t the preferred support is generally a support type "Alundum" containing approximately 99% of α-alumina, of particle size 4 to 8 mm in diameter, of specific surface less than 0, 5 m2 / g and whose average pore diameter is of the order of 5 microns. Thanks to the characteristics of this support and the characteristics of the impregnation solutions used, it is possible to obtain silver crystallites of uniform diameter and of the order of 0.3 micron (3000 A).
L'importance des caractéristiques des cristallites d'argent ainsi obtenus et principalement de leur taille a été mise en évidence dans les theses de
J. Wu (1973) : "The effect of cristallite size on the activity and selectivity of silver catalysts" a l'université CORNELL (U.S.A.) et de M.M. Jarjoui (1976) "Etude de l'oxydation partielle de l'éthylène au contact de catalyseurs supportés a base d'argent" a l'Universite de LYON (France). Il a éte ainsi démontre que les cristallites de diamètre inférieur à i 000 A sont défavorables a l'obtention d'une sélectivité élevee. The importance of the characteristics of the silver crystallites thus obtained and mainly of their size was highlighted in the theses of
J. Wu (1973): "The effect of crystallite size on the activity and selectivity of silver catalysts" at CORNELL University (USA) and by MM Jarjoui (1976) "Study of the partial oxidation of ethylene on contact of supported catalysts based on silver "at the University of LYON (France). It has thus been demonstrated that crystallites with a diameter of less than 1000 A are unfavorable for obtaining high selectivity.
L'art antérieur préfère donc les catalyseurs a faible surface spécifique des cristallites ce qui conduit a opérer le procédé a température relativement élevée pour des raisons évidentes de productivité des réacteurs. The prior art therefore prefers catalysts with a low specific surface area for crystallites, which leads to operating the process at a relatively high temperature for obvious reasons of reactor productivity.
~ Or il est bien connu que, tant pour l'époxydation de l'méthylène que pour l'époxydation du propylène, les températures élevées contribuent a la baisse de la sélectivité qui, dans ces conditions, dépasse rarement 75% pour l'oxyde d'éthylène et est voisine de zéro pour l'oxyde de propylene. ~ However, it is well known that, both for the epoxidation of methylene and for the epoxidation of propylene, the high temperatures contribute to the decrease in selectivity which, under these conditions, rarely exceeds 75% for the oxide d ethylene and is close to zero for propylene oxide.
Le demandeur a trouvé qu'il était possible, dans certaines conditions, d'effectuer un meilleur compromis entre la faible sélectivité mais grande réactivité des petits cristallites et la grande sélectivité mais faible réactivité des gros cristallites et que la mise en oeuvre de catalyseurs a cristallites d'argent de faible diamètre (80 à 600 ) dans un procéde 8 température modérée (120 a 2100C) donnait une sélectivité accrue pour les deux procédés considérés. The applicant has found that it is possible, under certain conditions, to make a better compromise between the low selectivity but high reactivity of the small crystallites and the high selectivity but low reactivity of the large crystallites and that the use of catalysts with crystallites of small diameter silver (80 to 600) in a moderate temperature process (120 to 2100C) gave increased selectivity for the two processes considered.
Ainsi dans un mode de mise en oeuvre préféré on utilise des quantités d'argent représentant 40% du poids du support ; les cristallites obtenus ayant un diamètre moyen de 300 A, la surface par unité de volume du catalyseur est 40 fois supérieure a celle d'un catalyseur a 10% d'argent et dont le diamètre des cristallites est de 3 000 A. Thus, in a preferred embodiment, quantities of silver representing 40% of the weight of the support are used; Since the crystallites obtained have an average diameter of 300 A, the surface area per unit volume of the catalyst is 40 times greater than that of a 10% silver catalyst and the diameter of the crystallites is 3,000 A.
Le catalyseur ainsi obtenu, comme les catalyseurs de l'art intérieur, ne peut donner des sélectivités élevées qu'en présence d'un inhibiteur ; le dichloro-i,2 éthane, a une concentration maximale de 5 ppm dans le volume gazeux, est d'un emploi particulièrement intéressant. Le demandeur a également vérifié,enaccordaveclTartantérieur, que l'utilisation d'un rapport oxygène/ hydrocarbure faible dans le mélange réactionnel est indispensable pour obtenir des sélectivités accrues. The catalyst thus obtained, like the catalysts of the interior art, can give high selectivities only in the presence of an inhibitor; dichloro-i, 2 ethane, has a maximum concentration of 5 ppm in the gas volume, is of particularly advantageous use. The applicant has also verified, in agreement with the prior art, that the use of a low oxygen / hydrocarbon ratio in the reaction mixture is essential to obtain increased selectivities.
D'une manière surprenante on a trouvé que les catalyseurs a grande surface d'argent, partiellement recouverts d'ions chlore, operant a tempera- ture inférieure a 210 C, avec un gaz a rapport oxygene/hydrocarbure inférieur a i, se recouvraient rapidement de dépôts organiques qui nuisent a l'obtention d'une activité et d'une sélectivité satisfaisantes.Dans les conditions moderées rendues possibles par le gain de surface et qui auraient dû permettre de retrouver une sélectivité très élevée, même avec des cristallites de petit diamètre, le catalyseur n'est donc pas autonettoyant, ce qui réduit le gain dû a la grande surface.Ce phénomène est particuliêrement marqué lorsque l'hydrocarbure est le propylene ; a 1800C uniquement du gaz carbonique et de la vapeur d'eau sont produits et en quantité relativement faible
Or on a trouvé que le catalyseur pouvait récupérer une grande partie de son activite et de sa sélectivité initiales par traitement periodique soit a l'hydrogène soit a l'oxygène, c'est a dire par élimination partielle ou totale des résidus organiques t l'efficacité de cette réactivation est d'autant plus grande que sa fréquence est plus élevée, cette réactivation devant être effectuée au moins une fois par minute, c'est a dire apres une durée de fonctionnement du catalyseur, variable suivant les conditions opératoires, comprise entre 5 secondes et 1 minute. La réactivation fréquente du catalyseur ne peut pas être effectuée de façon efficace dans un reacteur a lit fixe constitué par des grains de support de gros diamètre t4 mm ou plus) et de grande surface spécifique interne ; le freinage diffusionnel nuirait en effet a la propagation rapide des fronts de concentration et provoquerait un mélangeage important des gaz. Il est donc considéré comme indispensable d'avoir recours aux techniques de la fluidisation gaz-solide c'est a dire a des techniques voisines de celles utilisées pour la combustion des résidus carbonés des catalyseurs dans certains procédés de craquage catalytique de produits lourds pétroliers.Surprisingly, it has been found that the catalysts with a large silver surface, partially covered with chlorine ions, operating at a temperature below 210 ° C., with a gas with an oxygen / hydrocarbon ratio lower than α, rapidly recover from organic deposits which harm the obtaining of a satisfactory activity and selectivity. In the moderate conditions made possible by the gain in surface area and which should have made it possible to find a very high selectivity, even with crystallites of small diameter, the catalyst is therefore not self-cleaning, which reduces the gain due to the large surface area. This phenomenon is particularly marked when the hydrocarbon is propylene; at 1800C only carbon dioxide and water vapor are produced and in relatively small quantities
However, it has been found that the catalyst can recover a large part of its initial activity and selectivity by periodic treatment either with hydrogen or with oxygen, that is to say by partial or total elimination of organic residues. the efficiency of this reactivation is all the greater the higher its frequency, this reactivation having to be carried out at least once per minute, that is to say after a period of operation of the catalyst, variable according to the operating conditions, between 5 seconds and 1 minute. Frequent reactivation of the catalyst cannot be carried out efficiently in a fixed-bed reactor made up of support grains of large diameter (4 mm or more) and of large internal specific surface; diffusional braking would indeed harm the rapid propagation of the concentration fronts and would cause significant mixing of the gases. It is therefore considered essential to have recourse to gas-solid fluidization techniques, that is to say techniques similar to those used for the combustion of carbonaceous residues of the catalysts in certain processes of catalytic cracking of heavy petroleum products.
Une autre raison très importante conduit a choisir les techniques de la fluidisation : le catalyseur a grande surface d'argent ne peut être préparé, comme il sera indiqué dans ce qui suit, que par utilisation de supports à grande surface spécifique interne. Même a température modérée une chute de la sélectivité est inévitable, par suite du freinage diffusionnel, dans les micropores d'un grain de catalyseur de diamètre supérieur à 0,5 mm.Le demandeur considere donc que l'invention qui consiste a réactiver périodiquement, par élimination de dépôts organiques, un catalyseur a grande surface d'argent opérant dans des conditions de faible autonettoyage - basse température, catalyseur partiellement recouvert de chlore, faible rapport 02/hydrocarbure dans le mélange réactionnel - doit être mise en oeuvre dans un ou plusieurs réacteurs fluidisés avec circulation du catalyseur de la zone de réaction vers la zone de régénération et inversement. Another very important reason leads to choosing the techniques of fluidization: the catalyst with a large silver surface can only be prepared, as will be indicated below, by using supports with large internal specific surface. Even at moderate temperature a drop in selectivity is inevitable, as a result of diffusion braking, in micropores with a grain of catalyst with a diameter greater than 0.5 mm. The applicant therefore considers that the invention which consists in reactivating periodically, by elimination of organic deposits, a catalyst with a large surface area of silver operating under low self-cleaning conditions - low temperature, catalyst partially covered with chlorine, low O 2 / hydrocarbon ratio in the reaction mixture - must be used in one or more fluidized reactors with circulation of the catalyst from the reaction zone to the regeneration zone and vice versa.
De nombreux matériaux, de diamètre inférieur à 0,5 mm, peuvent être choisis comme support des catalyseurs de l'invention. Ces matériaux doivent être résistants à l'attrition et posséder de bonnes propriétés de fluidisation. On utilise de préférence, comme cela est connu dans l'art de la fluidisation, des particules sphériques dont la distribution des diametres varie de manière continue de 20 microns à 120 microns. Many materials, with a diameter of less than 0.5 mm, can be chosen as a support for the catalysts of the invention. These materials must be resistant to attrition and have good fluidization properties. Preferably, as is known in the art of fluidization, spherical particles are used, the diameter distribution of which varies continuously from 20 microns to 120 microns.
Le matériau choisi doit avoir une grande surface spécifique interne pour qu'il soit possible de disperser des quantités relativement importantes d'argent sous la forme de cristallites de petit diamètre ; cette surface doit être comprise entre 5 m2/g et 400 m2/g de support et de préférence entre 10 m2/g et 100 m2/g. Il est par ailleurs important que sa porosité apparente soit élevée, égale ou supérieure à 50% en volume, c'est à dire qu'un réseau de macropores favorise à la fois l'imprégnation du catalyseur lors de sa fabrication et la diffusion des réactifs gazeux lors de la réaction. The material chosen must have a large internal specific surface so that it is possible to disperse relatively large quantities of silver in the form of crystallites of small diameter; this surface must be between 5 m2 / g and 400 m2 / g of support and preferably between 10 m2 / g and 100 m2 / g. It is also important that its apparent porosity is high, equal to or greater than 50% by volume, that is to say that a network of macropores promotes both the impregnation of the catalyst during its manufacture and the diffusion of the reagents. gaseous during the reaction.
Une troisième condition à laquelle doit satisfaire le matériau est qu'il soit compatible avec la reaction d'epoxydation proprement dite 1 c'est ainsi que les trois matériaux suivants
- Silice-alumine (catalyseur de craquage catalytique) de diamètre moyen 60 microns et de surface spécifique 400 m/g,
- Alumine y (Sphéralite SAP de la Société Rhône-Poulenc) de diamètre 2 moyen 60 microns et de surface spécifique 350 m
- Gel de Silice (Société Rhone-Poulenc) broyé et tamisé, diamètre moyen 70 microns, surface spécifique 475 m/g
n'ont pas donné de résultats satisfaisants ; les catalyseurs préparés avec ces supports n'ont pas permis d'obtenir des sélectivités en oxyde d'éthylene supérieures a 30%, dans les meilleures conditions opératoires.A third condition which the material must satisfy is that it is compatible with the actual epoxidation reaction 1 thus the following three materials
- Silica-alumina (catalytic cracking catalyst) with an average diameter of 60 microns and a specific surface of 400 m / g,
- Alumina y (Sphéralite SAP from the Rhône-Poulenc Company) with a mean diameter of 2 microns and a specific surface of 350 m
- Silica gel (Rhone-Poulenc company) ground and sieved, average diameter 70 microns, specific surface 475 m / g
have not given satisfactory results; the catalysts prepared with these supports did not make it possible to obtain selectivities for ethylene oxide greater than 30%, under the best operating conditions.
Les raisons permettant d'expliquer les mauvaises performances de ces materiaux dans les conditions opératoires de l'invention (températures modérées, absence de freinage diffusionnel, réactivation périodique du catalyseur) sont inconnues. The reasons for explaining the poor performance of these materials under the operating conditions of the invention (moderate temperatures, absence of diffusion braking, periodic reactivation of the catalyst) are unknown.
De manière surprenante on a trouvé que deux matériaux (silice et alumine traitées a haute température) sont de très bons supports pour ces catalyseurs d'époxydation de l'éthylène et du propylène a grande surface d'argent. Surprisingly, it has been found that two materials (silica and alumina treated at high temperature) are very good supports for these catalysts for the epoxidation of ethylene and propylene with a large silver surface.
Le premier est le "SPHEROSIL" de la Société Rhône-Poulenc, dont les billes de silice sont sphériques et la granulometrie comprise entre 20 microns et 120 microns. Ce matériau a un volume poreux de 1 cm /g (porosité apparente 70%) et est commercialisé sous six denominations correspondant a des surfaces yariant de 10 m2/g a 400 m2/g. Quelle que soit sa surface interne ce materiau peut être utilisé tel quel sans subir de traitement thermique préliminaire. The first is the "SPHEROSIL" from the Rhône-Poulenc Company, whose silica beads are spherical and the particle size between 20 microns and 120 microns. This material has a pore volume of 1 cm / g (apparent porosity 70%) and is sold under six names corresponding to areas ranging from 10 m2 / g to 400 m2 / g. Whatever its internal surface, this material can be used as it is without undergoing preliminary heat treatment.
Le deuxième est une alumine a de grande surface spécifique préparée d'après la technique decrite dans le brevet U.S. 4.169.883 : un échantillon de "SPHERALITE" SAP de la Société Phone Poulenc, dont les billes d'alumine Y sont sphériques, la granulométrie comprise entre 20 microns et 120 microns et la surface interne égale a 350 m/g est imprégné par une solution concentre de saccharose, porte a 11500C sous atmosphère réductrice puis oxydé a 6800C en présence d'air. La surface spécifique de l'alumine obtenue est 33 m/g (B.E.T.). The second is an alumina with a large specific surface area prepared according to the technique described in US Pat. between 20 microns and 120 microns and the internal surface equal to 350 m / g is impregnated with a concentrated sucrose solution, brought to 11500C under a reducing atmosphere and then oxidized to 6800C in the presence of air. The specific surface of the alumina obtained is 33 m / g (B.E.T.).
La méthode d'imprégnation de ces supports est importante également pour l'obtention de cristallites d'argent de petit diamètre et a diamètre uniforme. The method of impregnating these supports is also important for obtaining silver crystallites of small diameter and uniform diameter.
Dans un mode de mise en oeuvre préféré on utilise une solution d'impregnation qui contient :
a) un sel d'argent d'un acide carboxylique
b) une amine organique
c) un sel d'un métal alcalino-terreux (baryum ou calcium) ou un sel d'un métal alcalin (sodium, potassium ou césium)
d) une faible quantité d'eau qui permet de dissoudre le sel precedent dans l'amine.In a preferred embodiment, an impregnation solution is used which contains:
a) a silver salt of a carboxylic acid
b) an organic amine
c) a salt of an alkaline earth metal (barium or calcium) or a salt of an alkali metal (sodium, potassium or cesium)
d) a small amount of water which makes it possible to dissolve the preceding salt in the amine.
Le sel d'argent peut être le formiate, le lactate, l'oxalate, l'acétate, le benzoate d'argent, ou tout autre sel carboxylique. L'amine organique peut être la pyridine, la quinoléine, la N,N,N',N', tetramethylethylène-diamine, la N,N,N',N",N", pentaméthyldiéthylêne-triamine, la triethylamine, ou toute autre amine aliphatique, aromatique, hétérocyclique ayant un pouvoir dissol- vant suffisant pour le sel d'argent et pour la solution aqueuse du sel alcalin ou alcalino-terreux. The silver salt can be formate, lactate, oxalate, acetate, silver benzoate, or any other carboxylic salt. The organic amine can be pyridine, quinoline, N, N, N ', N', tetramethylethylene-diamine, N, N, N ', N ", N", pentamethyldiethylene-triamine, triethylamine, or any another aliphatic, aromatic, heterocyclic amine having sufficient dissolving power for the silver salt and for the aqueous solution of the alkaline or alkaline earth salt.
Le sel de métal alcalin ou alcalino-terreux peut être l'acétate, l'oxalate, le cyclohexane butyrate c'est à dire de préférence un sel d'acide carboxylique plus facile a dissoudre dans l'amine organique. Lorsqu'un sel de métal alcalino-terreux est choisi,la quantité utilisée correspond a un pourcentage pondéral de ce métal, par rapport a l'argent, compris entre 5 et 20%. Ce pourcentage est compris entre 0,01 et 0,5% lorsqu'on utilise un sel de métal alcalin. The alkali or alkaline earth metal salt may be acetate, oxalate, cyclohexane butyrate, that is to say preferably a salt of carboxylic acid which is easier to dissolve in the organic amine. When an alkaline earth metal salt is chosen, the amount used corresponds to a weight percentage of this metal, relative to silver, of between 5 and 20%. This percentage is between 0.01 and 0.5% when using an alkali metal salt.
L'eau peut être utilisée pour dissoudre ce sel avant mélange dans la solution du sel d'argent dans l'amine organique. Après mélange la solution finale doit être limpide et homogène. Water can be used to dissolve this salt before mixing in the solution of the silver salt in the organic amine. After mixing the final solution must be clear and homogeneous.
Le choix du sel d'argent, de l'amine organique et de l'anion du sel alcalin ou alcalino-terreux ne sont pas très critiques ; la combinaison preférée est celle qui permet d'obtenir une solution limpide avec le minimum d'eau. The choice of the silver salt, the organic amine and the anion of the alkali or alkaline earth salt are not very critical; the preferred combination is that which provides a clear solution with the minimum of water.
On peut imprégner le support par la solution a l'évaporateur rotatif sous vide, après avoir séche le support. Un préconditionnement a 2800C sous azote est ensuite effectue et le catalyseur est prêt pour son introduction dans le réacteur. The support can be impregnated with the solution on a rotary evaporator under vacuum, after drying the support. A preconditioning at 2800C under nitrogen is then carried out and the catalyst is ready for its introduction into the reactor.
Le réacteur qui permet d'effectuer la réaction et de transférer rapidement ce catalyseur tres fin a travers plusieurs zones - régénération, purge, réactivation réductrice ou oxydante - peut être de l'un des types décrits dans les brevets U.S., 3.669.877 et U.S., 4.152.293. Le Réacteur Multitubulaire a Transport Pneumatique, décrit pour la première fois au Congrès
International de Fluidisation de Toulouse (Octobre 1973) organisé par la
Société de Chimie Industrielle, est nettement préféré. Son fonctionnement peut être simulé avec précision a l'aide du réacteur d'étude à deux tubes décrit par H. DE LASA et G. GAU (Chemical Engineering Science 28, p. 1875, 1973) et dont le dessin annexé permet de comprendre le fonctionnement.The reactor which makes it possible to carry out the reaction and to rapidly transfer this very fine catalyst through several zones - regeneration, purging, reductive or oxidizing reactivation - can be of one of the types described in US Pat. Nos. 3,669,877 and US , 4,152,293. The Multitubular Pneumatic Transport Reactor, described for the first time at the Congress
International de Fluidisation de Toulouse (October 1973) organized by the
Society of Industrial Chemistry, is much preferred. Its operation can be simulated with precision using the two-tube study reactor described by H. DE LASA and G. GAU (Chemical Engineering Science 28, p. 1875, 1973) and the attached drawing of which makes it possible to understand the operation.
Le tube de réaction 1 est alimenté en reactis par la tubulure 2 s une tubulure 3 et une plaque de fluidisation permettent de fluidiser le catalyseur a 'aide du gaz de régénération - hydrogène ou oxygene - ou d'un gaz inerte. The reaction tube 1 is supplied with reactis through the tubing 2 s a tubing 3 and a fluidization plate make it possible to fluidize the catalyst using the regeneration gas - hydrogen or oxygen - or an inert gas.
Allégee par le gaz de réaction, la suspension gaz-solide circule rapidement travers le tube 1 ; le gaz est séparé du catalyseur dans la chambre 4, a l'aide des filtres 5. Le catalyseur descend ensuite dans le tube 6 après avoir été purgé des gaz contenus dans ses pores ou adsorbés à sa surface par un débit de vapeur d'eau alimenté par la tubulure 7. La chaleur de réaction est éliminée et la température contrôlée à l'aide d'un fluide caloporteur circulant dans la double enveloppe 8. Une prise d'échantillon 9 permet ç par dosage de la teneur en anhydride carbonique, de déterminer l'efficacité de la régénération du catalyseur. Lightened by the reaction gas, the gas-solid suspension rapidly circulates through the tube 1; the gas is separated from the catalyst in the chamber 4, using the filters 5. The catalyst then descends into the tube 6 after having been purged of the gases contained in its pores or adsorbed on its surface by a flow of water vapor supplied by the tubing 7. The reaction heat is removed and the temperature controlled using a heat transfer fluid circulating in the double jacket 8. A sample taking 9 allows ç by assaying the carbon dioxide content, determine the efficiency of catalyst regeneration.
Le réacteur multitubulaire industriel serait constituE de tubes dont la longueur pourrait atteindre i0m et le diamètre 0,2 m. Le réacteur d'étude est constitué de deux tubes de 4m de long et 0,02 m de diamètre. Le temps de séjour du gaz dans le tube de réaction a été choisi égal à 4 secondes,celui du catalyseur égal a 10 secondes dans le tube de réaction et à 5 secondes dans la chambre de régénération. The industrial multitubular reactor would consist of tubes whose length could reach i0m and the diameter 0.2 m. The study reactor consists of two tubes 4m long and 0.02m in diameter. The residence time of the gas in the reaction tube was chosen to be 4 seconds, that of the catalyst equal to 10 seconds in the reaction tube and 5 seconds in the regeneration chamber.
La préparation des catalyseurs selon la présente invention, ainsi que la production d'oxyde d'éthylène et d'oxyde de propylène, dans un réacteur à transport pneumatique a deux tubes vont être illustrées par les exemples non limitatifs suivants
Exemple I
Un catalyseur A selon la presente invention est préparé comme suit. Comme support pour le catalyseur on utilise le "SPHEROSIL" XOB 030 de la Société Rhône-Poulenc, de granulométrie 20 microns - 120 microns et de surface spécifique 50 m/g.On l'imprègne à l'évaporateur rotatif sous vide avec une solution de formiate d'argent dans la pyridine de molarité 1, obtenue par addition d'un léger excès d'acide formique à la suspension d'oxyde d'argent le baryum est ajouté sous forme d'une solution -d'acetate de baryum dans 11 eau. La solution d'imprégnation contient ainsi 10% d'eau en poids. Le catalyseur obtenu apres sechage sous vide et conditionnement de 5 heures à 2800C sous atmosphère d'azote contient 38% d'argent et 4,1% de baryum.The preparation of the catalysts according to the present invention, as well as the production of ethylene oxide and propylene oxide, in a pneumatic transport reactor with two tubes will be illustrated by the following nonlimiting examples
Example I
A catalyst A according to the present invention is prepared as follows. As support for the catalyst, the "SPHEROSIL" XOB 030 from the Rhône-Poulenc company is used, with a particle size of 20 microns - 120 microns and a specific surface of 50 m / g. It is impregnated with a rotary evaporator under vacuum with a solution of silver formate in pyridine of molarity 1, obtained by adding a slight excess of formic acid to the suspension of silver oxide, the barium is added in the form of a solution of barium acetate in 11 water. The impregnation solution thus contains 10% water by weight. The catalyst obtained after drying under vacuum and conditioning for 5 hours at 2800C under a nitrogen atmosphere contains 38% silver and 4.1% barium.
L'examen au microscope électronique permet de vérifier que la granulo métrie des particules d'argent est relativement homogene et que leur diamètre moyen est de 300 A. Examination with an electron microscope makes it possible to verify that the particle size of the silver particles is relatively homogeneous and that their average diameter is 300 A.
Ce catalyseur est chargé dans le réacteur d'étude qui fonctionne dans les conditions de temps de séjour définies plus haut, à une pression voisine de la pression atmosphérique, avec un debit de réactifs de 650 l/h et un débit de gaz de régénération de 15 l/h. This catalyst is loaded into the study reactor which operates under the residence time conditions defined above, at a pressure close to atmospheric pressure, with a flow rate of reagents of 650 l / h and a flow rate of regeneration gas of 15 l / h.
Les résultats obtenus pour la production de l'oxyde d'méthylène et de l'oxyde de propylene, suivant la nature du gaz utilisé dans la chambre de régénération sont indiqués dans le Tableau I
Tableau I - Réactifs Température gaz de conversion de sélectivité en
Régenération I'hydrocarbure poxyde
Ethylène 85% 180 C H2 3,8% 91% + Oxygène 15%
id. id. N2 0,4% 78%
Propylène 85% 1600C 2 + Oxygène 15% 2 2,2% 59%
id. id. 02 2,7% 46%
id. id. N2 0,2% ' négligeable
Le gaz de régénération contenait dans les six expériences indiquées 2 ppm de dichloro 1,2-éthane.L'analyse des gaz soutirés a la prise d'echantillon 9 montre que l'hydrogène aussi bien que l'oxygène utilisés comme gaz de régénération produisait du gaz carbonique qui provient donc bien de la décom position de résidus organiques non désorbables par la vapeur d'eau ; l'essai de comparaison avec l'azote ne permet de detecter le gaz carbonique qu'a l'état de traces.The results obtained for the production of methylene oxide and propylene oxide, depending on the nature of the gas used in the regeneration chamber are shown in Table I
Table I - Reagents Selectivity conversion gas temperature in
Dioxide hydrocarbon regeneration
Ethylene 85% 180 C H2 3.8% 91% + Oxygen 15%
id. id. N2 0.4% 78%
Propylene 85% 1600C 2 + Oxygen 15% 2 2.2% 59%
id. id. 02 2.7% 46%
id. id. N2 0.2% 'negligible
The regeneration gas contained in the six experiments indicated 2 ppm of 1,2-dichloro-ethane. Analysis of the gases withdrawn from sample 9 shows that the hydrogen as well as the oxygen used as regeneration gas produced carbon dioxide which therefore comes from the decomposition of organic residues which cannot be absorbed by water vapor; the comparison test with nitrogen only makes it possible to detect carbon dioxide in the trace state.
On constate que cette décomposition des résidus organiques - régénération permet d'améliorer l'activité du catalyseur et la sélectivité de la réaction. It is found that this decomposition of organic residues - regeneration makes it possible to improve the activity of the catalyst and the selectivity of the reaction.
La sélectivité indiquée dans le Tableau I représente le pourcentage des moles d'hydrocarbure ayant réagies qui sont transformées en époxyde.The selectivity indicated in Table I represents the percentage of moles of hydrocarbon having reacted which are transformed into epoxide.
Exemple II
Un catalyseur B selon la présente invention est prépare comme suit. Comme support pour le catalyseur on utilise la "SPHERALITE" SAP de la Société Rhêne Poulenc traitée à haute température après impregnation par une solution de saccharose comme indiquée plus haut. Le sel d'argent est remplacé par l'acétate d'argent et le sel de baryum par le nitrate de cesium. La méthode de preparation restant identique à celle du catalyseur A, le catalyseur préconditionnb contient 35% d'argent en poids et 0,05% de césium en poids ses cristallites d'argent ont un diamètre moyen de 220 A.Example II
Catalyst B according to the present invention is prepared as follows. As support for the catalyst, the "SPHERALITE" SAP from the company Rhêne Poulenc is used, treated at high temperature after impregnation with a sucrose solution as indicated above. The silver salt is replaced by silver acetate and the barium salt by cesium nitrate. The preparation method remaining identical to that of catalyst A, the preconditioned catalyst contains 35% silver by weight and 0.05% cesium by weight, its silver crystallites have an average diameter of 220 A.
Les essais effectues dans les conditions de l'exemple précédent donnent:
Réactifs Gaz de régénération Conversion Sélectivité
C2H4 2 H2 2,5% 88%
O 3,0% 87%
C H + O2 H2 2,5% 53%
36
" O2 1,8% 37%
Exemple III (Comparatif)
Le support de l'exemple I est remplacé par de l'alumine SA 5151 de la Société
Norton et dont la surface spécifique est de 0,20 m/g. Avant imprégnation ce matériau est broye et tamisé à un diamètre inférieur a 150 microns. La composition de la solution est identique à celle de l'exemple I mais, en conformité avec l'art antérieur, on reduit les quantités de sels.Le catalyseur préconditionné contient 11% d'argent et 0,98 de baryum ; ses cristallites ont un diamètre moyen de 3000 . Les résultats obtenus dans le réacteur d'etude sont indiqués dans le Tableau II
Ce catalyseur a donc une réactivité trop faible à basse température et, à haute température, la régénération n'ameliore pas ses performances, soit parce qu'il est suffisamment autonettoyant à cette température, soit parce que dans ces conditions la fréquence du nettoyage est insuffisante. The tests carried out under the conditions of the previous example give:
Reagents Regeneration gas Conversion Selectivity
C2H4 2 H2 2.5% 88%
O 3.0% 87%
CH + O2 H2 2.5% 53%
36
"O2 1.8% 37%
Example III (Comparative)
The support of Example I is replaced by alumina SA 5151 from the Company
Norton and whose specific surface is 0.20 m / g. Before impregnation this material is ground and sieved to a diameter of less than 150 microns. The composition of the solution is identical to that of Example I but, in accordance with the prior art, the amounts of salts are reduced. The preconditioned catalyst contains 11% silver and 0.98 barium; its crystallites have an average diameter of 3000. The results obtained in the study reactor are shown in Table II
This catalyst therefore has too low a reactivity at low temperature and, at high temperature, regeneration does not improve its performance, either because it is sufficiently self-cleaning at this temperature, or because under these conditions the frequency of cleaning is insufficient .
Tableau ~~~~ Tableau II
gaz due conversion de Selectivite
Réactifs Température Régénération l'hydrocarbure en époxyde C2H4 85% + O2 15% 180 C O2 négligeable
id 230 C H2 1% 78%
id 2300C 02 1,1% 76%
id 230 C N2 1% 76% C H 85% + O2 15* 2300C O2 négligeable 36 2 2
Exemple IV (comparatif)
Le catalyseur A est utilisé dans les mêmes conditions de l'exemple I, mais avec un mélange de réactifs riche en oxygène et une température plus élevée.Table ~~~~ Table II
Selectivite conversion gas
Reagents Temperature Regeneration of epoxy hydrocarbon C2H4 85% + O2 15% 180 C O2 negligible
id 230 C H2 1% 78%
id 2300C 02 1.1% 76%
id 230 C N2 1% 76% CH 85% + O2 15 * 2300C O2 negligible 36 2 2
Example IV (comparative)
Catalyst A is used under the same conditions of Example I, but with a mixture of reactants rich in oxygen and a higher temperature.
Tableau III
gaz de conversion de Sélectivité
Réactifs Température Régénération l'hydrocarbure en époxyde C2H4 2% + Air 98% 1900C H2 1,4% 65%
id id O2 1,5% 64%
id id N2 1,5% 65% C3H6 2% + Air 98% 190 C H2 3,8% négligeable
id id O2 4,2% négligeable
id id N2 1,2% négligeable
La mesure de la teneur en anhydride carbonique à la prise d'echantillon 9 montre que dans ces conditions le catalyseur est autonettoyant pour la production d'oxyde d'éthylène mais seulement partiellement autonettoyant pour la production d'oxyde de propylène. Table III
Selectivity conversion gas
Reagents Temperature Regeneration of epoxy hydrocarbon C2H4 2% + Air 98% 1900C H2 1.4% 65%
id id O2 1.5% 64%
id id N2 1.5% 65% C3H6 2% + Air 98% 190 C H2 3.8% negligible
id id O2 4.2% negligible
id id N2 1.2% negligible
The measurement of the carbon dioxide content when taking sample 9 shows that under these conditions the catalyst is self-cleaning for the production of ethylene oxide but only partially self-cleaning for the production of propylene oxide.
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FR8026624A FR2495958A1 (en) | 1980-12-12 | 1980-12-12 | Supported silver catalysts with high surface area - for alkylene oxide prodn. by olefin oxidn. |
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