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JP2012501838A - 幾何形状触媒成形体の製造法 - Google Patents

幾何形状触媒成形体の製造法 Download PDF

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Abstract

本発明は、幾何形状担体成形体Kの製造法に関し、この幾何形状担体成形体Kの活性材料は、化学量論式[Bi1bxa[Mo121 c2 dFee3 f4 g5 hy1の多重元素酸化物を有する。この方法は、粒径(式I)を有する微粒状酸化物Bi1bxおよび元素源から粒径(式II)を有する化学量論式Mo121 c2 dFee3 f4 g5 hの微粒状の密接な混合物を形成し、この混合物を比a:1で混合し、この混合物を用いて成形体を形成し、次にこの成形体を熱処理することよりなる。この場合、式(III)は、820以上である。

Description

本発明は、一般的な化学量論式I
[Bi1bxa[Mo121 c2 dFee3 f4 g5 hy1 (I)
〔式中、
1は、ニッケルおよびコバルトからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
2は、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびタリウムからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
3は、亜鉛、燐、砒素、硼素、アンチモン、錫、セリウム、バナジウム、クロムおよびビスマスからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
4は、珪素、アルミニウム、チタン、タングステンおよびジルコニウムからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
5は、銅、銀、金、イットリウム、ランタンおよびランタニドからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
aは、0.1〜3であり、
bは、0.1〜10であり、
cは、1〜10であり、
dは、0.01〜2であり、
eは、0.01〜5であり、
fは、0〜5であり、
gは、0〜10であり、
hは、0〜1であり、および
x,yは、I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数である〕で示される多重元素酸化物Iを活性材料として含有する幾何形状触媒成形体K*の製造法に関し、この場合、
長さ単位μmで記載される粒径
Figure 2012501838
を有する微粒状混合酸化物Bi1bxは、
出発材料A1として、
Figure 2012501838
が満たされることを前提条件に予め形成され、
多重元素酸化物Iの成分T=[Mo121 c2 dFee3 f4 g5 hy1中の酸素とは異なる元素の源が水性媒体中で、密接な水性混合物Mが形成されることを前提条件に使用され、
使用される前記源の全ての源は、水性混合物Mの製造の経過中に直径
Figure 2012501838
が5μm以下である粉砕度Qに適合し、
および
水性混合物Mは、化学量論式I*
Mo121 c2 dFee3 f4 g5 h (I*)
中の元素Mo、Z1、Z2、Fe、Z3、Z4およびZ5を含有し;
水性混合物Mから乾燥および粉砕度
Figure 2012501838
の調整によって長さ単位μmで記載される粒径
Figure 2012501838
を有する微粒状出発材料A2は、
Figure 2012501838
を満たすということを前提条件に形成され
出発材料A1および出発材料A2、または出発材料A1、出発材料A2および微粒状成形助剤が互いに混合されて微粒状出発材料A3に変わり、但し、この微粒状出発材料A3は、出発材料A1およびA2を経て出発材料A3中に導入される、酸素とは異なる、化学量論式I**
[Bi1ba[Mo121 c2 dFee3 f4 g5 y1 (I**)
中の多重元素酸化物の元素を含有し、
微粒状出発材料A3を用いて幾何形状触媒成形体Vが形成され、および
この成形体Vは、高められた温度で熱的に処理され、幾何形状触媒成形体K*が得られる。
更に、本発明は、触媒成形体K*の使用に関する。
活性材料として多重元素酸化物Iを含有する幾何形状触媒成形体K*、ならびにこのような触媒形の製造法は、公知である(例えば、出願番号102007003778.5を持つドイツ出願、欧州特許出願公開第575897号明細書、WO 2007/017431、WO 02/24620、WO 2005/42459、WO 2005/47224、WO 2005/49200、WO 2005/113127、出願番号102008040093.9を持つドイツ出願、出願番号102008040094.7を持つドイツ出願およびドイツ連邦共和国特許出願公開第102007005606号明細書参照)。
更に、触媒K*(幾何形状触媒成形体K*)が気相中での3〜6個のC原子を有するアルカン、アルカノール、アルケンおよび/またはアルケナールの不均一触媒反応による部分酸化の実施に適していることは、公知である。
分子状酸素を有する有機化合物の完全な酸化は、前記工程で、有機化合物が分子状酸素の反応作用下で、有機化合物中に含有されている炭素が全体的に炭素の酸化物に変換され、および有機化合物中に含有されている水素が全体的に水素の酸化物に変換されるように反応されることである。それとは異なる、分子状酸素の反応作用下での有機化合物の全ての反応は、本願明細書中で有機化合物の部分酸化として記載されている。
特に、本願明細書中の記載によれば、部分酸化は、部分的酸化すべき有機化合物が反応の終結後に少なくとも1つの酸素原子を部分酸化の実施前よりも大量に化学的に結合して含有するように、分子状酸素の反応作用下で有機化合物を反応させることである。
しかし、本願明細書中で、部分酸化の概念は、脱水素および部分的なアンモ酸化、即ちアンモニアの存在下での部分的な酸化も含む。
触媒K*(幾何形状触媒成形体K*)は、プロペンからアクロレインへ、およびイソブテンからメタクロレインへの不均一系触媒による部分的な気相酸化の実施のため、ならびにプロペンからアクリルニトリルへ、およびイソブテンからメタクリルニトリルへの不均一系触媒による部分的な気相アンモ酸化の実施のために特に好適である。
一般に、プロペン(イソブテン)からアクロレイン(メタクロレイン)への不均一系触媒による部分的な気相酸化は、WO 2005/42459中に例示的に記載されているように、プロペン(イソブテン)からアクリル酸(メタクリル酸)への2工程での不均一系触媒による部分的な気相酸化の第1の工程を形成する。
従って、プロペン(イソブテン)からアクロレイン(メタクロレイン)への不均一系触媒による部分的な気相酸化に付随して現れる、アクリル酸(メタクリル酸)の副生成物の形成は、一般に望ましいものではなく、通常、望ましい価値のある生成物の形成を従属させる。
更に、幾何形状触媒成形体K*の性能が3〜6個のC原子を有するアルカン、アルカノール、アルケンおよび/またはアルケナール(例えば、相応するオレフィン系不飽和アルデヒドおよび/またはカルボン酸)の不均一系触媒による部分的な気相酸化の連続的な運転の経過中に、運転時間の増大と共に減少することは、公知である(これは、特に、幾何形状触媒成形体K*によって、プロペンからアクロレインおよび/またはアクリル酸への、ならびにイソブテンからメタクロレインおよび/またはメタクリル酸への不均一系触媒による部分的な気相酸化が起こる場合であるが、しかし、プロペンからアクリルニトリルへの、ならびにイソブテンからメタクリルニトリルへの不均一系触媒による部分的な気相酸化の場合にも当てはまる)。この断言は、例えば刊行物WO 2005/42459ならびにWO 2005/49200に推奨されているように、幾何形状触媒成形体K*が不均一系触媒による部分的な気相酸化の連続的な運転の経過中に周期的に繰り返される再生方法に掛けられる場合も的確である。
第1に言えることは、有機化合物の不均一系触媒による部分的な気相酸化の通常数年間継続する運転の経過中に減少する、幾何形状触媒成形体K*の活性である。
幾何形状触媒成形体K*の活性についての基準またはこの幾何形状触媒成形体K*を含む触媒床の基準は、部分的に酸化すべき有機化合物を含有する反応混合物の通過の際に触媒床によって有機化合物(例えば、プロペンまたはイソブテン)の一定の変換率を達成させるために必要とされる温度である。
この幾何形状触媒成形体K*を含む触媒床の幾何形状触媒成形体K*の活性が部分酸化の増大する運転時間と共にますます減少する場合には、さらに不変の条件下で、反応混合物が触媒床を1回通過する際に有機化合物の同じ変換率を達成させるためにますます温度を上昇させることが必要とされる(触媒床が例えば塩浴が周囲を流れる、管束反応器の管中に存在する場合には、触媒床の不活性化が増大すると、通常、さらに不変の条件下で、反応ガス混合物が触媒床を1回通過することに対して部分酸化変換率を維持するために、管束反応器中への塩浴の侵入温度が連続的に上昇する(例えば、欧州特許出願公開第1734030号明細書、WO 2007/82827、WO 2005/47224およびWO 2005/42459参照))。
しかし、前記処理形式の欠点は、使用された触媒床が少なくとも部分的または完全に、新しい幾何形状触媒成形体K*を有する触媒によって代替されなければならなくなるまで、反応温度が上昇すると触媒の不活性化がますます急速に進行することである(例えば、WO 2004/9525、ドイツ連邦共和国特許出願公開第102006000996号明細書およびWO 2007/77145参照)。
しかし、少なくとも部分的または完全な触媒床交換は、この交換で必要な場合には目的製品の製造が中断される限り、不利である。
更に、大工業的な目的製品の製造にとって新しい触媒の製造と多大な投資とが関連しており、それというの、これに関連して必要とされる原料物質の消費ならびに完成費用は、相当なものであるからである。
従って、総じて、不均一系触媒による部分的な気相酸化の連続的な運転においてできるだ僅かな不活性化率を有する幾何形状触媒成形体K*に対する一般的な関心が寄せられている。
幾何形状触媒成形体K*を製造する際に、この幾何形状触媒成形体K*のできるだけ延長された長時間安定性を誘発する因果関係は、実質的には知られていない。
前記問題に没頭する研究計画は、膨大な時間的浪費をまねく。それというのも、この研究計画は、最初の洞察力で極めて長い観察時間に亘ってのみ説明される状況で取り組まれるからである。更に、また、不均一系触媒による部分的な気相酸化の運転の際の欠陥は、同一の触媒床を使用する際に上昇された不活性化率を誘発しうる。
本発明の本質的な基礎は、幾何形状触媒成形体K*がこの幾何形状触媒成形体K*の活性材料の化学組成が同一の場合であっても多種多様な不活性化挙動を有しうることを顧慮することにある。
本発明のもう1つの基礎は、反応ガス混合物での触媒固定床の負荷率が上昇する場合に、触媒固定床の不活性化がさらに所定の条件下で急速に進行することを顧慮することにある。
本願明細書中で、反応ガス混合物での、反応工程を促進する触媒床の負荷率は、触媒固定床のスタックの容積、即ち触媒固定床スタック容積(この場合、純粋な不活性材料区間は加えられていない)に対して毎時間触媒固定床に供給される、標準リットル(=Nl;相応する反応ガス混合物量を標準条件で、即ち0℃および1atmで占めるであろう、リットルでの容積)での反応ガス混合物の量である(→単位=Nl・h)。
この負荷率は、反応ガス混合物の成分に対してのみ引き合いに出してもよい(例えば、部分的に酸化すべき有機出発化合物に対してのみ)。更に、本発明の基礎は、触媒固定床のスタックの容積に対して毎時間触媒固定床に供給される前記成分(例えば、部分酸化の有機出発化合物)の容積量にある。
本発明の付加的に本質的な基礎は、大工業的生産に使用される幾何形状触媒成形体K*の相応する参考試料に対して形成される試験的所見を形成することであり、この参考試料が比較的本質的に僅かな時間的経費を必要とする応力試験に掛けられた場合に、大工業的な長時間運転を個々の反応器の種々の触媒充填物中でこの触媒充填物の不活性化率に関連する比較可能な運転条件下で相応する順位で観察される相対秩序を形成することができ、この場合には、第1に、同じ不均一系触媒による部分的な気相酸化がよりいっそう高い温度で、ならびに触媒固定床のよりいっそう高い負荷率で同じ反応ガス混合物を用いて実施されることによって特徴付けられる。応力試験の実施前に固有に目視で捕捉される運転条件下で望ましい部分酸化反応の調整に必要とされる温度と、応力試験の実施後に温度から見て同じ条件下で同じ部分酸化変換率の調整に必要とされる温度との差異は、触媒床の長時間安定性に関連して的確な順位パラメーターであることが証明された。
欧州特許出願公開第575897号明細書の記載から、幾何形状触媒成形体K*の製造の範囲内で予め形成された微粒状混合酸化物Bi1bxの粒度が、触媒成形体の使用がプロピレンからアクロレインへの不均一系触媒による部分的な気相酸化に影響を及ぼすような触媒成形体の初期活性に影響を及ぼすことは、公知である。
公知技術水準から見て、本発明の課題は、殊にプロペンからアクロレインへの不均一系触媒による部分的な気相酸化のための使用の範囲内で、ほぼ同じ初期活性(フォーミングの終結後)で連続的な部分酸化の運転で減少された不活性化率を有する、幾何形状触媒成形体K*およびその製造法を提供することであった。
この課題の解決としては、一般的な化学量論式I
[Bi1bxa[Mo121 c2 dFee3 f4 g5 hy1 (I)
〔式中、
1は、ニッケルおよびコバルトからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
2は、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびタリウムからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
3は、亜鉛、燐、砒素、硼素、アンチモン、錫、セリウム、バナジウム、クロムおよびビスマスからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
4は、珪素、アルミニウム、チタン、タングステンおよびジルコニウムからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
5は、銅、銀、金、イットリウム、ランタンおよびランタニド(希土類金属)からなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
aは、0.1〜3であり、
bは、0.1〜10であり、
cは、1〜10であり、
dは、0.01〜2であり、
eは、0.01〜5であり、
fは、0〜5であり、
gは、0〜10であり、
hは、0〜1であり、および
x,yは、I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数である〕で示される多重元素酸化物Iを活性材料として含有する幾何形状触媒成形体K*の製造であって、この場合
長さ単位μmで記載される粒径
Figure 2012501838
を有する微粒状混合酸化物Bi1bxは、出発材料A1として、
Figure 2012501838
が満たされることを前提条件に予め形成され、
多重元素酸化物Iの成分T=[Mo121 c2 dFee3 f4 g5 hy1中の酸素とは異なる元素の源が水性媒体中で、密接な水性混合物Mが形成されることを前提条件に使用され、
使用される前記源の全ての源は、水性混合物Mの製造の経過中に直径
Figure 2012501838
が5μm以下である粉砕度Qに適合し、
および
水性混合物Mは、化学量論式I*
Mo121 c2 dFee3 f4 g5 h (I*)
中の元素Mo、Z1、Z2、Fe、Z3、Z4およびZ5を含有し;
水性混合物Mから乾燥および粉砕度
Figure 2012501838
の調整によって
長さ単位μmで記載される粒径
Figure 2012501838
を有する微粒状出発材料A2は、
Figure 2012501838
満たすということを前提条件に形成され、
出発材料A1および出発材料A2、または出発材料A1、出発材料1、出発材料A2および微粒状成形助剤が互いに混合されて微粒状出発材料A3に変わり、但し、この微粒状出発材料A3は、出発材料A1およびA2を経て出発材料A3中に導入される、酸素とは異なる、化学量論式I**
[Bi1ba[Mo121 c2 dFee3 f4 g5 h] (I**)
中の多重元素酸化物の元素を含有し、
微粒状出発材料A3を用いて幾何形状触媒成形体Vが形成され、および
この成形体Vは、高められた温度で熱的に処理され、幾何形状触媒成形体K*が得られる、前記の幾何形状触媒成形体K*の製造法を提供することであり、この方法は、積
Figure 2012501838
の値F(幾何形状触媒成形体K*の安定値F)が820以上であることによって特徴付けられる。
本発明によれば、Fは、830以上、有利に840以上、なおいっそう有利に850以上である。
特に有利には、Fは、870以上または900以上であり、殊に有利には、Fは、950以上または1000以上である。殊に好ましくは、Fは、1050以上であるか、または1100以上もしくは1150以上である。
既に触媒床の運転開始時に目的生成物の形成の満足な初期選択性の視点を考慮すると、Fは、有利に2500以下、しばしば2400以下、または2200以下である。
また、Fの有利な値は、2000以下、または1800以下、または1600以下もしくは1500以下である。
即ち、Fの本発明による好ましい値は、2500≧F≧850、または2450≧F≧900、または2400≧F≧950である。
本発明によれば、Fの特に好ましい値は、1900≧F≧1000、または1800≧F≧1050である。
本発明によれば、Fの殊に好ましい値は、1700≧F≧1100、または1500≧F≧1150である。
化学量論的係数aは、本発明によれば、有利に0.2〜2、特に有利に0.4〜1.5、殊に有利に0.5〜1である。
粒径
Figure 2012501838
は、本発明によれば、有利に
Figure 2012501838
特に有利に
Figure 2012501838
ならびに、殊に有利に
Figure 2012501838
もしくは
Figure 2012501838
である。
粒径
Figure 2012501838
は、本発明によれば、有利に
Figure 2012501838
特に有利に
Figure 2012501838
殊に有利に
Figure 2012501838
である。
乾燥粉末中での粒径分布を測定するため、ならびにこの粒径分布から得られる粒径、例えばd10、d50およびd90を測定するために、(別記しない限り)それぞれの微粒状粉末は、分散チャンネルを介して乾燥分散装置シンパテック(Sympatec)RODOS(Sympatec GmbH,System−Partikel−Techinik,Am Pulverhaus 1,D−38678 Clausthal−Zellerfeld)中に導入され、そこで圧縮空気で乾燥分散され、およびフリージェット流で測定セル中に吹き込まれる。更に、この測定セル中でISO 13320によりレーザー回折スペクトロメーターMalvern Mastersizer S(Malvern Instruments,Worcestshire WR 14 1AT,United Kingdom)を用いて容積に対する粒径分布が測定される。この場合、測定結果として記載される粒径dxは、全粒子容積のX%が前記直径またはよりいっそう小さい直径を有する粒子からなるように定義されている。即ち、全粒子容積の(100−X)%は、直径dx超を有する粒子からなる。本願明細書中で別記されていない場合には、粒径の測定およびこれから得られるdx、例えば
Figure 2012501838
は、測定の際に使用される(測定中の乾燥粉末の分散の強さを定める)2バール絶対の分散圧力に関連する。
本願明細書中でX線回折図に関連する記載は、Cu−Kα線を使用しながらX線として形成されるX線回折図に関連する(Theta−Theta Bruker D8 Advance回折計、管電圧:40kV、管電流:40mA、V20アパーチャー(可変)、V20コリメーター(可変)、検出アパーチャー(0.1mm)、測定間隔(2Θ=2シータ):0.02°、工程毎の測定時間:2,4秒、検出器:Si半導体検出器)。
X線回折図中の反射の強さの定義は、本願明細書中でドイツ連邦共和国特許出願公開第19835247号明細書中に記載された定義ならびにドイツ連邦共和国特許出願公開第10051419号明細書およびドイツ連邦共和国特許出願公開第10046672号明細書中に記載された定義に関連する。
すなわち、X線回折図の直線において、2θ軸に対して垂直な強度軸に沿って見た場合に、A1が、反射1のピーク位置であり、かつB1が、ピーク位置A1の左側の最も近傍に位置する明白な最小値(反射肩を有する最小値は無視する)であり、かつB2が、相応してピーク位置A1の右側の最も近傍に位置する明白な最小値であり、かつC1が、ピーク位置A1から2θ軸に対して垂直に引かれた直線が点B1とB2とを結ぶ直線と交差する点である場合、反射1の強度は、ピーク位置A1から点C1に延びる直線区間A11の長さである。この場合、最小値という表現は、反射1のベース領域における曲線に対するタンジェントの傾斜勾配が負の値から正の値に移行する点か又は傾斜勾配が零に向かう点を意味し、その際、この傾斜勾配を決定するために、2θ軸および強度軸の座標を考慮する。ドイツ連邦共和国特許出願公開第10046672号明細書中の図6は、強度測定の例示的な実施を示す。X線反射の強度測定のための詳細な記載は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10122027号明細書中にも見出せる。回折線の半価幅についての説明は、本願明細書中で、相応して直線区間の長さに関連し、この直線区間は、直線区間A11の中央に2Θ軸に対して平行線が引かれる場合に2つの区間位置H1とH2との間にもたらされ、この場合H1、H2は、前記平行線と、A1の左側および右側でX線回折図の前記に定義されたような直線とのそれぞれ第1の交差点を意味する。一般に、多重元素酸化物Iの活性材料のX線回折反射の半価幅は、1°以下、ならびに多くの場合に0.5°以下である。
固体の比表面積に対する本願明細書中の全ての記載は、別記しない限り、DIN 66131による測定(ブルナウアー-エメット-テラー(BET)法に従うガス吸着による固体の比表面積の測定)に関連する。
多重元素酸化物Iの成分T=[Mo121 c2 dFee3 f4 g5 hy1中の酸素とは異なる元素の全ての源が水性混合物Mの製造経過中に粉砕度Qを通過しなければならないという本発明による要件は、この多重元素酸化物の直径
Figure 2012501838
が5μm以下であることによって特徴付けられ、この要件は、粗粒状の源(粗粒状出発材料)から出発しうると表現される。しかし、このような源を水性混合物M中に混入する経過中に、この源は、少なくとも1回、要件
Figure 2012501838
が5μmであることを満たす(勿論、
Figure 2012501838
は、常に0μm超である)
この要件
Figure 2012501838
が5μm以下であることは、原則的に1つの源が溶剤流に溶解され(例えば、水性媒体中;この場合、"溶解"の概念は、分子状溶液またはイオン性溶液の範囲内にあることを意味する)、その際に生じる溶液が水性混合物Mの製造に使用される場合に満たされる。これは、源(出発化合物、出発物質)を溶剤中に溶解する際に源が溶剤中に分子状で、またはイオン的に分散されることによって引き起こされる。
即ち、溶液中に存在する、溶解された出発物質(源)の最大の幾何形状単位は、不可欠の"分子状"の寸法を有し、したがって、この寸法は、必要な場合には、5μm未満である。しかし、勿論、同一の溶液中には、成分Tの元素の1つを上廻る源(しかし、この場合には、1つの源は、成分Tの1つの上廻る元素を含有していてもよく、ひいては、同時に1つを上廻る元素のための源であってよい)が溶解していてよく、その際に生じる溶液は、水性混合物Mの製造に使用される。
この要件
Figure 2012501838
が5μm以下であることは、成分Tの元素の1つの源がコロイド溶液の溶剤中に存在する場合も満たされる。
コロイド溶液は、真性(分子状またはイオン性)溶液と懸濁液との間の1つの結合を成す。このコロイド分散系中には、分子または原子の小さな蓄積物が存在するが、しかし、この蓄積物は、裸眼でも顕微鏡でも確認することができない。
コロイド状溶液は、目視的に完全に澄明に現れ(しばしば、着色されているとしても)、それというのも、このコロイド状溶液中に含有されている粒子は、1〜250nm(特に、150nmまで、特に有利に100nmまで)だけの直径を有しているからであり、それ故に、対応するもの
Figure 2012501838
は、必要に応じて5μm以下である。コロイド状に溶解された粒子を常用の濾過によって分離することは、僅かな寸法のために不可能である。しかし、このコロイド状に溶解された粒子は、植物性、動物性または人造の出所(例えば、羊皮、ブタの膀胱またはセロファン)の膜を用いる限外濾過によって"溶剤"と分離されてよい。"目視的に空の"真性(分子状またはイオン性)溶液とは異なり、光線は、転向なしではコロイド状溶液を通過することができない。光線は、コロイド状に溶解された粒子によって散乱され、および転向される。コロイド溶液を安定するように維持し、十分に粒子凝集を回避させるために、前記粒子は、しばしば湿潤溶剤および分散助剤ならびに別の添加剤を添加して含有する。
例えば、元素状珪素は、本発明による方法の場合にシリカゾルの形で水性混合物Mの製造に導入されてよい。シリカゾルは、水中の非晶質二酸化珪素のコロイド溶液である。シリカゾルは、水と同様に可動性であり、沈殿しうる成分を含有しない。このシリカゾルのSiO2含量は、しばしば数年間貯蔵安定性(沈殿なし)で50質量%まで、およびそれ以上であることができる。
この要件
Figure 2012501838
が5μm以下であることは、1つの源が、例えば乾式で前記粒度に微粉砕される(例えば、研磨によって)場合も満たされる。
原則的に、このような粉末は、直接にそれ自体として、密接な水性混合物Mの製造に使用されてよい。しかし、勿論、前記粉末は、液状媒体中に懸濁されてもよく、さらに、前記懸濁液の形で水性混合物Mの製造に使用されてもよい。
本発明によれば、有利に、水性混合物Mの製造に使用される全ての源(出発化合物、出発物質)のための
Figure 2012501838
は、4μm以下または3μm以下、特に有利に2μm以下または1μm以下、殊に有利に0.8μm以下または0.5μm以下である。更に、十分に良好には、水性混合物Mの製造に使用される全ての源(出発化合物、出発物質)のための
Figure 2012501838
は、0.3μm以下または0.2μm以下である。
水性混合物Mの製造の経過中に成分Tの元素の併用される全ての源がコロイド溶液または真性(分子状またはイオン性)溶液の状態を通過するような本発明による方法は、特に好ましい(その際に生じる水性混合物Mは、前記工程で水性混合物MLと呼称される)。
水性混合物Mの製造の経過中に成分Tの珪素とは異なる元素の併用される全ての源が真性(分子状またはイオン性)溶液を通過するような本発明による方法は、殊に好ましい(その際に生じる水性混合物Mは、前記工程で水性混合物ML*と呼称される)。更に、水性混合物Mが元素状珪素の源を含有する場合には、これは、有利に同一のコロイド溶液である(特に有利には、シリカゾルである)。このような水性混合物Mは、本願明細書中で水性混合物ML**と呼称されている。
密接な水性混合物Mは、本願明細書中で、水性混合物Mから微粒状出発材料A2への移行の際にガス状で逃避する物質含量の少なくとも50質量%、有利に少なくとも60質量%、特に有利に少なくとも70質量%、殊に有利に少なくとも80質量%、なお良好に少なくとも90質量%が水蒸気からなるような混合物Mである。前記のガス状で逃避する物質含量は、水と共に、なお化合物、例えばHCl、HNO3、二酸化炭素、アンモニア、アルコール(例えば、メタノール、エタノール、グリコールおよびグリセリン)、ケトン、例えばアセトンまたは別の、水中で標準条件(1atm、25℃)下で可溶性の有機化合物を含有することができる。
望ましい本発明による多重元素酸化材料の成分Tの元素のための供給源として、原理的に既に酸化物である化合物および/または加熱により少なくとも分子状酸素の存在で酸化物に変換可能な化合物がこれに該当する。
このような出発化合物(源)としては、酸化物と共に、なかんずくハロゲン化物、硝酸塩、蟻酸塩、蓚酸塩、クエン酸塩、酢酸塩、炭酸塩、アミン複合体、アンモニウム塩および/または水酸化物(ならびに前記塩の水和物)がこれに該当する。
有利なMo源は、アンモニウムヘプタモリブデン酸塩四水和物である。しかし、原則的には、例えば三酸化モリブデンも使用可能である。本発明による有利なZ1源は、Z1元素の硝酸塩または硝酸塩水和物である。本発明による好ましいZ2源は、Z2元素の水酸化物および硝酸塩またはこれらの水和物である。元素状鉄には、本発明による方法の場合、有利には、硝酸鉄水和物が使用される。
シリカゾルは、本発明による好ましいSi源を形成する。本発明による好ましいランタニドは、Er、Tb、Ho、Eu、Tm、Nd、Lu、Dy、Gd、CeおよびSmである。これらの源としては、特にLaおよびYの場合と同様に相応する硝酸塩水和物が使用される。
多重元素酸化物Iの成分Tの元素の該当する源と共に、それぞれの水性混合物M中には、少なくとも幾何形状成形体Vの熱処理の条件下で幾何形状触媒成形体Kの形成下にガス状に逃出する化合物に崩壊し、および/または分解する(化学的に反応される)物質がなおも混入されてよい。この種の物質は、例えば細孔形成剤として機能することができ、および活性内部表面積を調節する目的のために含まれてもよい。このような(補助)物質としては、例えばNH4OH、(NH42CO3、NH4HCO3、NH4NO3、尿素、NH4CHO2、H2CO3、HNO3、H2SO4、NH4CH3CO2、NH4Cl、HCl、NH4HSO4、(NH42SO4、蓚酸アンモニウム、前記化合物の水和物ならびに有機物質、例えばステアリン酸、マロン酸、前記酸のアンモニウム塩、澱粉(例えば、ジャガイモ澱粉およびトウモロコシ澱粉)、セルロース、粉砕されたクルミ殻、微粒状プラスチック粉(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンから)、等がこれに該当する。
本発明によれば、有利には、微粒状の出発材料A2は、水性混合物M(殊に、水性混合物ML、またはML*、またはML**の場合に)からこの水性混合物Mを噴霧乾燥することによって製造される。即ち、この場合、水性混合物Mは、最初に微粒状小液滴に分配され、引続き乾燥される。本発明によれば、好ましくは、熱風流中での乾燥が行なわれる。しかし、原則的に前記の噴霧乾燥のために別の熱いガスが使用されてもよい(例えば、窒素、または窒素で希釈された空気ならびに他の不活性ガス)。
この場合、噴霧乾燥は、原則的に熱いガスに対して並流ならびに向流で行なうことができる。特に、この噴霧乾燥は、熱いガスに対して小液滴の向流で行なわれる。特に好ましいのは、熱風の向流である。この場合、典型的にはガス侵入温度は、250〜450℃の範囲内、特に270〜370℃の範囲内にある。この場合、典型的なガス侵入温度は、100〜160℃の範囲内にある。
この場合、本発明によれば、有利には、噴霧乾燥は、微粒状出発材料A2に望ましい粒径
Figure 2012501838
が噴霧乾燥の結果として直接に生じ(即ち、生じる噴霧粉末の相応するD90である)、したがって、生じる噴霧粉末が直接に本発明により使用すべき出発材料A2を形成しうるように実施される。
生じる噴霧粉末の粉砕度が望ましい
Figure 2012501838
と比較して小さすぎる場合には、例えばその後の圧縮によって出発材料A2にとって望ましい粉砕度に粗大化されてよい。反対に、噴霧乾燥の際に直接に生じる噴霧粉末は、微粉砕によって必要な場合には出発材料A2にとって望ましい粉砕度に微粉砕されてもよい。
しかし、勿論、密接な水性混合物Mは、最初に常用の蒸発濃縮(特に、減圧下に簡素温度は、一般に150℃を越えるべきではない)によって乾燥され、その際に生じる乾燥材料は、次の微粉砕によって本発明により必要とされる粉砕度
Figure 2012501838
に調節されてもよい。しかし、原則的に水性混合物Mは、本発明による方法の場合に凍結乾燥によって乾燥されてもよい。
1は、本発明による方法の場合、有利には専らCoである。
2は、本発明による方法の場合、有利にK、Csおよび/またはSr、特に有利にKである。
4は、本発明による方法の場合、有利にはSiである。
化学量論的係数bは、有利に0.5〜4または3まで、特に有利に1〜2.5、殊に有利に1.5〜2.5である。
化学量論的係数cは、特に3〜8、特に有利に4〜7、殊に有利に5〜6である。
化学量論的係数dは、有利に0.02〜2、特に有利に0.03〜1または0.05〜0.5である。
化学量論的係数eは、有利に0.1〜4.5、特に0.5〜4、特に有利に1〜4または2〜4である。
化学量論的係数gは、特に0超〜10、特に有利に0.1〜8または0.2〜7、殊に有利に0.3〜6または0.4〜5、最も好ましくは0.5〜3または1〜3である。
化学量論的係数hおよびfは、双方が同時に0であってもよいが、しかし、互いに別々に、0とは異なる値を取ってもよい。有利には、成分Tは、全くBiを含有しない。
即ち、実施例B〜B8および比較例V1〜V6(プロペン部分酸化のための触媒としてのその後の使用を含む)は、さらに不変の条件下で微粒状出発材料A2を使用しながら実施されてもよく、この微粒状出発材料の属する化学量論式I*は、Mo12Co6.0Fe3.0Si1.60.08、またはMo12Co6.5Fe3.0Si1.60.08、またはMo12Co7.0Fe3.0Si1.60.08、またはMo12Co5.0Fe3.0Si1.60.08、またはMo12Co4.5Fe3.0Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe2.5Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe4.0Si1.60.08、またはMo12Co7.0Fe4.0Si1.60.08、またはMo12Co6.0Fe3.5Si1.60.08、またはMo12Co7.0Fe2.0Si1.60.08、またはMo12Co6.0Fe2.5Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Si0.50.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Si30.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Si1.6K0.04、またはMo12Co5.5Fe3.0Si1.60.2、またはMo12Ni3.0Co2.5Fe3.0Si1.60.08、またはMo12Ni3.0Co4Fe3.0Si1.60.08、またはMo12Sb0.2Co4.2Fe1.4Zn0.20.10.06、またはMo12Sb0.2Co4.2Fe1.4Zn0.2b0.90.10.06、またはMo12Ni2.8Co5.2Fe1.80.1、または
Mo12Ni2.8Co5.2Fe1.8Bi1.70.1、またはMo12Co5Fe1Ni30.50.1、またはMo12Co5Fe1Ni30.5Bi10.1、またはMo12Co5.5Fe3.0Bi0.02Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Bi0.05Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Bi0.1Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Bi0.2Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Bi0.5Si1.60.08、またはMo12Co7Fe3.0Bi0.06Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Gd0.05Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.00.05Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Er0.05Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Er0.25Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Sm0.05Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Eu0.05Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Dy0.05Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Yb0.05Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Tb0.05Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Ho0.05Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0Ce0.05Si1.60.08、またはMo12Co5.5Fe3.0La0.05Si1.60.08である。この場合、実施例B4の微粒状出発材料A2〜4中には含まれないが、上記の化学量論式によって含まれる元素は、源としての前記微粒状出発材料の硝酸塩水和物を使用して溶液B中に溶解される。これとは異なり、Wは、パラタングステン酸アンモニウムとして溶液Aに添加される。その際、全ての場合に化学量論的係数aは、0.5または0.7または0.8であってもよい。同時に、全ての前記構成の場合に
Figure 2012501838
であってよい。
微粒状混合酸化物Bi1bxは、自体公知の方法で予め形成させることができる(例えば、欧州特許出願公開第575897号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第3338380号明細書、欧州特許出願公開第835号明細書、WO 02/24620、WO 2007/017431、ドイツ特許出願第102007003778.5号、WO 2005/030393およびドイツ特許出願第102008040093.9号)。
この場合には、一般に、元素Biの少なくとも1つの源および元素Wの少なくとも1つの源(即ち、元素Biを含有する少なくとも1つの出発化合物および元素Wを含有する少なくとも1つの出発化合物)は、水性媒体中で互いに密接に混合され、この水性混合物は、乾燥され、その際に生じる乾燥材料は、400〜900℃の範囲内の温度(特に600〜900℃、特に有利に700〜900℃)でか焼され、その際に生じるか焼物を微粉砕することによって、本発明により必要とされる粒径
Figure 2012501838
が確立され、微粒状出発材料A1が得られる。BiおよびWの源として、原則的に、既に前記元素の酸化物である化合物、または加熱により少なくとも分子状酸素の存在で酸化物に変換可能な化合物がこれに該当する。
特に、ビスマスの水溶性塩、例えばタングステン酸との硝酸塩、炭酸塩、水酸化物および/または酢酸塩(この場合、水中で本質的に不溶性のタングステン酸は、特に微粒状粉末として使用され、この微粒状粉末のd90は、使用技術的に有利に5μm以下または2μm以下、特に0.1〜1μmである)および/またはこれらのアンモニウム塩は、水中で混合され、この水性混合物は、乾燥され(特に、噴霧乾燥され)、引続き乾燥された材料は、前記の記載と同様に熱処理される。
乾燥を噴霧乾燥によって行なった場合には、生じる噴霧粉末は、か焼前に有利に粗大化される(例えば、使用技術的に有利には、水20質量%までを添加しながら混練され、例えば押出機を用いて押出、か焼の目的のために簡単に取り扱うことができる押出品に変え、この押出品は、次に乾燥され、その後にか焼される)。通常、前記熱処理は、空気流中で(例えば、前記の押出品の場合には、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10325487号明細書の記載と同様に回転管炉中で)行なわれる。生じるか焼された混合酸化物を本発明による本質的な粒径
Figure 2012501838
に区分することは、通常、ミル中での微粉砕によってもたらされる。次に、必要に応じて、微粉砕物は、望ましい粉砕度に分級される。
本発明による方法の範囲内で予め形成された好ましい混合酸化物Bi1bxは、Bi12.59(1/2Bi229・1.5WO3)、Bi1310.5(1/2Bi229・2WO3)、Bi1413.5(1/2Bi229・3WO3)、Bi10.53、Bi114.5(1/2Bi229)、Bi127.5(1/2Bi229・1WO3)およびBi11.56(1/2Bi229・1/2WO3)であり、この中でBi127.5は、本発明によれば、特に好ましい(従って、実施例B1〜B8ならびに比較例V1〜V6(プロペン部分酸化のための前記混合酸化物の使用を含めて)は、Bi11.56、またはBi12.59、またはBi1310.5、またはBi1413.5、またはBi10.53、またはBi114.5を使用しながら微粒状Bi127.5の相応する粒径の微粒状出発材料A1として実施されてもよい)。
水性混合物M中への場合と同様に、少なくとも1つのBi源と少なくとも1つのW源との水性混合物中へ、混合酸化物Bi1bxの製造の範囲内で、混合酸化物Bi1bxの形成に使用される熱処理の条件下でガス状で逃出する化合物に崩壊され、および/または分解される(化学的に反応される)物質がなおも混入されてよい。この種の物質は、例えば細孔形成剤として機能することができ、および混合酸化物Bi1bxの活性内部表面積に影響を及ぼす目的のために含まれてもよい。
このような(補助)物質としては、例えばNH4OH、(NH42CO3、NH4HCO3、NH4NO3、尿素、NH4CHO2、H2CO3、HNO3、H2SO4、NH4CH3CO2、NH4HSO4、NH4Cl、HCl、(NH42SO4、蓚酸アンモニウム、前記化合物の水和物ならびに有機物質、例えばステアリン酸、マロン酸、前記酸のアンモニウム塩、澱粉(例えば、ジャガイモ澱粉およびトウモロコシ澱粉)、セルロース、粉砕されたクルミ殻、微粒状プラスチック粉(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンから)、等がこれに該当する。
微粒状出発材料A3を微粒状出発材料A1およびA2から製造する場合、使用技術的に有利ではあるが、必ずしも必要ではない微粒状成形助剤が併用される。
この微粒状出発材料は、既に微粒状出発材料A1およびA2の混合前にこれら微粒状出発材料の双方中に混入されてもよいし、これら双方の微粒状出発材料A1、A2の一方だけに混入されてもよい。
しかし、勿論、微粒状成形助剤は、微粒状出発材料A1と微粒状出発材料A2との微粒状混合物中に混合されてもよいし、ここでのみ(この時点で初めて)前記微粒状混合物中に混合されてもよい。
微粒状成形助剤(殊に、前記元素がZ4を含む場合、d90 5μm超を有する成形助剤が使用され;この成形助剤は、通常、酸素とは異なる、多重元素酸化物Iの別の元素を含有しない)の群には、第1にいわゆる固化防止剤が属する。
これは、混合の範囲内で、例えば出発材料A1内および/または出発材料A2内での粒子の再凝集("同時固化(Zusammenbacken)")を十分に抑制するために、使用技術的に有利に併用される微粒状材料であり、それというのも、このような再凝集は、有効な粒径に影響を及ぼしうるからである。微粒状固化防止剤の本発明による好ましい群は、疎水化された微粒状珪酸、殊に疎水化された微粒状合成珪酸(二酸化珪素)の群である。合成珪酸は、一面で直接に熱分解法により砂から形成されることができ、他面、沈殿反応によって水ガラスから形成されることができる。殊に、合成珪酸は、表面OH基のために親水性であり、即ちこの合成珪酸は、水によって湿潤される。例えば、前記の表面OH基とクロロシランとの反応によって、熱分解法珪酸ならびに沈降珪酸から疎水化された生成物を製造することができる。例えば、疎水化は、ジメチルジクロロシランとの反応によって水蒸気の存在で約400℃で流動床反応器中で行なうことができる(特に、熱分解法珪酸の場合に使用される)。
殊に、沈降珪酸の場合、クロロシランは、沈殿懸濁液に50〜90℃の温度で徹底的な撹拌下に添加される。引続き、濾過、水での中和洗浄、フィルターケークの乾燥および300〜400℃での熱処理が行なわれる。H.Brunner,D.Schutte,Chem.Ing.Techn.89,437(1965)ならびにDT 2435860およびDT 1117245には、疎水化された微粒状珪酸の製造が詳細に記載されている。疎水化された沈降珪酸の市販製品は、例えばSIPERNAT(登録商標)の商品である。
本発明によれば、有利には、微粒状固化防止剤としては、Deugussa社またはEVONIK Industrie社のSipernat(登録商標)D17が併用される。Sipernat(登録商標)D17は、その質量に対して化学的に結合した炭素を約2質量%含有し、水によって湿潤されない。このSipernat(登録商標)D17の振動密度(ISO 787−11による)は、150g/lである。このSipernat(登録商標)D17のd50値は、10μmであり(ISO 13320−1によるレーザー回折)、比表面積(ISO 5794−1による窒素吸着、付属書類D)は、100m2/gである。
有利には、微粒状固化防止剤、例えばSipernat(登録商標)D17は、微粒状出発材料A1中に混入され、その後にこの微粒状出発材料A1は、微粒状出発材料A2と混合され、微粒状出発材料A3に変わる。この場合、一般に、微粒状固化防止剤の添加量は、微粒状出発材料A1の質量に対して0.1〜3質量%である。
また、固化防止剤の添加は、2つの出発材料A1とA2との均一な混合に必要とされるエネルギー入力を減少させ、このことは、殊に混合の際に微粒状出発材料A2の粒径を得るのに有利な結果をもたらす。
幾何形状成形体Vへの微粒状出発材料A3の本発明による成形が本発明により有利に圧縮(圧搾またはコンプレッション)によって行なわれる場合には、微粒状出発材料A3に他の微粒状成形助剤として滑剤、例えば黒鉛、カーボンブラック、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸、ステアリン酸、澱粉、鉱油、植物油、水、三弗化硼素および/または窒化硼素を添加することは、使用技術的に有利である。滑剤を相応する成形の範囲内で併用することは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第102007004961号明細書、WO 2005/030393、米国特許第2005/0131253号明細書、WO 2007/017431、ドイツ連邦共和国特許出願公開第102007005606号明細書およびドイツ特許出願第102008040093.9号中に見出せる。
本発明によれば、好ましくは、もっぱら微粒状黒鉛が滑剤として併用される。有利に添加される黒鉛は、Asbury Graphite Mills,Inc,社、New Jersey 08802,USA、のAsbury 3160およびAsbury 4012ならびにTimcal Ltd.社,6743 Bodio,スイス国、のTimrex(登録商標)である。
有利に、微粒状黒鉛(本発明により適した黒鉛の典型的なd90値は、30〜300μmである)は、第1に微粒状出発材料A1と微粒状出発材料A2との混合物に添加される。しかし、この微粒状黒鉛は、2つの微粒状出発材料A1、A2の混合前にこれら2つの微粒状出発材料A1、A2のそれぞれに(またはこれら2つの微粒状出発材料A1、A2の一方に)混入されてもよい。微粒状出発材料A3は、微粒状出発材料A3の質量に対して例えば微粒状滑剤15質量%までを含有することができる。しかし、多くの場合に微粒状出発材料A3中の滑剤含量は、9質量%以下、たいてい5質量%以下、しばしば4質量%以下であり;これは、殊に微粒状滑剤が黒鉛である場合である。一般に、前記添加量は、0.5質量%以上、多くに場合に2.5質量%以上である。
必要な場合には、微粒状出発材料A3には、他の成形助剤としてなお微粒状強化剤、例えばガラス、アスベスト、炭化珪素またはチタン酸カリウムからなるマイクロ繊維が添加されてよく、このマイクロ繊維は、圧縮による成形が終結した後に、(生じる成形体の)得られた圧縮体の完全性に対して有利な結果をもたらす。
触媒成形体Kを生じる、成形体Vの本発明による熱処理の範囲内で、併用される成形助剤は、生じる触媒成形体K中で維持されたままであってよく、ならびにガス状化合物(例えば、CO、CO2)への熱分解および/または化学分解によって該ガス状化合物から少なくとも部分的にガス状で逃出してもよい。触媒成形体K中に残留する成形助剤は、この成形助剤の触媒反応による使用の範囲内で多重元素酸化物−I−活性材料として本質的に専ら希釈作用を有する。
一般に、(幾何形状触媒前駆体成形体の)成形体Vの望ましい幾何形状への微粒状出発材料A3は、微粒状前駆体混合物に対する外力(圧力)の作用によって圧縮される。この場合使用すべき成形装置、またはこの場合使用すべき成形法は、何らの制限も受けない。
例えば、圧縮成形は、ストランドプレス(Strangpressen)、タブレット化または押出によって行なうことができる。この場合、微粒状出発材料A3は、特に触感乾式的に使用される。しかし、この微粒状出発材料A3は、例えばその添加された物質の全質量が10%になるまで含有されていてよく、この物質は、標準条件(25℃、1atm)下で液状である。また、微粒状出発材料A3は、固体の溶媒和化合物(例えば、水和物)を含有することができ、この固体の溶媒和化合物は、前記のような液状物質を化学的に結合した形および/または物理的に結合した形で有する。しかし、勿論、微粒状出発材料A3は、このような物質を完全に不含であってもよい。
微粒状出発材料A3を圧縮することによる、本発明による好ましい成形法は、タブレット化である。タブレット化の基本は、例えば"Die Tablette",Handbuch der Entwicklung,Herstellung und Qualitaetssicherung,W.A.Ritschel und A.Bauer−Brandl,第2版,Verlag Aulendorf社刊,2002,中に記載されており、完全に相応して本発明によるタブレット化法に適用することができる。
好ましくは、本発明によるタブレット化は、WO 2005/030393、ドイツ連邦共和国特許出願第102008040093.9号、ドイツ連邦共和国特許出願第102008040094.7号およびWO 2007/017431の記載と同様に実施される。
微粒状出発材料A3それ自体を直接に成形体Vの望ましい幾何形状に圧縮する(唯一の圧縮工程で)代わりに、本発明によれば、第1の成形工程として最初に中間圧縮を実施し、微粒状出発材料A3を粗大化する(一般に100〜2000μm、有利に150〜1500μm、特に有利に400〜1250μm、または400〜1000μm、または400または800μmの粒径に)ことは、しばしば有利である。
この場合には、既に中間圧縮の前に、例えば微粒状滑剤(例えば、黒鉛)が添加されていてよい。引続き、粗大化された粉末を基礎にして、最終的な成形が行なわれ、この場合には、必要に応じて先に再び、例えば微粒状滑剤(例えば、黒鉛)ならびに場合によっては他の成形助剤および/または強化助剤が添加されていてよい。
微粒状出発材料A3の圧縮に使用するための成形装置またはこの場合に使用すべき成形法と同様に、生じる成形体Vの努力して得ようとする幾何形状は、本発明による方法の場合には、何らの制限も受けない。即ち、触媒前駆体成形体(成形体K)は、規則的に成形されていてもよいし、不規則的に成形されていてもよく、この場合基礎的に成形された成形体Vは、一般に本発明によれば好ましい。
例えば、成形体Vは、本発明による方法で球の幾何形状を有することができる。この場合、球の直径は、例えば2〜10mm、または4〜8mmであることができる。しかし、(成形体Vの)触媒前駆体成形体の幾何形状は、中実円柱体または中空円筒体(リング状)であることができる。双方の場合に、外径(A)および高さ(H)は、例えば2〜10mm、または2もしくは3〜8mmであってよい。中実円柱体の場合に、外径は、1〜10mmであってもよい。中空円筒(リング)の場合には、一般に壁厚は1〜3mmであることが好ましい。しかし、勿論、触媒前駆体幾何形状としては、WO 02/062737中に開示されかつ推奨されている、全ての幾何形状がこれに該当する。微粒状出発材料A3の圧縮の範囲内で使用される成形圧力は、本発明による方法の場合に一般に50kg/cm2〜5000kg/cm2になる。特に、成形圧力は、200〜3500kg/cm2、特に有利に600〜2500kg/cm2である。
殊に、リング状の成形体Vの場合には、成形圧縮は、本発明による方法の場合にはドイツ連邦共和国特許出願第102008040093.9号、ドイツ連邦共和国特許出願第102008040094.7号およびWO 2005/030393の教示に従って、生じるリング状成形体Vの側面圧縮強さSDが12N≦SD≦25Nであるように実施される。特に、SDは、13N以上および24N以下、または14N以上および22N以下、ならびに殊に有利に15N以上および20N以下である。
この場合、側面圧縮強さの実験による測定は、WO 2005/030393ならびにWO 2007/017431の記載と同様に実施される。勿論、リングに似た成形体Vは、ドイツ連邦共和国特許出願第102008040093.9号に推奨されているように、本発明によれば殊に好ましい。リング状の成形体Vまたはリングに似た成形体Vの前面は、本発明による方法の場合、湾曲していてもよいし、湾曲していなくともよい(殊に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第102007003961号明細書、欧州特許出願公開第184790号明細書およびドイツ連邦共和国特許出願第102008040093.9号)。このような幾何形状成形体Vの高さを算出する場合、このような湾曲は、考慮に入れない。
微粒状出発材料A3を圧縮することによって得られた成形体Vを熱処理することによって製造した、本発明により得られた触媒成形体Kは、非担持触媒(非担持触媒成形体K)と呼称される。
微粒状出発材料A3を圧縮することによって得られる成形体Vの本発明による特に好ましいリング形状は、条件H/A=0.3〜0.7を満たす。特に好ましいのは、H/A=0.4〜0.6である。
更に、比I/A(この場合、Iは、リング形状の内径である)が、0.3〜0.7、特に0.4〜0.7であることは、本発明によれば、前記のリング状成形体Vにとって有利である。
前記のリング形状は、このリング形状が有利なL/A比の一つと有利なI/A比の一つとを同時に有する場合に特に有利である。このような可能な組合せは、例えばH/A=0.3〜0.7およびI/A=0.3〜0.8または0.4〜0.7である。他の選択可能な方法によれば、H/Aは、0.4〜0.6であることができ、同時にI/Aは、0.3〜0.8または0.4〜0.7であることができる。更に、該当するリング形状にとって、Hが2〜6mm、特に2〜4mmであることは、好ましい。更に、リングの場合に、Aが4〜8mm、特に4〜6mmであることは、好ましい。本発明による好ましいリング形状の肉厚は、1〜1,5mmである。
従って、前記のリング状成形体Vの可能なリング形状は、(A×H×I)5mm×2mm×2mm、または5mm×3mm×2mm、×5mm×3mm×3mm、または5,5mm×3mm×3,5mm、または6mm×3mm×4mm、または6.5mm×3mm×4,5mm、または7mm×3mm×5mm、または7mm×7mm×3mm、または7mm×7mm×4mmである。
本発明による成形体V(殊に、リング状成形体V;引続く全てのことは、殊に熱処理にも当てはまる)を熱処理し、幾何形状触媒成形体Kを得ることは、本発明による方法の範囲内で一般に350℃を上廻る温度(それによって、本願明細書中で、温度は、か焼材料内での温度を意味する)で行なわれる。しかし、通常では、前記熱処理の範囲内でこの温度は650℃を上廻らない。本発明によれば、前記熱処理の範囲内で、600℃の温度、有利に550℃の温度、特に有利に500℃の温度を上廻らないのが有利である。
更に、成形体Vの熱処理の範囲内で、温度は、特に380℃を上廻らず、有利に温度は、400℃を上廻らず、特に有利に温度は、420℃を上廻らず、殊に有利に温度は、440℃を上廻らない。この場合、前記熱処理は時間的な経過において複数の区間に区分されていてもよい。例えば、最初に150〜350℃、有利に220〜280℃の温度での熱処理(段階1)を実施することができ、引続き400〜600℃、有利に430〜550℃の温度での熱処理(段階2)を実施することができる。
通常では、成形体Vの前記熱処理は数時間(多くの場合には5時間よりも長く)行なう必要がある。しばしば、熱処理の全時間は、10時間を超えて延長される。多くの場合には、成形体Vの熱処理の範囲内で処理時間は、45時間または25時間を上廻らない。しばしば、全処理時間は、20時間を下廻る。原則的に、熱処理は、よりいっそう高い温度でよりいっそう短い処理時間に亘って実施されることができるかまたは高すぎない温度でよりいっそう長い処理時間中で実施されることができる。成形体Vの熱処理の本発明による好ましい実施態様において、465℃を上廻らず、440℃以上の温度窓での処理時間は、10時間超ないし20時間に及ぶ。成形体Vの熱処理のもう1つの本発明による好ましい実施態様(これは、本発明による目的にとって好ましい)において、465℃(しかし、500℃ではない)を上廻らず、465℃以上の温度窓中での処理時間は、2〜10時間に延長される。
即ち、全ての実施例B1〜B8中ならびに全ての比較例V1〜V6中の最終か焼は、さらに不変の条件(プロペン部分酸化のための触媒としての引続く使用を含めて)下で450、または452,または454、または456、または458、または460、または462、または464、または466、または468、または470、または472、または474、または476、または478、または480、または485、または490、または495、または500、または505、または510℃の最終温度で実施されてもよい。
しかし、全ての実施例B1〜B8中ならびに全ての比較例V1〜V6中(プロペン部分酸化のための触媒としての引続く使用を含めて)の最終か焼は、さらに不変の条件下で9、または8、または7、または6、または5、または4、または3、または2、または1時間に短縮された最終か焼時間中にそれぞれ2、または4、または6、または8、または10、または12、または14、または16、または20℃だけ高められた最終か焼温度で実施されてもよい。
成形体Vの熱処理(段階1とも呼称される(分解段階とも呼称される))は、不活性ガス中でも、酸化雰囲気、例えば空気(不活性ガスと酸素とからなる別の混合物)中でも、還元雰囲気(例えば不活性ガス、NH3、COおよび/またはH2、またはメタン、アクロレイン、メタクロレインからなる混合物)中でも行なうことができる。もちろん、前記熱処理は真空中で実施することもできる。また、か焼雰囲気は、か焼時間に亘って可変に形成されていてよい。本発明によれば、有利には、成形体Vの熱処理は、酸化雰囲気中で行なわれる。使用技術的に有利には、この酸化雰囲気は、主に固定空気または移動空気からなる。
原理的に、成形体Vの熱処理は、多種多様なタイプの炉中、例えば加熱可能な循環空気室(循環空気炉)、トレー式炉、回転管炉、ベルト式焼成装置または縦型炉中で実施することができる。本発明によれば、成形体Vの熱処理は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10046957号明細書およびWO 02/24620に推奨されているようにベルト式焼成装置中で行なうのが有利である。この場合、か焼材料内でのホットスポット形成は、ベンチレーターを用いてか焼材料を支持するガス透過性搬送ベルトにより、か焼雰囲気の高められた容積流がか焼材料を通して搬送されることによって十分に回避される。
350℃未満での成形体Vの熱処理は、一般に、成形体V中に含有されている、触媒成形体Kの努力して得ようとする多重元素酸化物−I−活性材料の元素(元素状成分)の源ならびに場合によっては併用される成形助剤を熱分解することの目的を達成しようと努力するものである。しばしば、この分解段階は、か焼材料の加熱の範囲内で350℃以上の温度で行なわれる。
原則的に熱処理は、米国特許第2005/0131253号明細書の記載と同様に行なうことができる。
典型的には、前記したように本発明により得られるリング状の非担持触媒成形体Kの側面圧縮強さは、5〜13N、しばしば8〜11Nである。
本発明により製造された非担持触媒成形体Kは、それ自体必要に応じて、3〜6個のC原子を有するアルカン、アルカノール、アルケンおよび/またはアルケナールの不均一系触媒による部分的な気相酸化の触媒として使用される必要はない。むしろ、この非担持触媒成形体Kは、微粉砕に掛けられてもよく、その際に生じる微粒状材料(場合によってはその際に生じる微粒状材料の分級後に)は、適当な液状結合剤(例えば、水)を用いて適した、例えば球状またはリング状の担体(幾何形状担体成形体)の表面上にもたらされる(例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第2909671号明細書ならびにドイツ連邦共和国特許出願公開第10051419号明細書中に開示された方法原理を使用して)。乾燥後、または担体上への活性材料外殻の塗布直後、生じる外殻触媒は、前記の不均一系触媒による部分的な気相酸化のための触媒として使用されてよく、例えばWO 02/49757およびドイツ連邦共和国特許出願公開第10122027号明細書には、類似した活性材料が記載されている。
前記の処理形式で、担体材料としては、常用の多孔質または無孔質の酸化アルミニウム、二酸化珪素、二酸化ジルコニウム、炭化珪素または珪酸塩、例えば珪酸マグネシウムもしくは珪酸アルミニウムが使用されてよい。この担体は、規則的または不規則的に成形されていてよく、この場合には、明らかに形成された表面粗さを有する、規則的に成形された担体(例えば、既に述べた球またはリング)が好ましい。特に有利には、本質的に非極性の表面粗さを有する、ステアタイトからなるリングを使用することであり、この管の最長寸法(担体成形体の表面上の存在する2つの点を結合する最長の直線)は、典型的には2〜12mm、しばしば4〜10mmである(ドイツ連邦共和国特許出願公開第4442346号明細書も参照のこと)。前記の最長寸法は、他の担体成形体、例えば球、中実円柱体および他のリングがこれに該当する。
担体成形体上に施こされた活性材料外殻(粉末材料)の層厚は、有利に10〜1000μmの範囲内、有利に100〜700μmの範囲内、特に有利に300〜500μmの範囲内から選択される。また、可能な外殻厚さは、10〜500μmまたは200〜300μmである。特に、担体成形体の表面粗さRzは、40〜200μmの範囲内、大抵は40〜100μmの範囲内である(DIN4768 1頁により、Fa.Hommelwerke社(ドイツ国)の「DIN−ISO表面測定値用Hommel型試験器」(Hommel Tester fuer DIN−ISO Oberflaechenmessgroessen)を用いて測定した)。担体材料は、無孔質であることが適切である(担体の容積に対する細孔の全容積は、1容積%以下である)。
原則的に、成形体Vへの微粒状出発材料A3の成形(圧縮)は、微粒状出発材料A3を適当な液状結合剤を用いて前記の幾何形状担体成形体の表面上に施こすことによって行なうこともできる。乾燥後、その際に生じる前駆体成形体Vは、本発明による方法で熱処理されることができ、本発明による外殻触媒成形体Kを得ることができる。
また、本発明により製造された非担持触媒成形体Vを微粉砕することによって製造された活性材料粉末それ自体は、渦動床または流動床中で本願明細書中で取り扱われた不均一系触媒による部分的な気相酸化のために使用されることができる。
本発明による製造法にとって、微粒状出発材料A2に対して
Figure 2012501838
が満たされることは、有利であることが証明された。
更に、本発明による製造法にとって、値F、生成物(この場合、
Figure 2012501838
は、再び長さ単位μmで記載される)の値F*に対する本発明による条件に加えて、
Figure 2012501838
が、条件F*15以上(特に18以上)、特に有利に25≧F*≧18を満たすことは、好ましい。
更に、微粒状出発材料A2の粒径
Figure 2012501838
と微粒状出発材料A2の粒径
Figure 2012501838
との比、即ち
Figure 2012501838
(同じ長さ単位で記載した)が5〜20の範囲内、特に10〜15の範囲内であることは、本発明によれば、有利であることが証明された。
本発明により得られた触媒成形体Kは、全ての不均一系触媒による部分的な気相酸化のための触媒として適しており、この気相酸化のために本願明細書中には既に幾何形状担体成形体K*は適していることが述べられている。しかし、本発明により得られる幾何形状触媒成形体Kは、プロペンからアクロレインへの部分酸化およびイソブテンおよび/または第三ブタノールからメタクロレインへの部分酸化のための触媒として特に好適である。これは、殊に本発明によるリング状非担持触媒成形体Kに言えることである。この場合、部分酸化は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第102007004961号明細書、WO 02/49757、WO 02/24620、ドイツ連邦共和国特許出願第102008040093.9号、WO 2005/030393、欧州特許出願公開第575897号明細書、WO 2007/082827、WO 2005/113127、WO 2005/047224、WO 2005/042459およびWO 2007/017431の記載と同様に実施されてよい。
この場合、本願明細書中で、本発明により得られたリング状非担持触媒の個別に強調されたリング形状は、反応ガス出発混合物中に含まれるプロペン、イソ−ブテンおよび/または第三ブタノール(もしくはそのメチルエーテル)での触媒充填物の負荷量が130Nl/l以上 触媒充填物・h(純粋に不活性材料からなる前方および/または後方の充填物は、負荷観察の際に本願明細書中で触媒充填物に属するとは見なされない)であることは、有利であることが判明した。
しかし、本発明により得られた、リング状の非担持成形触媒Kの有利な特性("僅かな不活性化率")は、触媒充填物の前記の負荷が140Nl/l・h以上、または150Nl/l・h以上、または160Nl/l・h以上である場合に存在する。通常の場合には、触媒充填物の前記負荷量は、600Nl/l・h以下、しばしば500Nl/l・h以下、しばしば400Nl/l・h以下または350Nl/l・h以下である。160Nl/l・h〜300もしくは250または200Nl/l・hの範囲内の負荷量は、特に有利である。
勿論、本発明により得られたリング状の非担持触媒成形体Kは、プロペンからアクロレインへの、もしくはイソ−ブテンおよび/または第三ブタノール(もしくはそのメチルエーテル)からメタクロレインへの部分酸化のための触媒として、部分酸化されるべき出発化合物での130Nl/l・h以下、または120Nl/l・h以下、または110Nl/l・h以下の触媒充填物を負荷した場合でも運転されることができる。しかし、一般に、この負荷量は、60Nl/l・h以上、または70Nl/l・h以上、または80Nl/l・h以上の値である。
原理的に、部分酸化されるべき出発化合物(プロペン、イソ−ブテンおよび/または第三ブタノール(もしくはそのメチルエーテル))との触媒充填物の負荷量は、2つの調節ねじによって調節することができる:
a)反応ガス出発混合物(触媒固定床に供給される反応ガス混合物)との触媒充填物の負荷量、および/または
b)部分酸化されるべき出発化合物との反応ガス出発混合物の含量。
本発明により得られたリング状の非担持触媒成形体Kは、部分酸化されるべき有機化合物での130Nl/l・hを上廻る触媒充填物の負荷量の際に、前記の負荷量調節を特に前記の調節ねじa)によって行う場合が殊に適している。
反応ガス出発混合物中のプロペン割合(イソ−ブテン割合もしくは第三ブタノール割合(もしくはそのメチルエーテル割合)は、一般に(即ち、負荷量にほとんど依存せずに)、4〜20体積%、しばしば5〜15体積%、または5〜12体積%、または5〜8体積%である(それぞれ反応ガス出発混合物の全体積に対して)。
しばしば、本発明により得られたリング状の非担持触媒成形体K(または他の幾何形状触媒成形体K)を用いる接触部分酸化(負荷量にほとんど依存しない)の気相部分酸化法は、反応ガス出発混合物中での部分酸化されるべき(有機)化合物(例えばプロペン):酸素:無関係なガス(水蒸気を含む)の体積比1:(1.0〜3.0):(5〜25)、有利に1:(1.5〜2.3):(10〜15)で実施される。
この場合、無関係なガス(または不活性ガス)とは、部分酸化の経過中に少なくとも95mol%、有利に少なくとも98mol%までが化学的に変化しないままガスであると解釈される。
前記の反応ガス出発混合物において、無関係なガスは、20体積%以上、または30体積%以上、または40体積%以上、または50体積%以上、または60体積%以上、または70体積%以上、または80体積%以上、または90体積%以上、または95体積%以上が分子状窒素からなることができる。
しかし、部分酸化されるべき有機化合物150Nl/l・h以上での触媒充填物の負荷量の際に、反応ガス出発混合物に対して不活性の希釈ガス、例えばプロパン、エタン、メタン、ペンタン、ブタン、CO2、CO、水蒸気および/または希ガスを併用することも推奨される。一般に、この不活性ガスおよびこれらの混合物は、既に、部分酸化されるべき有機化合物での触媒充填物のよりわずかな負荷量の際に使用されてもよい。循環ガスを希釈ガスとして併用することもできる。循環ガスとは、部分酸化の生成物ガス混合物から目的化合物をほとんど選択的に分離した際に残留する残留ガスであると解釈される。この場合、本発明により得られた、例えばリング状の触媒成形体Kを用いたアクロレインまたはメタクロレインへの部分酸化は、本来の目的化合物としてのアクリル酸またはメタクリル酸への二段階の部分酸化の第1段階だけであってよく、したがって、前記循環ガス形成は、大抵は第2段階の後で初めて行われることを考慮しなければならない。このような二段階の部分酸化の範囲内で、一般に、第1段階の生成物ガス混合物は、それ自体で、場合により冷却および/または二次酸素添加の後に第2の部分酸化段階に供給される。
本発明により得られた、例えばリング状の触媒成形体Kを使用するプロペンからアクロレインへの部分酸化の際に、反応ガス出発混合物(選択された負荷量に依存しない)の典型的な組成は、例えば次の成分を含有することができる:
プロペン 6〜6.5体積%、
2O 1〜3.5体積%、
CO 0.2〜0.5体積%、
CO2 0.6〜1.2体積%、
アクロレイン 0.015〜0.04体積%、
2 10.4〜11.3体積%、および
残りの量として100体積%まで分子状窒素;
または:
プロペン 5.6体積%、
酸素 10.2体積%、
COx 1.2体積%、
2 81.3体積%および
2O 1.4体積%。
最初の組成は、殊に触媒固定床に対して130Nl/l・h以上のプロペン負荷量の際に適しており、最後の組成は、殊に触媒固定床に対して130Nl/l・h未満、殊に100Nl/l・h以下のプロペン負荷量の際に適している。
反応ガス出発混合物の他の選択可能な組成として、(選択された負荷量とは無関係に)次の成分含量を有するものがこれに該当する:
プロペン 4〜25体積%、
プロパン 6〜70体積%、
2O 5〜60体積%、
2 8〜65体積%および
2 0.3〜20体積%;
または
プロペン 4〜25体積%、
プロパン 6〜70体積%、
2O 0〜60体積%、
2 8〜16体積%、
2 0〜20体積%、
CO 0〜0.5体積%、
CO2 0〜1.2体積%、
アクロレイン 0〜0.04体積%、および
残りの量として100体積%まで本質的にN2
または
プロパン 50〜80体積%、
プロペン 0.1〜20体積%、
2 0〜10体積%、
2 0〜20体積%、
2O 5〜15体積%、および
酸素含量とプロペン含量とのモル比が1.5〜2.5である十分な量の分子状酸素、
または
プロペン 6〜9体積%、
分子状酸素 8〜18体積%、
プロパン 6〜30体積%、および
分子状窒素 32〜72体積%。
しかし、この反応ガス出発混合物は、次のような組成を有することもできる:
プロペン 4〜15体積%、
水 1.5〜30体積%(しばしば6〜15体積%)、
プロペン、水、酸素および窒素とは異なる成分 0以上〜10体積%(特に、0以上〜5体積%)、
含有された分子状酸素と含有された分子状プロパンとのモル比が1.5〜2.5であるような分子状酸素、および残りの量として全体量に対して100体積%までが分子状窒素である。
他の可能な反応ガス出発混合物の組成は、次のものを含有することができる:
プロペン 6.0体積%、
空気 60体積%および
2O 34体積%。
他の選択可能な方法によれば、欧州特許出願公開第990636号明細書の実施例1によるかまたは欧州特許出願公開第990636号明細書の実施例2によるかまたは欧州特許出願公開第1106598号明細書の実施例3によるかまたは欧州特許出願公開第1106598号明細書の実施例26によるかまたは欧州特許出願公開第1106598号明細書の実施例53による組成の反応ガス出発混合物が使用されてもよい。
また、本発明により得られる、例えばリング状の触媒成形体Kは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10246119号明細書もしくはドイツ連邦共和国特許出願公開第10245585号明細書の方法のために適している。
更に、本発明による適した反応ガス出発混合物は、次の組成パターンであることができる:
プロペン 7〜11体積%、
水 6〜12体積%、
プロペン、水、酸素および窒素とは異なる成分 0以上〜5体積%、
含有された分子状酸素と含有された分子状プロペンとのモル比が1.6〜2.2である、十分な量の分子状酸素、および残りの量として全体量に対して100体積%までが分子状窒素である。
目的化合物としてメタクロレインの場合には、反応ガス出発混合物が特にドイツ連邦共和国特許出願公開第4407020号明細書に記載されたような組成であることができる。
プロペン部分酸化のための反応温度は、本発明により得られた、例えばリング状の触媒成形体Kを使用する際にしばしば300〜380℃である。同様のことは、目的化合物としてメタクロレインの場合にも当てはまる。
反応圧力は、前記の部分酸化に対して一般に0.5もしくは1.5〜3もしくは4バールである(本願明細書中で別記しない限り、常に絶対圧力を意味する)。
反応ガス出発混合物での触媒充填物の全負荷量は、前記の部分酸化の場合に典型的には1000〜10000Nl/l・h、大抵は1500〜5000Nl/l・h、しばしば2000〜4000Nl/l・hである。
反応ガス出発混合物中で使用されるべきプロペンとして、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第10232748号明細書に記載されたように、特にポリマーグレードのプロペンおよび化学グレードのプロペンがこれに該当する。
酸素源として、通常では空気が使用される。
本発明により得られた、例えばリング状の触媒成形体Kの使用における部分酸化は、最も簡単な場合に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第4431957号明細書、欧州特許出願公開第700714号明細書および欧州特許出願公開第700893号明細書に記載されたような、例えば一帯域−多重触媒管−固定床反応器中で実施させることができる。
通常は前記管束型反応器中で、前記触媒管はフェライト系の鋼から完成されており、かつ典型的には1〜3mmの肉厚を有する。この触媒管の内径は、一般に20〜30mm、しばしば22〜26mmである。典型的な触媒管の長さは、例えば3.20mである。使用技術的に有利には、管束容器中に取り付けられた触媒管の数は、少なくとも1000、特に少なくとも5000に達する。しばしば、反応容器中に取り付けられた触媒管の数は、15000〜35000である。40000を上廻る数の触媒管を有する管束型反応器は、むしろ除外される。前記容器内に、前記触媒管は、通常では均一に分布して配置されていて、その際、前記の分布は有利に、互いに隣り合う触媒管の中心の内軸の間隔(いわゆる接触管分布)が35〜45mmである(欧州特許第468290号明細書参照)ように選択される。
しかしながら、この部分酸化は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19910506号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10313213号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10313208号明細書および欧州特許出願公開第1106598号明細書に記載されているような、特に部分酸化されるべき有機化合物との触媒充填物の高めた負荷量の際に推奨される多帯域(例えば二帯域)−多重触媒管−固定床反応器中でも実施することができる。二帯域−多重触媒管−固定床反応器の場合の典型的な触媒管の長さは、3.50mである。他の全ての点は、本質的に単独帯域−多重触媒管型−固定床反応器の記載にも言えることである。触媒充填物が内部に存在する触媒管の周囲には、各温度区域において熱交換媒体が案内される。それ自体、例えば塩、例えば硝酸カリウム、亜硝酸カリウム、亜硝酸ナトリウムおよび/または硝酸ナトリウム、または低融点の金属、例えばナトリウム、水銀ならびに種々の金属の合金の融液が適している。それぞれの熱処理帯域内での熱交換媒体の流速は、一般に、前記熱処理帯域中への入口個所の熱交換媒体の温度が、前記熱処理帯域から出口個所までに0〜15℃、しばしば1〜10℃、または2〜8℃、または3〜6℃上昇するように選択される。
それぞれの熱処理帯域に関して考慮すると、反応ガス混合物に対して並流または向流で案内することができる前記熱交換媒体の入口温度は、有利に、刊行物欧州特許出願公開第1106598号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19948523号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19948248号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10313209号明細書、欧州特許出願公開第700714号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10313208号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10313213号明細書、WO 00/53557、WO 00/53558、WO 01/36364、WO 00/53557ならびに前記刊行物に先行技術として引用された他の刊行物に推奨されているような温度が選択される。前記熱処理帯域内で、前記熱交換媒体は有利に蛇行するように案内される。一般に、多重触媒管−固定床反応器は、付加的に触媒床中のガス温度を測定するための温度管を備えている。有利に、前記温度管の内径および熱電素子用の内側の収納管の直径は、反応熱を生じる体積と熱を導出する表面との比が温度管および作業管において同じになるように選択されるかまたは僅かにのみ異なるように選択される。
圧力損失は、作業管および温度管で同じGHSVに対して等しいのが有利である。温度管の場合の圧力損失の等化は、破砕した触媒を触媒成形体に添加することにより行うことができる。この等化は、有利に全体の温度管の長さにわたって均質に行なわれる。
触媒充填物を触媒管中に準備するために、既述したように、本発明により得られた、例えばリング状の触媒成形体Kだけが使用されてよいか、または例えば本発明により得られた、例えばリング状の触媒成形体Kと活性材料を有しない、不均一系触媒による部分的な気相酸化に関連して本質的に不活性の挙動を有する成形体とからなる十分に均一な混合物が使用されてもよい。このような不活性な成形体の材料として、例えば多孔質または無孔質の酸化アルミニウム、二酸化珪素、二酸化ジルコニウム、炭化珪素、珪酸塩、例えば珪酸マグネシウムまたは珪酸アルミニウムおよび/またはステアタイト(例えば、CeramTec(DE)社のタイプC220)がこれに該当する。
このような不活性な希釈成形体の形状は、原理的に任意であることができる。即ち、この形状は、例えば球、多辺形、円柱または例えばリング状の触媒成形体Kと同様にリングであることができる。しばしば、不活性な希釈成形体として、希釈すべき触媒成形体Kの形状に相応する形状が選択される。しかし、触媒充填物に沿って、触媒成形体Kの形状は、変化されてもよいし、または異なる形状の触媒成形体Kは、十分に均一な混合物中で使用されてもよい。あまり有利でない方法の場合には、前記触媒成形体Kの活性材料は、触媒充填物に沿って変化させることもできる。
全く一般的に、既述したように、触媒充填物は、有利に体積比活性(即ち、体積の単位に関して標準化された活性)を反応ガス混合物の流動方向に向かって一定に保持するか又は(連続的に、急激にまたは段階的に)増大するように構成される。
体積比活性の低下は、簡単な方法で、例えば、本発明により均一に製造された、例えばリング状の触媒成形体Kの基本量を不活性の希釈成形体で均一に希釈することにより達成することができる。希釈成形体の割合は高ければ高い程、一定の体積の充填物中に含有されている活性材料または触媒活性は、ますます僅かになる。しかし、1つの減少は、反応管内部容積のユニット中に含有されている活性材料の量が少なくなるように、本発明により得られる触媒成形体Kの形状が変化することによって達成されてもよい。
本発明により得られたリング状の非担持触媒成形体Kを用いた不均一系触媒による気相部分酸化のために、触媒充填物は、有利に全体の長さに関して均一に1種だけのリング状の非担持成形触媒Kで構成されているか又は次のように構成されている。反応器の入口には、触媒充填物の全長のそれぞれ10〜60%、有利に10〜50%、特に有利に20〜40%、殊に有利に25〜35%の長さ(即ち、例えば0.70〜1.50m、有利に0.90〜1.20mの長さ)で、本発明により得られたリング状の非担持触媒成形体Kと不活性の希釈成形体とからなるほぼ均一な混合物(この場合、これら双方は、有利にほぼ同じ形状を有する)が置かれ、その際、希釈成形体の質量割合(触媒成形体Kと希釈成形体との質量密度は一般にわずかに異なるだけである)は、通常、5〜40質量%、または10〜40質量%、または20〜40質量%、または25〜35質量%である。この第1の充填物区間に引き続き、さらに有利には、触媒充填物の長さの終端まで(即ち、例えば1.00〜3.00mまたは1.00〜2.70mの長さまで、有利に1.40〜3.00m、または2.00〜3.00m)、(第1の区間よりも)わずかな程度でだけ希釈された本発明により得られたリング状の非担持触媒成形体Kの充填物または特に有利に第1の区間において使用されたものと同じリング状の非担持触媒成形体Kだけの(希釈されていない)充填物が存在する。もちろん、全体の充填物に亘り一定の希釈を選択することもできる。また、第1の区間において、その所要空間に対してわずかな活性材料密度の本発明により得られたリング状の非担持触媒成形体Kだけで充填し、かつ第2の区間において、その所要空間に対してより高い活性材料密度を有する本発明により得られたリング状の非担持触媒成形体Kで充填することができる(例えば、第1の区間中では6.5mm×3mm×4.5mm[A×H×I]、および第2の区間中では5×2×2mm)。
全体で、触媒として本発明により得られた、例えばリング状の触媒成形体Kを用いて実施されるアクロレインまたはメタクロレインの製造のための部分酸化において、触媒充填物、反応ガス出発混合物、負荷量および反応温度は、一般に、反応ガス出発混合物が前記触媒充填物を1回通過する際に、部分酸化されるべき有機化合物(プロペン、イソ−ブテン、第三ブタノールもしくはそのメチルエーテル)の変換率が少なくとも90mol%、または少なくとも92mol%、有利に少なくとも95mol%であるように選択される。この場合、アクロレイン形成もしくはメタクロレイン形成の選択率は、規則的に80モル%以上もしくは85モル%以上になる。勿論、この場合ホットスポット温度ができる限り低くなるように努められる。
最終的に、本発明により得られたリング状の非担持触媒成形体Kは、反応器充填物において有利な破壊挙動を有していることも確認される。
新しい、本発明により得られた、幾何形状触媒成形体Kを含む触媒充填物(触媒固定床)の運転は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第10337788号明細書の記載と同様に開始されることができる。
一般に、目的生成物形成の活性および選択性は、初めは前記触媒充填物の運転時間と共に上昇し、その後に老化に関連して、これら活性および選択性の減少が起こる。この形成は、ほとんど変化しない変換率で反応ガス出発混合物での触媒充填物の高めた負荷量で実施しかつ十分に完全に調整が行なわれた後に前記負荷量をその目標値に戻すことにより促進させることができる。
その他の点では、本発明により得られた幾何形状触媒成形体Kは、全く一般的に、3〜6個(即ち、3、4、5または6個)のC原子を有するアルカン(殊に、プロパン)、アルカノール、アルカナール、アルケンおよびアルケナールを、例えばオレフィン系不飽和アルデヒドおよび/またはカルボン酸、ならびに相応するニトリルへ気相接触部分酸化する(特にプロペンからアクリルニトリルへ、および2−メチルプロパンもしくは第三ブタノール(もしくはそのメチルエーテル)からメタクリルニトリルへのアンモ酸化の)ための、ならびに前記の3、4、5または6個のC原子を有する有機化合物の気相接触酸化脱水素のための僅かな不活性化率を有する触媒として適している。
顕著な発熱的な不均一系触媒による気相部分酸化を反応管中に存在する触媒固定床上で実施する場合には、この触媒固定床は、外側から液状熱媒体(例えば、塩融液)を用いて冷却され、こうして反応ガス混合物(ひいては、触媒固定床)の温度は、反応ガスの流動方向に、反応ガス混合物の流れ方向に対して熱媒体の具体的な流動案内とはほとんど無関係に、いわゆるホットスポット温度と呼称される温度最大をしばしば通過する(例えば、Ullmann’s Encyclpedia of Industrial Chemistry,VCH,第5版,第B4卷,1992、第221頁参照)。
ホットスポット温度の大きさを最小化するために、多くの場合に反応管中に存在する触媒固定床の活性構造化は、反応ガス混合物の流動方向に触媒固定床の全長Lに対して(純粋な不活性材料区間は触媒固定床に所属するとは考慮されていない)ホットスポット領域が全長Lの第1の四分の一の位置にほぼ存在し、したがって、触媒固定床の前記の長さ範囲(長さ区間)は本願明細書中で"ホットスポット帯域"と呼称され、一方で、反応ガス混合物の流動方向での触媒固定床の残りの全ての長さ範囲(3/4・L)は、"主要帯域"と呼称される。一般に、ホットスポット帯域中に存在する幾何形状触媒成形体Kの不活性化は、主要帯域中に存在する同様の幾何形状触媒成形体Kの不活性化よりも急速に進行する。しかし、触媒固定床の収容のために管束反応器の代わりに熱板反応器が使用されてよい(例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第10361456号明細書参照)。
更に、既に開示された研究結果(例えば、既に引用された公知技術水準ならびに以下の科学的刊行物:
Figure 2012501838
)を、前記刊行物中に記載された実施例および比較例の結果ならびに本願明細書中に記載された実施例および比較例を超える、本出願人の実験研究の結果と組み合わせることは、次の説明を可能にする:
1.成形体Vを得るために使用される、成形体Vの熱処理の終結後にエネルギー分散型X線分析(EDX)と組み合わせた走査電子顕微鏡(SEM)を用いての幾何形状触媒成形体K*の試験は、それぞれ予め形成された微粒状出発材料A1の粒子が生じる触媒成形体K*中で明らかに不変のままであることを示す。
2.幾何形状触媒成形体K*ならびに同様にではあるが微粒状出発材料A1の併用なしに製造された比較成形体K*vの試験は、触媒成形体K*の活性材料中の割合Tならびに比較成形体K*v中で形成された多重元素酸化物材料が本質的に結晶相からなり、この場合には、前記結晶相の種類に関連して、ならびに前記結晶相の量分布(質量、それぞれ全質量に対して)に関連して全く差異が存在しない。出発材料A1、A2の粒径は、殆ど問題にならない程度に前記の結晶相の形成に影響を及ぼす。
3.それらの製造がそれぞれの割合Tの本質的に同一の化学量論式の場合ならびにそれぞれの出発材料A1の本質的に同一の化学量論式および僅かにのみ互いに異なる化学量論的係数aの場合に特に粒径
Figure 2012501838
の互いに異なる値によって区別される、本発明により製造された幾何形状触媒成形体Kと本発明によらないで製造された幾何形状触媒成形体K*とを、プロペンからアクロレインへの不均一系触媒による気相部分酸化のための触媒として使用する場合、長時間の運転で双方は、それぞれ知覚可能なMoの損失から見て、それぞれの多重元素酸化物材料Iの本質的に不変な経験による化学量論的割合を示すが、しかし、比較可能な出発活性の場合には互いに著しく異なる不活性化率を示す。詳細な試験は、同じ不活性化率になるまで受けるそれぞれのMo損失が互いに明らかに区別されるが、しかし、それぞれこの不活性化率になるまで必要とされる、部分酸化の運転時間で十分に補正される。従って、当該専門文献にしばしば報告されている、Moのブリージングは、基本的な不活性化機構を構成するものではない。
4.未使用の幾何形状触媒成形体KおよびK*の多重元素酸化物−I−活性材料中で同定された結晶相の隔離された形成およびプロペンからアクロレインへの不均一系触媒による気相部分酸化のための活性材料としての前記結晶相のそれぞれの隔離された使用の場合には、生じる活性ならびにアクロレイン形成の選択性は、幾何形状触媒成形体KまたはK*の活性ならびに前記選択性をはるかに下廻る。定性的な同一の結果は、比較成形体K*v("2"参照)をプロペンからアクロレインへの不均一系触媒による気相部分酸化のための触媒として使用した際に生じる。
5.幾何形状触媒成形体K*またはKを用いて促進される、プロペンからアクロレインへの気相部分酸化の長時間運転において、触媒成形体の多重元素酸化物−I−活性材料中で数時間に亘って新しい結晶相が形成され、この新しい結晶相は、新たに製造された、未使用の触媒成形体K*またはK中で検出不可能であり、化学量論式Bi2Mo312を有する。
6.前記項目"5"により長時間運転で存在する触媒固定床の不活性化率は、結晶性Bi2Mo312の形成速度で補正される。
7.結晶性Bi2Mo312の隔離された製造およびプロペンからアクロレインへの不均一系触媒による気相部分酸化のための活性材料としての前記結晶性Bi2Mo312の使用の場合、生じる活性は、幾何形状触媒成形体KまたはK*の活性をはるかに下廻る。しかし、アクロレイン形成の生じる選択性は、幾何形状触媒成形体KまたはK*を使用する際に生じる選択性と同様である。
総括的に言えば、前記の説明は、次の表現を可能にする。部分的酸化されるべき有機物質(例えば、プロペン)を活性化する、固有に触媒活性の材料は、幾何形状触媒成形体K*またはKの製造の範囲内で成分Tの内部表面上への移行法によって形成される、非晶質モリブデン酸ビスマスの薄手の層を形成する。酸素が成分Tからの前記層に供給され、この成分Tは、気相中に含有されている分子状酸素を活性化することができる。成分Bi1bxは、Biデポーとして機能し、成分Tは、Moデポーとして機能する。部分酸化の経過中に継続される移行法に基づいて、触媒活性の非晶質タングステン酸ビスマスは、一定に再形成されるが、しかし、それ自体同時に本質的に不活性の結晶性Bi2Mo312に変換される。既に形成された全体量の結晶性Bi2Mo312が増加すると、触媒活性の非晶質タングステン酸ビスマスの後形成および/または同一の触媒活性の非晶質タングステン酸ビスマスの供給は、目に見えて消耗される。この関連は、幾何形状触媒成形体K*またはKの不活性化を決定する。不活性化の出現の根底を成す移行法および相変換法は、化学量論的係数a(モル比Bi:Moによる)ならびに粒径
Figure 2012501838
によって転向される。出発材料A2中の粗大粒子は、消耗プロセスを弱める。出発材料A2中の小さな粒子は、目標の生成物形成の初期選択性を有利なものにする。aの高い値は、結晶性モリブデン酸ビスマスの形成を促進する。
本発明による触媒成形体Kの大工業的製造(ならびに全ての実施例B1〜B8および比較例V1〜V6)は、ドイツ連邦共和国特許出願第102008040093.9号およびドイツ連邦共和国特許出願第102008040094.7号の記載と同様に使用技術的に有利に行なわれる(特に好ましくは、ドイツ連邦共和国特許出願第102008040094.7号の実施例I.3による)。
それによって、本発明は、殊に次の本発明による実施態様を含む:
1.一般的な化学量論式I
[Bi1bxa[Mo121 c2 dFee3 f4 g5 hy1 (I)
〔式中、
1は、ニッケルおよびコバルトからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
2は、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびタリウムからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
3は、燐、砒素、硼素、アンチモン、錫、セリウム、バナジウム、クロムおよびビスマスからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
4は、珪素、アルミニウム、チタン、タングステンおよびジルコニウムからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
5は、銅、銀、金、イットリウム、ランタンおよびランタニドからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
aは、0.1〜3であり、
bは、0.1〜10であり、
cは、1〜10であり、
dは、0.01〜2であり、
eは、0.01〜5であり、
fは、0〜5であり、
gは、0〜10であり、
hは、0〜1であり、および
x,yは、I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数である〕で示される多重元素酸化物Iを活性材料として含有する幾何形状触媒成形体Kの製造法であって、この場合、
長さ単位μmで記載される粒径
Figure 2012501838
を有する微粒状混合酸化物Bi1bxは、出発材料A1として、
Figure 2012501838
が満たされることを前提条件に予め形成され、
多重元素酸化物Iの成分T=[Mo121 c2 dFee3 f4 g5 hy1中の酸素とは異なる元素の源が水性媒体中で、密接な水性混合物Mが形成されることを前提条件に使用され、
使用される前記源の全ての源は、水性混合物Mの製造の経過中に直径〜が5μmである粉砕度Qに適合し、
Figure 2012501838
が5μmである粉砕度Qに適合し、
及び
水性混合物Mは、化学量論式I*
Mo121 c2 dFee3 f4 g5 h (I*)
中の元素Mo、Z1、Z2、Fe、Z3、Z4およびZ5を含有し;
水性混合物Mから乾燥および粉砕度
Figure 2012501838
の調整によって長さ単位μmで記載される粒子直径
Figure 2012501838
を有する微粒状出発材料A2は、
Figure 2012501838
を満たすということを前提条件に形成され、
出発材料A1および出発材料A2、または出発材料A1、出発材料A2および微粒状形成助剤が互いに混合されて微粒状出発材料A3に変わり、但し、この微粒状出発材料A3は、出発材料A1およびA2を経て出発材料A3中に導入される、酸素とは異なる、化学量論式I**
[Bi1bxa[Mo121 c2 dFee3 f4 g5 h1 (I**
中の多重元素酸化物の元素を含有し、
微粒状出発材料A3を用いて幾何形状触媒成形体Vが形成され、および
この成形体Vは、高められた温度で熱処理され、幾何形状触媒成形体Kが得られる、前記の幾何形状触媒成形体Kの製造法において、

Figure 2012501838
の値Fが820以上であることを特徴とする、前記の幾何形状触媒成形体Kの製造法。
2.Fが830以上であることを特徴とする、実施態様1に記載の方法。
3.Fが840以上であることを特徴とする、実施態様1に記載の方法。
4.Fが850以上であることを特徴とする、実施態様1に記載の方法。
5.Fが870以上であることを特徴とする、実施態様1に記載の方法。
6.Fが900以上であることを特徴とする、実施態様1に記載の方法。
7.Fが950以上であることを特徴とする、実施態様1に記載の方法。
8.Fが1000以上であることを特徴とする、実施態様1に記載の方法。
9.Fが1050以上であることを特徴とする、実施態様1に記載の方法。
10.Fが1100以上であることを特徴とする、実施態様1に記載の方法。
11.Fが1150以上であることを特徴とする、実施態様1に記載の方法。
12.Fが2500以下であることを特徴とする、実施態様1から11までのいずれか1つに記載の方法。
13.Fが2400以下であることを特徴とする、実施態様1から11までのいずれか1つに記載の方法。
14.Fが2200以下であることを特徴とする、実施態様1から11までのいずれか1つに記載の方法。
15.Fが2000以下であることを特徴とする、実施態様1から11までのいずれか1つに記載の方法。
16.Fが1900以下であることを特徴とする、実施態様1から11までのいずれか1つに記載の方法。
17.Fが1800以下であることを特徴とする、実施態様1から11までのいずれか1つに記載の方法。
18.Fが1700以下であることを特徴とする、実施態様1から11までのいずれか1つに記載の方法。
19.Fが1500以下であることを特徴とする、実施態様1から11までのいずれか1つに記載の方法。
20.化学量論的係数aが0.2〜2であることを特徴とする、実施態様1から19までのいずれか1つに記載の方法。
21.化学量論的係数aが0.4〜1.5であることを特徴とする、実施態様1から19までのいずれか1つに記載の方法。
22.化学量論的係数aが0.5〜1であることを特徴とする、実施態様1から19までのいずれか1つに記載の方法。
23.
Figure 2012501838
が満たされることを特徴とする、実施態様1から22までのいずれか1つに記載の方法。
24.
Figure 2012501838
が満たされることを特徴とする、実施態様1から22までのいずれか1つに記載の方法。
25.
Figure 2012501838
が満たされることを特徴とする、実施態様1から22までのいずれか1つに記載の方法。
26.
Figure 2012501838
が満たされることを特徴とする、実施態様1から22までのいずれか1つに記載の方法。
27.
Figure 2012501838
が満たされることを特徴とする、実施態様1から26までのいずれか1つに記載の方法。
28.
Figure 2012501838
が満たされることを特徴とする、実施態様1から26までのいずれか1つに記載の方法。
29.
Figure 2012501838
が満たされることを特徴とする、実施態様1から26までのいずれか1つに記載の方法。
30.
Figure 2012501838
が使用される源の全てに対して4μm以下であることを特徴とする、実施態様1から29までのいずれか1つに記載の方法。
31.
Figure 2012501838
が使用される源の全てに対して3μm以下であることを特徴とする、実施態様1から29までのいずれか1つに記載の方法。
32.
Figure 2012501838
が使用される源の全てに対して2μm以下であることを特徴とする、実施態様1から29までのいずれか1つに記載の方法。
33.
Figure 2012501838
が使用される源の全てに対して1μm以下であることを特徴とする、実施態様1から29までのいずれか1つに記載の方法。
34.
Figure 2012501838
が使用される源の全てに対して0.8μm以下であることを特徴とする、実施態様1から29までのいずれか1つに記載の方法。
35.
Figure 2012501838
が使用される源の全てに対して0.5μm以下であることを特徴とする、実施態様1から29までのいずれか1つに記載の方法。
36.
Figure 2012501838
が使用される源の全てに対して0.3μm以下であることを特徴とする、実施態様1から29までのいずれか1つに記載の方法。
37.
Figure 2012501838
が使用される源の全てに対して0.2μm以下であることを特徴とする、実施態様1から29までのいずれか1つに記載の方法。
38.使用される源の全てが水性混合物Mの製造の経過中にコロイド溶液または真性溶液の状態を通過することを特徴とする、実施態様1から29までのいずれか1つに記載の方法。
39.成分Tが元素Siを含有し、珪素とは異なる元素の使用される源の全てが水性混合物Mの製造の経過中に真性溶液の状態を通過し、および元素Siの源としてシリカゾルが使用されることを特徴とする、実施態様1から29までのいずれか1つに記載の方法。
40.微粒状出発材料A2が水性混合物Mを噴霧乾燥することによって製造されることを特徴とする、実施態様1から29までのいずれか1つに記載の方法。
41.水性混合物Mは、NH4OH、(NH42CO3、NH4HCO3、NH4NO3、尿素、NH4CHO2、H2CO3、HNO3、H2SO4、NH4CH3CO2、NH4Cl、HCl、NH4HSO4、(NH42SO4、蓚酸アンモニウムおよび前記化合物の水和物からなる群からの少なくとも1つの補助物質を含有することを特徴とする、実施態様1から40までのいずれか1つに記載の方法。
42.Z1はCoであることを特徴とする、実施態様1から41までのいずれか1つに記載の方法。
43.Z2はK、Csおよび/またはSrであることを特徴とする、実施態様1から42までのいずれか1つに記載の方法。
44.Z4はSiであることを特徴とする、実施態様1から43までのいずれか1つに記載の方法。
45.bは0.5〜3であることを特徴とする、実施態様1から44までのいずれか1つに記載の方法。
46.bは1〜2.5であることを特徴とする、実施態様1から44までのいずれか1つに記載の方法。
47.cは3〜8であることを特徴とする、実施態様1から46までのいずれか1つに記載の方法。
48.cは4〜7であることを特徴とする、実施態様1から46までのいずれか1つに記載の方法。
49.dは0.02〜2であることを特徴とする、実施態様1から48までのいずれか1つに記載の方法。
50.dは0.03〜1であることを特徴とする、実施態様1から48までのいずれか1つに記載の方法。
51.dは0.05〜0.5であることを特徴とする、実施態様1から48までのいずれか1つに記載の方法。
52.eは0.1〜4.5であることを特徴とする、実施態様1から51までのいずれか1つに記載の方法。
53.eは1〜4であることを特徴とする、実施態様1から51までのいずれか1つに記載の方法。
54.gは0.1〜8であることを特徴とする、実施態様1から53までのいずれか1つに記載の方法。
55.gは0.5〜3であることを特徴とする、実施態様1から53までのいずれか1つに記載の方法。
56.微粒状混合酸化物Bi1bxは、混合酸化物Bi127.5であることを特徴とする、実施態様1から55までのいずれか1つに記載の方法。
57.微粒状出発材料A1と微粒状出発材料A2と微粒状疎水化珪酸を含む成形助剤とを互いに混合し、微粒状出発材料A3に変えることを特徴とする、実施態様1から56までのいずれか1つに記載の方法。
58.微粒状出発材料A1と微粒状出発材料A2と微粒状黒鉛を含む成形助剤とを互いに混合し、微粒状出発材料A3に変えることを特徴とする、実施態様1から57までのいずれか1つに記載の方法。
59.幾何形状成形体Vを微粒状出発材料A3を用いて微粒状出発材料A3の圧縮によって成形することを特徴とする、実施態様1から58までのいずれか1つに記載の方法。
60.圧縮成形を、ストランドプレス、押出またはタブレット化によって行なうことを特徴とする、実施態様59に記載の方法。
61.幾何形状成形体Vはリングであることを特徴とする、実施態様1から60までのいずれか1つに記載の方法。
62.リング状成形体Vの側面圧縮強さSDは12N≦SD≦25Nの条件を満たすことを特徴とする、実施態様61に記載の方法。
63.幾何形状成形体Vは球であることを特徴とする、実施態様1から60までのいずれか1つに記載の方法。
64.幾何形状成形体Vは中実円柱体であることを特徴とする、実施態様1から60までのいずれか1つに記載の方法。
65.リングの外径は2〜10mmであり、高さは2〜10mmであり、および肉厚は1〜3mmであることを特徴とする、実施態様61または62に記載の方法。
66.球の直径は2〜10mmであることを特徴とする、実施態様63に記載の方法。
67.中実円柱体の外径は1〜10mmであり、および高さは2〜10mmであることを特徴とする、実施態様64に記載の方法。
68.幾何形状成形体Vは、微粒状出発材料A3を用いて、微粒状出発材料A3が液状結合剤により幾何形状担体成形体の表面上に施こされることによって成形されることを特徴とする、実施態様1から58までのいずれか1つに記載の方法。
69.成形体Kの熱処理の範囲内で温度は350℃を上廻り、および温度は600℃を上廻らないことを特徴とする、実施態様1から68までのいずれか1つに記載の方法。
70.成形体Kの熱処理の範囲内で温度は420℃を上廻り、および温度は500℃を上廻らないことを特徴とする、実施態様1から68までのいずれか1つに記載の方法。
71.熱処理は空気の存在で行なわれることを特徴とする、実施態様1から70までのいずれか1つに記載の方法。
72.触媒成形体Kは、非担持触媒成形体Kであり、この非担持触媒成形体Kの製造法には微粉砕法が引き続き、この微粉砕法により微粒状材料が生じ、この微粒状材料は、液状結合剤により幾何形状担体成形体の表面上に施こされることを特徴とする、実施態様1から67までのいずれか1つ、または実施態様69から71までのいずれか1つに記載の方法。
73.微粒状出発材料A2の粒径
Figure 2012501838
は、条件
Figure 2012501838
を満たすことを特徴とする、実施態様1から72までのいずれか1つに記載の方法。
74.微粒状出発材料A2の粒径
Figure 2012501838
は、条件
Figure 2012501838
を満たすことを特徴とする、実施態様1から72までのいずれか1つに記載の方法。
75.積
Figure 2012501838
の値F*は、条件F*15以上を満たし、この場合2つの粒径d50は、長さ単位μmで記載されていることを特徴とする、実施態様1から74までのいずれか1つに記載の方法。
76.微粒状出発材料A2の粒径
Figure 2012501838
と微粒状出発材料A2の粒径
Figure 2012501838
との比は、5〜20の範囲内にあることを特徴とする、実施態様1から75までのいずれか1つに記載の方法。
77.実施態様1から76までのいずれか1つに記載の方法により得られる、触媒成形体。
78.非担持触媒成形体の1つである触媒成形体を微粉砕することによって得られ、および実施態様1から67までのいずれか1つに記載の方法により得られる、触媒。
79.3〜6個のC原子を含有する、アルカン、アルカノール、アルカナール、アルケンおよび/またはアルケナールを触媒床上で不均一系触媒により気相部分酸化する方法において、触媒床が実施態様77に記載の触媒成形体または実施態様78に記載の触媒を含むことを特徴とする、3〜6個のC原子を含有する、アルカン、アルカノール、アルカナール、アルケンおよび/またはアルケナールを触媒床上で不均一系触媒により気相部分酸化する方法。
80.プロペンからアクロレインへの不均一系触媒による気相部分酸化の方法であることを特徴とする、実施態様79に記載の方法。
81.イソブテンからメタクロレインへの不均一系触媒による気相部分酸化の方法であることを特徴とする、実施態様79に記載の方法。
82.プロペンからアクリルニトリルへのアンモ酸化の方法またはイソブテンからメタクリルニトリルへのアンモ酸化の方法であることを特徴とする、実施態様79に記載の方法。
83.3〜6個のC原子を含有する、アルカン、アルカノール、アルカナール、アルケンおよび/またはアルケナールを不均一系触媒により気相部分酸化する方法における触媒としての実施態様77に記載の触媒成形体または実施態様78に記載の触媒の使用。
84.プロペンからアクロレインへ、またはイソブテンからメタクロレインへの不均一系触媒による気相部分酸化の方法、またはプロペンからアクリルニトリルへ、またはイソブテンからメタクリルニトリルへのアンモ酸化の方法で行なわれることを特徴とする、実施態様83に記載の使用。
2.0バール絶対の分散圧力で測定された、A1−1〜A1−4の粒度分布を示す略図。 2.0バール絶対の分散圧力で測定された、選択された出発材料A2の粒径分布を示す略図。 リング状の非担持触媒成形体V1、B1、V2、B2、B3、B6、B7、B8およびV6についての不活性化率(ΔTS)を示す略図。 リング状の非担持触媒成形体V3、B3、B4およびB5についての化学量論的係数aと不活性化率(ΔTS)を示す略図。 リング状の非担持触媒成形体B1〜B8およびV1〜V6の記載された応力試験で測定されたΔTS(縦座標として℃で)のプロットを、相応する安定性値F(横座標として)の関数として示す略図。 例示的に湿潤されていない状態でのリング状触媒成形体Kの粉末X線回折図を示す略図。 例示的にプロペンからアクロレインへの不均一系触媒による気相部分酸化の範囲内で不活性化された状態でのリング状触媒成形体Kの粉末X線回折図を示す略図。 本発明による安定性値Fを調節することができる範囲を示す略図。
実施例および比較例
I)次の化学量論式:
[Bi127.5a[Mo12Co5.5Fe3.0Si1.60.08x1
で示される活性材料を用いての本発明によるリング状非担持触媒成形体B1〜B8ならびにリング状の比較非担持触媒成形体V1〜V6の製造
a)微粒状出発材料A1−1〜A1−5の製造(Bi127.5=1/2Bi229・1WO3
横ビーム攪拌機を備えた、特殊鋼からなる1.75m3の二重ジャケット容器(中間空間が熱処理水で貫流された)中で、25℃を有する硝酸中の硝酸ビスマス水溶液780kg(Bi11.2質量%;無水硝酸:3〜5質量%;硝酸を用いてSidech S.A.社、1495 Tilly,ベルギー国、のビスマス金属から製造した、純度:Bi99.997質量%超、Pb7mg/kg未満、Ni、Ag、Fe5mg/kg宛、Cu、Sb3mg/kg宛およびCd、Zn1mg/kg宛)中に25℃で20分間で少量ずつ25℃を有するタングステン酸214.7kg(W74.1質量%、平均粒径(製造業者によりASTM B330に従って測定された)0.4〜0.8μm、灼熱減量(空気中で750℃で2時間)6〜8質量%、嵩密度5〜8g/inch3、H.C.Starck,D−38615 Goslar)を攪拌混入した(70rpm)。引続き、生じた水性混合物をさらに25℃で3時間撹拌し、引続き噴霧乾燥させた。噴霧乾燥は、Niro社のタイプFS 15の回転ディスク型噴霧塔内で、熱風並流中で300±10℃のガス入口温度、100±10℃のガス出口温度、18000rpmのディスク回転数、200l/時間の通過量および1800Nm3/時間の空気量で行なった。生じる噴霧粉末は、12.8質量%の灼熱減量(磁器製るつぼ(このるつぼは、900℃で質量が一定なるまで灼熱された)中で600℃で3時間空気中で灼熱した)および(1.1バール絶対の分散圧力)28.0μmのd50(d10=9.1μm、d90=55.2μm)を有していた。
次の第1表は、使用された絶対分散圧に依存する噴霧粉末の代表的なdx値についての概要を示す:
Figure 2012501838
引続き、得られた噴霧粉末を、25℃を有する水16.7質量%(噴霧粉末の質量に対して)と一緒に排出型混練機中で30分間混練し、押出機により直径6mmのストランドに押し出した。このストランドを6cmの断片に切断し、3帯域ベルト式乾燥機で120分間の滞留時間で90〜95℃(帯域1)、115℃(帯域2)および125℃(帯域3)の温度で空気乾燥させ、次いで830℃の範囲内の温度で熱処理した(か焼;通気した回転管炉(低圧0.3ミリバール、200Nm3/h空気、50kg/h押出物、回転数:1rpm、))。か焼温度を正確に設定することは、重要なことであり、か焼生成物の望ましい相組成の方向に向けなければならないが、しかし、他面、か焼された材料は、0.2m2/g以上のBET表面積を有する。この場合、相WO3(単斜晶)およびBi229(斜方晶)は望ましく、γ−Bi2WO6(ルッセライト)の存在は望ましくない。か焼後の化合物γ−Bi2WO6の含量が5強度%(2Θ=28,4°(CuKα線)でのX線粉末回折図中のγ−Bi2WO6の回折反射強度と2Θ=30.0°でのBi229の反射強度との比(int.r.)として計算した)を上廻らなければならない場合には、調製は繰り返され、前記の限界値が達成されるかまたは前記の限界値を下廻るまで、か焼温度を上昇させるべきであるかまたは不変のか焼温度の際に滞留時間を増大させるべきである。こうして得られた、予め形成された、か焼された混合酸化物を、Hosokawa Alpine AG社、Augsburg、のBiplex−交叉流分級型ミル タイプ500BQを用いて2500rpmで異なる通過量で微粉砕し、したがって出発材料A1−1〜A1−5には、粒度分布の特性値(2.0バール絶対の分散圧力で測定した)、BET表面積(BET)およびγ−Bi2WO6含量(int.r.)として第2表中に記載された値がもたらされた。図1には、2.0バール絶対の分散圧力で測定された、A1−1〜A1−4の粒度分布が付加的に詳細に記載されている(横座標は、粒径
Figure 2012501838
を対数目盛で示し、縦座標は、それぞれの微粒状出発材料A1(A1−1(黒い三角);A1−2(黒い丸);A1−3(黒い菱形)およびA1−4(黒い四角))の容積割合Xを示し、この容積割合は、それぞれの直径またはよりいっそう小さい直径を有する(容積%))。第3表は、出発材料A1−2に関して例示的に出発材料A1の粒度分布に対する分散圧力の影響を示す。出発材料A1−1の場合、交叉流分級型ミル中での微粉砕に続いてなおスパイラル型ジェットミル中で後微粉砕が行なわれ、この場合には、出発材料A1−5は、専らそらせ板型ミル中で温和に微粉砕された。項目c)に記載された後加工前に、種々の微粒状出発材料A1−1〜A1−5をそれぞれ20kgの割合で混合羽根および切断羽根を備えた傾斜ミキサー(混合羽根の回転数:60rpm、切断羽根の回転数:3000rpm)中で5分間でタイプSipernat(登録商標)D17(振動密度150g/l;SiO2粒子のd50値(ISO 13320−1によるレーザー回折)=10μm、比表面積(ISO 5794−1による窒素吸着、付属書類D)=100m2/g)のDegussa社の疎水化さされた微粒状SiO20.5質量%(それぞれの微粒状出発材料A1に対して)と均一になるまで混合した。
Figure 2012501838
Figure 2012501838
b)微粒状出発材料A2−1〜A2−7の製造
(Mo12Co5.5Fe3.0Si1.60.08
横ビーム攪拌機を備えた、特殊鋼からなる温水加熱された1.75m3の二重ジャケット容器中で、60℃で撹拌下(70rpm)で60℃の温度を有する水660 lに60℃の温度を有する水酸化カリウム水溶液1.075kg(KOH47.5質量%)を計量供給し、引続き差動計量天秤を介して600kg/hの計量供給速度で温度25℃のヘプタモリブデン酸アンモニウム四水和物237.1kg(粒径d 1mmを有する白色の結晶、MoO381.5質量%、NH37.0〜8.5質量%、アルカリ金属最大150mg/kg、H.C.Starck,D−38642 Goslar)を計量供給し、生じる僅かに混濁した溶液を60℃で60分間攪拌する(70rpm)ことにより、溶液Aを製造した。
横ビーム攪拌機を備えた、特殊鋼からなる温水加熱された1.75m3の二重ジャケット容器中で、60℃で60℃の温度を有する硝酸コバルト(II)水溶液282.0kg(Co12.5質量%、MFT Metals & Ferro−Alloys Trading GmbH社、D−41747 Vliersen、のコバルト金属から硝酸を用いて製造した、純度99.6質量%超、Ni0.3質量%未満、Fe100mg/kg未満、Cu50mg/kg未満)を装入し、これに攪拌(70rpm)下に60℃の熱い硝酸鉄(III)一水和物溶融液142.0kg(Fe13.8質量%、アルカリ金属0.4質量%未満、クロリド0.01質量%、硫酸塩0.02質量%未満、Dr.Paul Lohmenn GmbH,D−81857 Emmerthal)を計量供給することにより、溶液Bを製造した。引続き、60℃を維持しながら、この混合物を30分間さらに攪拌した。次に、60℃を維持しながら溶液Bを最初に装入された溶液A中に排出し、さらに60℃で15分間70rpmで攪拌した。引続き、生じた水性混合物に、25℃を有する、Grace社のタイプLudox TM 50のシリカゾル19.9kg(SiO2 50.1質量%、密度:1.29g/ml、pH 8.5〜9.5、アルカリ金属含有量 最大で0.5質量%)を添加し、その後にさらになお60℃で15分間70rpmで撹拌した。引続き、この混合物をNiro社のタイプFS 15の回転ディスク型噴霧塔内で熱風向流で噴霧乾燥した(ガス入口温度:350±10℃、ガス出口温度:140±5℃、通過量:270kg/h)。第4表に記載されたディスク回転数および空気量を調節することによって、そこに同様に記載された粒径分布(2.0バール絶対の分散圧力の際に測定した)および灼熱減量GV(600℃で3時間空気中で灼熱した)を有する噴霧粉末(微粒状出発材料)A2−1〜A2−6を得た。図2には、2.0バール絶対の分散圧力で測定された、選択された出発材料A2の粒径分布が付加的に詳細に記載されている(横座標は、粒径
Figure 2012501838
を対数目盛で示し、縦座標は、それぞれの微粒状出発材料A2(A2−1(黒い三角);A2−2(黒い丸)およびA2−4(黒い四角))の容積割合Xを示し、この容積割合は、それぞれの直径またはよりいっそう小さい直径を有する(容積%))。更に、出発材料A2−6に関して、第5表には、例示的に出発材料A2の粒径分布に対する分散圧力の影響が記載されている。出発材料A2−7は、30μmの本質的に単一の粒径を得る目的で出発材料A2−2を数回分級することによって製造された。
Figure 2012501838
Figure 2012501838
c)リング状の非担持触媒成形体K1〜B8およびV1〜V6の製造
添加されたSipernat(登録商標)D17を含有する微粒状出発材料A1−1〜A1−5を、微粒状出発材料A2−1〜A2−7と、第6表に記載された組合せで同様に第6表に記載された化学量論的割合(それぞれ係数aの記載)の多重金属酸化物材料に必要とされる量(全体量:それぞれ3kg)でプレートに対向して回転する刃形のヘッド(プレートの回転数:44rpm、測定ヘッドの回転数:2500rpm)を備えた、アイリヒ(Eirich)強力ミキサー(タイプR02、充填容積:3〜5 l、出力:1.9kW、Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH & Co.KG,D−74736 Hardheim)中で5分間均一になるまで混合した。前記の全質量に対して、この質量にドラムフープミキサー(drum hoop mixer)(ホイールの直径:650mm、ドラム容積:5 l)中で付加的にTimcal AG社の黒鉛TIMREX(登録商標)T44 それぞれ1質量%(d50=20.8μm)を30分間で約30rpmの回転数で均一になるまで混合した。次に、生じる混合物を2個の対向する鋼製ロールを備えた実験室用カレンダー中で9バールのプレス圧力で圧縮し、0.8mmの目開きを有するスクリーンに押圧した。引続き、圧縮物を上記のドラムフープミキサー中で約30rpmの回転数で30分間、前記圧縮物の質量に対してさらに前記黒鉛2.5質量%と混合し、引続きドイツ連邦共和国特許出願第102008040093.9号の記載と同様に、Kilian S100回転タブレット化プレス機(9個のダイを備えたタブレット成形機)(Kilian社、D−50735 ケルン)中で窒素雰囲気下に20±1Nの側面圧縮強さSNおよび125mgの質量を有する、寸法5×3×2mm(A(外径)×H(高さ)×I(内径))のリング状非担持触媒前駆体成形体(成形体V)に圧縮した(充填高さ:7.5〜9mm、プレス力:3.0〜3.5kN)。最終的な熱処理のために、それぞれ150mm×150mmの四角形の基本面積を有する並存して配置された4個の格子ネット(床高さ:約15mm)上に均一に分配された、それぞれ製造されたリング状の非担持前駆体成形触媒V1000g宛を、最初に140℃に温度調節された空気650Nl/h(この空気流の代わりに、N225体積%と空気75体積%から、またはN50体積%と空気50体積%から、またはN275体積%と空気25体積%からなるガス流が使用されてもよい)が貫流する空気循環炉(Heraeus Instrument GmbH,D−63450 Hnau、タイプ:K 750/2)中で最初に120分間25℃から185℃へ加熱した。この温度を1時間維持し、次に50分間で225℃へ上昇させた。この225℃を2時間維持し、その後にこの温度を23分間でさらに270℃へ上昇させた。この温度を同様に1時間維持し、その後にこの温度を1℃/分の加熱傾斜で第6表中に記載された最終温度(T最終か焼)へ上昇させた。この最終温度を10時間維持した。その後に、約12時間で25℃へ冷却した。この最終温度を全ての場合に(463±6)℃の範囲内で選択し、したがって項目II)に記載された、応力試験の実施の際に全ての場合に本質的に同じ初期活性(TS 210h=328±3℃)を生じた。第6表は、付加的に、製造されたリング状の非担持触媒成形体K1〜B8およびV1〜V6の重要な他の生産の特徴を示す。
Figure 2012501838
II. リング状の非担持触媒成形体B1〜B8およびV1〜V6によって促進される、プロペンからアクロレインへの気相部分酸化におけるリング状の非担持触媒成形体B1〜B8およびV1〜V6の長時間安定性の測定
リング状の非担持触媒成形体B1〜B8およびV1〜V6によって促進される、プロペンからアクロレインへの気相部分酸化におけるリング状の非担持触媒成形体B1〜B8およびV1〜V6の長時間安定性の測定のために、リング状の非担持触媒成形体B1〜B8およびV1〜V6を次に記載された応力試験に掛けた。
反応管(V2A鋼;外径21mm、肉厚3mm、内径15mm、長さ120cm)を上方から下方へ反応ガス混合物の流動方向でそれぞれ次のように充填した:
区間1:長さ約30cm、先行床(加熱帯域)としての1.5〜2.0mmの直径を有するステアタイト球40g(CeramTec社のC220 Steatit)
区間2: 長さ約70cm。
それぞれリング状の非担持成形触媒90gとそれぞれの非担持触媒成形体と同一のリング形状のステアタイトリング10g(CeramTec社のC220 Steatit)とからなる、触媒固定床としての均一な混合物。
反応管の温度をそのつど必要とされる塩浴温度TS(℃)を有する分子状窒素分散型塩浴を用いてそのつど制御した(硝酸カリウム53質量%、亜硝酸ナトリウム40質量%および硝酸ナトリウム7質量%)。
応力試験の実施中、反応管を連続的に次の組成の反応ガス出発混合物(空気とポリマーグレードのプロペンと分子状酸素とからなる充填ガス混合物)で充填した:
プロペン5体積%(ポリマーグレード)、
分子状酸素9.5体積%および
285.5体積%。
反応管中に導入される新しい触媒固定床を成形する目的のために、TSを最初の210時間の運転時間中に反応管中に導入される、90Nl/hの反応ガス出発混合物(この反応管中への入口温度は、約30℃であった)の体積流の際に、プロペン変換率Upが反応管を通る充填ガス混合物の1回の通過で連続的に約95モル%であるように調節した(90時間の運転時間後に生じる、目的生成物の全体の形成(アクロレインおよびアクリル酸)の初期選択性は、次の通りであった(反応管の1回の通過の際に変換されたプロペンのモル量に対してモル%で):96(V1);94.5(B1);95.8(V2);94.5(B2);94.5(V3);94.6(B3);94.2(B4);93.8(B5);94.4(B6);94.5(B7);93.6(B8);94.9(V4);94.3(V5)および94.9(V6))。反応管中への入口での圧力は、1.2バール絶対であった。成形段階の終結時に目標の変換率の達成(95モル%)に必要とされる塩浴温度
Figure 2012501838
は、それぞれの触媒固定床のそれぞれの初期活性に対する1つの基準である。第7表は、リング状の非担持触媒成形体B1〜B8およびV1〜V6が本質的に同一の初期活性を有することを示す。
成形に引き続いて、反応管中に導入された、反応ガス出発混合物の体積流を、200Nl/hに上昇させ、216時間に亘って維持した。塩浴温度TSを前記の時間内でそのつど生じるプロペン変換率とは無関係に380℃の一定の値に調節した(反応管中への入口での圧力は、1.6バール絶対であった)。
前記の応力段階の終結後に、反応管中に導入された、反応ガス出発混合物の体積流を、再びプロペン部分酸化の実際の通常の運転のために設けられた90Nl/hに減少させた。この体積流をさらに94時間の運転時間に亘って維持しながら、塩浴温度TSを再び、連続的に(反応管を通る反応ガス出発混合物の1回の通過に対して)目視で検出される、約95モル%のプロペンの目標変換率(UP)が生じるように調節した。
更に、全体で520時間の運転時間の終結時に目標変換率(95モル%)の達成に必要とされる塩浴温度
Figure 2012501838
は、応力試験の終結時にそのつど存在する、それぞれの触媒固定床の最終活性を反映する。

Figure 2012501838
は、リング状の非担持触媒成形体K1〜B8およびV1〜V6によって促進される、アクロレイン(主要生成物)およびアクリル酸(副生成物)へのプロペン部分酸化における、リング状の非担持触媒成形体K1〜B8およびV1〜V6の長時間安定性に関連してリング状の非担持触媒成形体K1〜B8およびV1〜V6内で相対オーダを定める。ΔTSが小さければ小さいほど、部分酸化の運転の経過中に触媒固定床またはこの触媒固定床中に存在する、リング状の非担持触媒成形体の不活性化率は、ますます低くなる。第7表は、それぞれのリング状の非担持触媒成形体の本発明による安定性値Fが大きくなればなるほど、目標生成物の全形成(アクロレインおよびアクリル酸、反応管を通る1回の変換されたプロペンのモル量に対するモル%で)の本質的に単一の初期活性
Figure 2012501838
および本質的に単一の最終選択性S520hの際に、それぞれのリング状の非担持触媒成形体の不活性化率がますます低くなることを示す。
Figure 2012501838
図3(横座標が
Figure 2012501838
(μmで)を示し、縦座標がΔTS(℃で)を示す)は、リング状の非担持触媒成形体V1、B1、V2、B2、B3、B6、B7、B8およびV6についての評価としてそれぞれ左側から右側に見て、同じ微粒状出発材料A1(A1−1(黒い三角);A1−2(黒い丸);A1−3(黒い菱形)およびA1−4(黒い四角))のそのつどの使用ならびに一定の係数aおよび微粒状出発材料A2の同じ化学的性質のそのつどの使用の際に、微粒状出発材料A2の粗大化(増大する
Figure 2012501838
)によって、本質的に単一の初期活性
Figure 2012501838
の際に不活性化率(ΔTS)を著しく減少させうることを示す。
反対に、同じ図3をそれぞれ上方から下方へ見て考慮した場合には、同じ微粒状出発材料A2のそのつどの使用ならびに一定の係数aおよび微粒状出発材料A1の同じ化学的性質のそのつどの使用の際に、微粒状出発材料A1の粗大化(増大する
Figure 2012501838
)によって、本質的に単一の初期活性
Figure 2012501838
の際に不活性化率(ΔTS)を同様に著しく減少させうることを示す。この場合、殊に
Figure 2012501838
の不活性化率の依存性は、顕著である。また、顕著には、リング状の比較非担持触媒V6は、シームレスに前記系中に嵌め込まれ、このリング状の比較非担持触媒V6の製造のために、意図的に比較的に単分散性の微粒状出発材料A2が使用された。比較触媒V6が
Figure 2012501838
に対する相応するプロットの際に相応するシームレス法で嵌め込まれないであろうという事実は、不活性化率の減少のために比較的大きな粒子の割合が微粒状出発材料A2中に本質的に存在するという結果をまねきうる。即ち、微粒状出発材料A2の粒径が本質的に単一である場合には、この粒径は、本発明の範囲内で比較的粗大になるように選択されなければならない。
図4は、リング状の非担持触媒成形体V3、B3、B4およびB5についての評価として(横座標は、化学量論的係数aを示し、縦座標は、ΔTS(℃で)を示す)、同じ微粒状出発材料A1(A1−3)および同じ微粒状出発材料A2(A2−2)の使用の際に、化学量論的係数aが減少すると不活性化率(ΔTS)が著しく減少することを示す。即ち、当該の非担持触媒成形体に対して活性材料を形成する多重元素酸化物中で、既にモル比nBi/nMo(n=指示された特殊な元素のモル量)を減少させる唯一の測定法によって、ΔTSは、本質的に同じ初期活性
Figure 2012501838
の際に11から2へ減少しうる。B4およびB5を製造する際にV3の製造の際に使用される最終か焼温度を維持することは、ΔTSの差をさらに増加させるであろう。
図8は、微粒状出発材料A1と微粒状出発材料A2の化学的性質は同様であるが、しかし同じ微粒状出発材料A1およびA2の粒径が変動可能であり、ならびに化学量論的係数aが変動可能であり、およびその他の点で、リング状の非担持触媒成形体B1〜B8ならびにV1〜V6の場合と製造モードが同様にあることに対して、本発明による安定性値Fを調節することができる範囲を示す。
Figure 2012501838
図5は、リング状の非担持触媒成形体B1〜B8(黒い菱形)およびV1〜V6(菱形)の記載された応力試験で測定されたΔTS(縦座標として℃で)のプロットを、相応する安定性値F(横座標として)の関数として概要的に示す。
III. 本発明により製造されたリング状の触媒成形体K(F=1091)および本発明によらずに製造されたリング状の触媒成形体K*(F=803)の不活性化の状態および湿潤されていない状態での前記双方のリング状の触媒成形体の測定
不活性化は、双方の場合にプロピレンからアクロレインへの不均一系触媒による気相部分酸化のための触媒としての使用の範囲内で比較可能な運転条件下で塩浴冷却された管状反応器中で、刊行物WO 2005/42459およびWO 2005/49200の記載と同様に行なわれた。双方のリング状触媒成形体は、項目I.の記載と同様に製造された。触媒成形体Kの場合には、
Figure 2012501838
およびa=0.91であった。触媒成形体K*の場合には、
Figure 2012501838
およびa=0.94であった。
項目II.の記載と同様に測定された、双方の触媒成形体の初期活性は、
Figure 2012501838
の範囲内にあった。
図6は、例示的に湿潤されていない状態でのリング状触媒成形体Kの粉末X線回折図を示し、図7は、例示的にプロペンからアクロレインへの不均一系触媒による気相部分酸化の範囲内で不活性化された状態でのリング状触媒成形体Kの粉末X線回折図(ホットスポット帯域から取り外された試料)を示す。この場合、横座標は、2Θ目盛(2シータ目盛)での回折角度を示し、縦座標は、回折されたX線の絶対強度を示す。
X線回折図(例えば、Moderne Roentgenbeugung,Spiess−Schwarze−Behnken−Teichert,Vieweg+Teubner(2005);R.A.Young,The Rietveld Methode,IUCr,Oxford University Press(1995);およびH.Krischner,Roentgenstrukturanalyse und Rietveldmethode,Vieweg Lehrbuch,第5版,Braunschweig(1994)参照)を分析することによって、定性的な結晶相組成ならびに定量的な結晶相組成を測定することができる。定性的な結晶相組成を測定することの基本は、結晶相の混合物のX線回折図がX線回折図中に含まれている個々の結晶層のX線回折図からの荷重の総和であるという事実にある。多重元素酸化物−I−活性材料の元素組成は、公知であるので、前記元素が存在する際に原則的に構成することができる結晶相は、制限することができる。
前記結晶相の粉末X線回折図は、相応するデータコレクションにおける開示内容にとって有用である(例えば、The International Centre of Diffraction Data(ICDD)mit seinem Headquater in 12 Campus Boulevard,Newton Square、PA,USA,19073−3273)。従って、X線回折図中に含まれている反射状態と前記データコレクションとを簡単に比較することによって、定性的な結晶相組成(即ち、存在する個々の層の種類)を測定することができる。結晶相組成の低呂的な測定に付加的に必要とされる結晶構造(それぞれの相の)は、同様に相応するデータバンクから確認することができる(例えば、専門情報センター(FIZ)の無機結晶構造データベース(ICSD)D−76102カールスルーエ(Karlsruhe))。
定量的な相組成の古典的な方法は、X線回折図において、それぞれ個別的に含まれている結晶相の良好に分離された反射を見出すことができ、および標準に関連して結晶相の相対的な強度から個々の相の質量による相対的な割合を定めることができる。
しかし、多数の相を用いる複雑な場合には、個々の回折線を分離することは、しばしばもはや不可能である。従って、この場合には、定性的な相分析の際に見い出された結晶相の粉末回折図の重なりは、Rietveldによりシミュレートされている。このエンベロープは、"最小二乗法"によって測定された混合物のX線粉末回折図に最適に適合されており、この場合個々の粉末回折図の基礎となる構造モデルのパラメーターは、変動される(多重Rietveld法)。
特殊な結晶相の個々の線の強度の代わりに、特殊な結晶相の粉末回折図の全ての線の強度が相特異的な"計数逓減率"の形で考慮される。
HillおよびHoward(J.Appl.Cryst.20(1987)467−474)によって設定された関係式により、それぞれの計数逓減率は、相応する相の結晶構造(この結晶構造の単位セルの構造)に対して特性を示す定数(この定数は、ICSDデーターバンクに寄託されている)により相混合物中の特殊な結晶相の質量による相対的な割合とリンクしており、それによって質量による相対的な割合は、計数逓減率から算出することができる。この場合、定性的な相組成を分析するための多重Rietvelt法を使用することの著しい利点は、X線回折図を記録する際に材料標準を併用する必要がないことことであり、それというのも、この方法の"標準"は、個々の相の公知の結晶構造中に存在していないからである。
本発明の場合には、X線回折図は、この目的のためにBruker AXS GmbH社、D−76187 Karlsruhe、によって開発されたDIFFRACplusTOPASソフトウェアパッケージを用いて分析される。
未使用のリング状触媒成形体K、K*のために、次の結晶相組成が得られた(それぞれの全質量に対して質量%で):
Figure 2012501838
それぞれの不均一系触媒によるプロペン部分酸化を数年間(双方の場合に2年を上廻る)の運転後、相応する結晶相分析は、それぞれの触媒固定床の比較可能な不活性化率の際に次の結果を生じ(数字"1"は、分析が触媒固定床のホットスポット帯域から取り外された試料に関するものであることを示し;数字"2"は、分析が触媒固定床の主要帯域から取り外された試料に関するものであることを示す)、この場合さらに数字の記載は、それぞれの全質量に対する質量%である:
Figure 2012501838
最後の4つの結晶相の場合、平均的な形成率(+)または分解率(−)は、質量%/年で記載されている。
リング状触媒成形体K*の場合にBi2Mo312の著しく高い形成率は、このリング状触媒成形体K*の本質的高い不活性化率で特に良好に補正される。
それぞれのα−,β−MoCu相中の定量的なCoおよびFe''の割合ならびに前記割合のそれぞれの運転時間に亘る変化に関連して、正確な説明は、不可能である。
Bi114.5の分解下でのCoWO4およびBi2Mo312の形成は、移行プロセスがリング状非担持触媒の出発材料の間で起こることを示す。多種多様な種々の他の移行プロセスおよび相変換プロセスに加えて、触媒活性に対する前記プロセスの影響は、比較的制限されており、Bi2Mo312の形成は、不活性化よりも優位に立っている。前記の他のプロセス中で強調すべきプロセスは、気相によるMoO3の損失、β−(Co,FeII)MoO4中に存在する鉄の増加に関連した、FeIII 2(MoO43中に存在する3価鉄の還元、ならびにCo富有相α−(Co,FeII)MoO4およびCoWO4の形成および線幅の変化から読み取ることができる、β−(Co,FeII)MoO4中の結晶成長である(未使用のリング状触媒成形体K、K*の場合に約40〜60nmおよび不活性化リング状触媒成形体K、K*の場合に約70〜110nm)。
前記実施態様に加えて、図8は、前記のリング状の非担持触媒成形体KおよびK*に相応して製造された、種々のリング状の非担持触媒成形体(項目II.の記載と同様に前記のリング状の非担持触媒成形体の未使用の状態に対して測定された出発活性が
Figure 2012501838
の範囲内にあり;前記のリング状の非担持触媒成形体の安定性値Fが800≦F≦1500の範囲内にあった)に対してBi2Mo312の質量の割合(質量%で縦座標にプロットした(それぞれの非担持触媒成形体の全質量に対して)および前記の記載と同様に相応するX線回折図から算出した)を示し、この場合前記のリング状の非担持触媒成形体は、当該非担持触媒成形体によって促進される、プロペンからアクロレインへの気相部分酸化によって存在する種々の不活性化状態で前記割合を有する(この目的のためにそのつど研究された非担持触媒成形体は、主要帯域(黒い四角)ならびにホットスポット帯域(黒い三角)から確認され、さらにそのつど前記項目II.の記載と同様に未使用の非担持触媒成形体に対して記載された
Figure 2012501838
の測定に掛けられ;横座標は、それぞれの活性状態を再現する℃での
Figure 2012501838
を示す)。
図8は、存在するBi2Mo312の質量の割合が大きければ大きいほど、不活性化率
Figure 2012501838
がますます大きくなることを証明する。
米国暫定特許出願番号61/096537号、出願日2008年9月12日は、本願において参照をもって開示されたものとする。上述の教示に関して、本発明の多様な変更および変化が可能である。従って、本発明は、特許請求の範囲内で、ここでの特定の記載とは異なるような構成から出発することもできる。

Claims (84)

  1. 一般的な化学量論式I
    [Bi1bxa[Mo121 c2 dFee3f4 g5 hy1 (I)
    〔式中、
    1は、ニッケルおよびコバルトからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
    2は、アルカリ金属、アルカリ土類金属およびタリウムからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
    3は、亜鉛、燐、砒素、硼素、アンチモン、錫、セリウム、バナジウム、クロムおよび蒼鉛からなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
    4は、珪素、アルミニウム、チタン、タングステンおよびジルコニウムからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
    5は、銅、銀、金、イットリウム、ランタンおよびランタニドからなる群からの1つの元素または1つを上廻る元素であり、
    aは、0.1〜3であり、
    bは、0.1〜10であり、
    cは、1〜10であり、
    dは、0.01〜2であり、
    eは、0.01〜5であり、
    fは、0〜5であり、
    gは、0〜10であり、
    hは、0〜1であり、および
    x,yは、I中の酸素とは異なる元素の原子価および頻度によって定められる数である〕で示される多重元素酸化物Iを活性材料として含有する幾何形状触媒成形体Kの製造法であって、この場合、
    長さ単位μmで記載される粒子直径
    Figure 2012501838
    を有する微粒状混合酸化物Bi1bxは、出発材料A1として、
    Figure 2012501838
    が満たされることを前提条件に予め形成され、
    多重元素酸化物Iの成分T=[Mo121 c2 dFee3 f4 g5 hy1中の酸素とは異なる元素の源が水性媒体中で、密接な水性混合物Mが形成されることを前提条件に使用され、
    使用される前記源の全ての源は、水性混合物Mの製造の経過中に直径
    Figure 2012501838
    が5μmである粉砕度Qに適合し、
    および
    水性混合物Mは、化学量論式I*
    Mo121 c2 dFee3 f4 g5 h (I*)
    中の元素Mo、Z1、Z2、Fe、Z3、Z4およびZ5を含有し;
    水性混合物Mから乾燥および粉砕度
    Figure 2012501838
    の調整によって長さ単位μmで記載される粒子直径
    Figure 2012501838
    を有する微粒状出発材料A2は、
    Figure 2012501838
    満たすということを前提条件に形成され、
    出発材料A1および出発材料A2、または出発材料A1、出発材料A2および微粒状形成助剤が互いに混合されて微粒状出発材料A3に変わり、但し、この微粒状出発材料A3は、出発材料A1およびA2を経て出発材料A3中に導入される、酸素とは異なる、化学量論式I**
    [Bi1bxa[Mo121 c2 dFee3 f4 g5 h1 (I**
    中の多重元素酸化物の元素を含有し、
    微粒状出発材料A3を用いて幾何形状触媒成形体Vが形成され、および
    この成形体Vは、高められた温度で熱処理され、幾何形状触媒成形体Kが得られる、前記の幾何形状触媒成形体Kの製造法において、

    Figure 2012501838
    で示される値Fが820以上であることを特徴とする、前記の幾何形状触媒成形体Kの製造法。
  2. Fが830以上であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  3. Fが840以上であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  4. Fが850以上であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  5. Fが870以上であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  6. Fが900以上であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  7. Fが950以上であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  8. Fが1000以上であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  9. Fが1050以上であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  10. Fが1100以上であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  11. Fが1150以上であることを特徴とする、請求項1記載の方法。
  12. Fが2500以下であることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
  13. Fが2400以下であることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
  14. Fが2200以下であることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
  15. Fが2000以下であることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
  16. Fが1900以下であることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
  17. Fが1800以下であることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
  18. Fが1700以下であることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
  19. Fが1500以下であることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
  20. 化学量論的係数aが0.2〜2であることを特徴とする、請求項1から19までのいずれか1項に記載の方法。
  21. 化学量論的係数aが0.4〜1.5であることを特徴とする、請求項1から19までのいずれか1項に記載の方法。
  22. 化学量論的係数aが0.5〜1であることを特徴とする、請求項1から19までのいずれか1項に記載の方法。
  23. Figure 2012501838
    が満たされることを特徴とする、請求項1から22までのいずれか1項に記載の方法。
  24. Figure 2012501838
    が満たされることを特徴とする、請求項1から22までのいずれか1項に記載の方法。
  25. Figure 2012501838
    が満たされることを特徴とする、請求項1から22までのいずれか1項に記載の方法。
  26. Figure 2012501838
    が満たされることを特徴とする、請求項1から22までのいずれか1項に記載の方法。
  27. Figure 2012501838
    が満たされることを特徴とする、請求項1から26までのいずれか1項に記載の方法。
  28. Figure 2012501838
    が満たされることを特徴とする、請求項1から26までのいずれか1項に記載の方法。
  29. Figure 2012501838
    が満たされることを特徴とする、請求項1から26までのいずれか1項に記載の方法。
  30. Figure 2012501838
    は、使用される源の全てに対して4μm以下であることを特徴とする、請求項1から29までのいずれか1項に記載の方法。
  31. Figure 2012501838
    は、使用される源の全てに対して3μm以下であることを特徴とする、請求項1から29までのいずれか1項に記載の方法。
  32. Figure 2012501838
    は、使用される源の全てに対して2μm以下であることを特徴とする、請求項1から29までのいずれか1項に記載の方法。
  33. Figure 2012501838
    は、使用される源の全てに対して1μm以下であることを特徴とする、請求項1から29までのいずれか1項に記載の方法。
  34. Figure 2012501838
    は、使用される源の全てに対して0.8μm以下であることを特徴とする、請求項1から29までのいずれか1項に記載の方法。
  35. Figure 2012501838
    は、使用される源の全てに対して0.5μm以下であることを特徴とする、請求項1から29までのいずれか1項に記載の方法。
  36. Figure 2012501838
    は、使用される源の全てに対して0.3μm以下であることを特徴とする、請求項1から29までのいずれか1項に記載の方法。
  37. Figure 2012501838
    は、使用される源の全てに対して0.2μm以下であることを特徴とする、請求項1から29までのいずれか1項に記載の方法。
  38. 使用される源の全てが水性混合物Mの製造の経過中にコロイド溶液または真性溶液の状態を通過することを特徴とする、請求項1から29までのいずれか1項に記載の方法。
  39. 成分Tが元素Siを含有し、珪素とは異なる元素の使用される源の全てが水性混合物Mの製造の経過中に真性溶液の状態を通過し、および元素Siの源としてシリカゾルが使用されることを特徴とする、請求項1から29までのいずれか1項に記載の方法。
  40. 微粒状出発材料A2が水性混合物Mを噴霧乾燥することによって製造されることを特徴とする、請求項1から39までのいずれか1項に記載の方法。
  41. 水性混合物Mは、NH4OH、(NH42CO3、NH4HCO3、NH4NO3、尿素、NH4CHO2、H2CO3、HNO3、H2SO4、NH4CH3CO2、NH4Cl、HCl、NH4HSO4、(NH42SO4、蓚酸アンモニウムおよび前記化合物の水和物からなる群からの少なくとも1つの補助物質を含有することを特徴とする、請求項1から40までのいずれか1項に記載の方法。
  42. 1はCoであることを特徴とする、請求項1から41までのいずれか1項に記載の方法。
  43. 2はK、Csおよび/またはSrであることを特徴とする、請求項1から42までのいずれか1項に記載の方法。
  44. 4はSiであることを特徴とする、請求項1から43までのいずれか1項に記載の方法。
  45. bは0.5〜3であることを特徴とする、請求項1から44までのいずれか1項に記載の方法。
  46. bは1〜2.5であることを特徴とする、請求項1から44までのいずれか1項に記載の方法。
  47. cは3〜8であることを特徴とする、請求項1から46までのいずれか1項に記載の方法。
  48. cは4〜7であることを特徴とする、請求項1から46までのいずれか1項に記載の方法。
  49. dは0.02〜2であることを特徴とする、請求項1から48までのいずれか1項に記載の方法。
  50. dは0.03〜1であることを特徴とする、請求項1から48までのいずれか1項に記載の方法。
  51. dは0.05〜0.5であることを特徴とする、請求項1から48までのいずれか1項に記載の方法。
  52. eは、0.1〜4.5であることを特徴とする、請求項1から51までのいずれか1項に記載の方法。
  53. eは1〜4であることを特徴とする、請求項1から51までのいずれか1項に記載の方法。
  54. gは0.1〜8であることを特徴とする、請求項1から53までのいずれか1項に記載の方法。
  55. gは0.5〜3であることを特徴とする、請求項1から53までのいずれか1項に記載の方法。
  56. 微粒状混合酸化物Bi1bxは、混合酸化物Bi127.5であることを特徴とする、請求項1から55までのいずれか1項に記載の方法。
  57. 微粒状出発材料A1と微粒状出発材料A2と微粒状疎水化珪酸を含む成形助剤とを互いに混合し、微粒状出発材料A3に変えることを特徴とする、請求項1から56までのいずれか1項に記載の方法。
  58. 微粒状出発材料A1と微粒状出発材料A2と微粒状黒鉛を含む成形助剤とを互いに混合し、微粒状出発材料A3に変えることを特徴とする、請求項1から57までのいずれか1項に記載の方法。
  59. 幾何形状成形体Vを微粒状出発材料A3を用いて微粒状出発材料A3の圧縮によって成形することを特徴とする、請求項1から58までのいずれか1項に記載の方法。
  60. 圧縮成形を、ストランドプレス、押出またはタブレット化によって行なうことを特徴とする、請求項59記載の方法。
  61. 幾何形状成形体Vはリングであることを特徴とする、請求項1から60までのいずれか1項に記載の方法。
  62. リング状成形体Vの側面圧縮強さSDは、12N≦SD≦25Nの条件を満たすことを特徴とする、請求項61記載の方法。
  63. 幾何形状成形体Vは球であることを特徴とする、請求項1から60までのいずれか1項に記載の方法。
  64. 幾何形状成形体Vは、中実円柱体であることを特徴とする、請求項1から60までのいずれか1項に記載の方法。
  65. リングの外径は2〜10mmであり、高さは2〜10mmであり、および肉厚は1〜3mmであることを特徴とする、請求項61または62に記載の方法。
  66. 球の直径は、2〜10mmであることを特徴とする、請求項63記載の方法。
  67. 中実円柱体の外径は1〜10mmであり、および高さは2〜10mmであることを特徴とする、請求項64記載の方法。
  68. 幾何形状成形体Vは、微粒状出発材料A3を用いて、微粒状出発材料A3が液状結合剤により幾何形状担体成形体の表面上に施こされることによって成形されることを特徴とする、請求項1から58までのいずれか1項に記載の方法。
  69. 成形体Kの熱処理の範囲内で温度は350℃を上廻り、および温度は600℃を上廻らないことを特徴とする、請求項1から68までのいずれか1項に記載の方法。
  70. 成形体Kの熱処理の範囲内で温度は420℃を上廻り、および温度は500℃を上廻らないことを特徴とする、請求項1から68までのいずれか1項に記載の方法。
  71. 熱処理は空気の存在で行なわれることを特徴とする、請求項1から70までのいずれか1項に記載の方法。
  72. 触媒成形体Kは、非担持触媒成形体Kであり、この非担持触媒成形体Kの製造法には微粉砕法が引き続き、この微粉砕法により微粒状材料が生じ、この微粒状材料は、液状結合剤により幾何形状担体成形体の表面上に施こされることを特徴とする、請求項1から67までのいずれか1項または請求項69から71までのいずれか1項に記載の方法。
  73. 微粒状出発材料A2の粒径
    Figure 2012501838
    が条件
    Figure 2012501838
    を満たすことを特徴とする、請求項1から72までのいずれか1項に記載の方法
  74. 微粒状出発材料A2の粒径
    Figure 2012501838
    が条件
    Figure 2012501838
    を満たすことを特徴とする、請求項1から72までのいずれか1項に記載の方法。

  75. Figure 2012501838
    の値F*は、条件F*15以上を満たし、この場合2つの粒径d50は、長さ単位μmで記載されていることを特徴とする、請求項1から74までのいずれか1項に記載の方法。
  76. 微粒状出発材料A2の粒径
    Figure 2012501838
    と微粒状出発材料A2の粒径
    Figure 2012501838
    との比は、5〜20の範囲内にあることを特徴とする、請求項1から75までのいずれか1項に記載の方法。
  77. 請求項1から76までのいずれか1項に記載の方法によって得られる、触媒成形体。
  78. 非担持触媒成形体の1つである触媒成形体を微粉砕することによって得られ、および請求項1から67までのいずれか1項に記載の方法により得られる、触媒。
  79. 3〜6個のC原子を含有する、アルカン、アルカノール、アルカナール、アルケンおよび/またはアルケナールを触媒床上で不均一系触媒により気相部分酸化する方法において、触媒床が請求項77記載の触媒成形体または請求項78記載の触媒を含むことを特徴とする、3〜6個のC原子を含有する、アルカン、アルカノール、アルカナール、アルケンおよび/またはアルケナールを触媒床上で不均一系触媒により気相部分酸化する方法。
  80. プロペンからアクロレインへの不均一系触媒による気相部分酸化の方法であることを特徴とする、請求項79記載の方法。
  81. イソブテンからメタクロレインへの不均一系触媒による気相部分酸化の方法であることを特徴とする、請求項79記載の方法。
  82. プロペンからアクリルニトリルへのアンモ酸化の方法またはイソブテンからメタクリルニトリルへのアンモ酸化の方法であることを特徴とする、請求項79記載の方法。
  83. 3〜6個のC原子を含有する、アルカン、アルカノール、アルカナール、アルケンおよび/またはアルケナールを不均一系触媒により気相部分酸化する方法における触媒としての請求項77に記載の触媒成形体または請求項78に記載の触媒の使用。
  84. プロペンからアクロレインへ、またはイソブテンからメタクロレインへの不均一系触媒による気相部分酸化の方法、またはプロペンからアクリルニトリルへ、またはイソブテンからメタクリルニトリルへのアンモ酸化の方法で行なわれることを特徴とする、請求項83記載の使用。
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