DE19922113A1 - Multimetal oxide composition, useful as oxidation catalyst, especially for gas phase production of (meth)acrylic acid, comprises crystallites of constant composition - Google Patents
Multimetal oxide composition, useful as oxidation catalyst, especially for gas phase production of (meth)acrylic acid, comprises crystallites of constant compositionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Multimetalloxidmassen, Verfahren zu ihrer Herstellung, sowie die Verwendung der Multimetalloxidmassen als Oxidationskatalysatoren, insbesondere zur gasphasenkatalytisch oxidativen Herstellung von (Meth)acrylsäure.The invention relates to multimetal oxide compositions, processes for their preparation, as well as the use of the multimetal oxide masses as oxidation catalysts, in particular for the gas-phase catalytic oxidative production of (meth) acrylic acid.
Der vorliegend verwendete Begriff Multimetalloxidmasse bezeichnet salzartig aufgebaute Heteropolyverbindungen, die sich von Phosphormolybdänsäure ableiten. Neben Molybdän und Phosphor enthalten sie üblicherweise metallische und übergangsmetallische Elemente, insbesondere Kupfer, Vanadium, Arsen, Antimon, Cäsium sowie Kalium (vergleiche DE-A-43 29 907, DE-A-26 10 249, JP-A- 7/185354). Multimetalloxidmassen haben innerhalb der letzten 20 Jahre großtechnische Bedeutung als Katalysatoren sowohl bei rein säurekatalysierten Reaktionen als auch bei Oxidationsreaktionen, insbesondere bei der oxidativen Herstellung von Methacrylsäure, erlangt. Ein gravierender Nachteil gegenüber Katalysatortypen anderer Verbindungsklassen bestand jedoch in der reduzierten. Standzeit.The term multimetal oxide mass used here denotes salt-like built-up heteropoly compounds derived from phosphoromolybdic acid. In addition to molybdenum and phosphorus, they usually contain metallic and transition metal elements, in particular copper, vanadium, arsenic, antimony, Cesium and potassium (see DE-A-43 29 907, DE-A-26 10 249, JP-A- 7/185354). Multimetal oxide masses have been in the past 20 years Industrial importance as catalysts both in purely acid-catalyzed Reactions as well as in oxidation reactions, especially in the oxidative Production of methacrylic acid obtained. A serious disadvantage compared to However, catalyst types of other classes of compounds consisted of the reduced ones. Service life.
Die DE-A 44 05 060 schlägt Multimetalloxidmassen mit zweiphasigem Aufbau vor,
deren Brutto-Elementzusammensetzung im wesentlichen derjenigen der
erfindungsgemäßen Multimetalloxidmassen entspricht, mit verbesserter kata
lytischer Aktivität und Selektivität sowie mit verbesserter Standzeit. Die Multime
talloxidmassen gemäß der DE-A 44 05 060 entsprechen der Formel I
DE-A 44 05 060 proposes multimetal oxide compositions with a two-phase structure, the gross element composition of which essentially corresponds to that of the multimetal oxide compositions according to the invention, with improved catalytic activity and selectivity and with an improved service life. The multime talloxidmassen according to DE-A 44 05 060 correspond to formula I.
[A]p[B]q (I),
[A] p [B] q (I),
in der die Variablen die folgende Bedeutung haben:
A Mo12Xa 1Xb 2Xc 3X4SeXf 5OX
B X6 gX7 hOy
X1 Phosphor, Arsen, Bor, Germanium und/oder Silicium,
X2 Vanadium, Niob und/oder Wolfram,
X3 Wasserstoff, von dem bis zu 97 Mol.-% ersetzt sein können durch Kalium,
Rubidium, Cäsium und/oder Ammonium (NH4),
X4 Antimon und/oder Wismut,
X5 Rhenium und/oder Rhodium,
X6 Kupfer, Eisen, Kobalt, Nickel, Zink, Cadmium, Mangan, Magnesium,
Calcium, Strontium und/oder Barium,
X7 Niob, Tantal und/oder Antimon,
a 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 3 und besonders bevorzugt 1,5 bis 2,5
b 0 bis 6, vorzugsweise 0,2 bis 4 und besonders bevorzugt 0,5 bis 2,
c 3 bis 5,
d 0 bis 6, vorzugsweise 0 bis 3 und besonders bevorzugt 0,5 bis 1,5,
e 0 bis 3, vorzugsweise 0,01 bis 1 und besonders bevorzugt 0,01 bis 0,2,
f 0 bis 3, vorzugsweise 0,01 bis 1 und besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5,
g 0,5 bis 1,5, vorzugsweise 0,9 bis 1,1,
h 2 bis 4, vorzugsweise 2 bis 3 und besonders bevorzugt 2 bis 2,5,
x, y Zahlen, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiede
nen Elemente in I bestimmt werden und
p, q von Null verschiedene Zahlen, deren Verhältnis p/q 12 : 0,1 bis 12 : 48, vorzugs
weise 12 : 0,25 bis 12 : 12 und besonders bevorzugt 12 : 0,5 bis 12 : 4 beträgt,
die den Anteil [A]p in Form dreidimensional ausgedehnter, von ihrer lokalen Umge
bung aufgrund ihrer verschiedenen chemischen Zusammensetzung abgegrenzter,
Bereiche A der chemischen Zusammensetzung
in which the variables have the following meaning:
A Mo 12 X a 1 X b 2 X c 3 X 4 S e X f 5 O X
BX 6 g X 7 h O y
X 1 phosphorus, arsenic, boron, germanium and / or silicon,
X 2 vanadium, niobium and / or tungsten,
X 3 is hydrogen, of which up to 97 mol% can be replaced by potassium, rubidium, cesium and / or ammonium (NH 4 ),
X 4 antimony and / or bismuth,
X 5 rhenium and / or rhodium,
X 6 copper, iron, cobalt, nickel, zinc, cadmium, manganese, magnesium, calcium, strontium and / or barium,
X 7 niobium, tantalum and / or antimony,
a 1 to 6, preferably 1 to 3 and particularly preferably 1.5 to 2.5
b 0 to 6, preferably 0.2 to 4 and particularly preferably 0.5 to 2,
c 3 to 5,
d 0 to 6, preferably 0 to 3 and particularly preferably 0.5 to 1.5,
e 0 to 3, preferably 0.01 to 1 and particularly preferably 0.01 to 0.2,
f 0 to 3, preferably 0.01 to 1 and particularly preferably 0.1 to 0.5,
g 0.5 to 1.5, preferably 0.9 to 1.1,
h 2 to 4, preferably 2 to 3 and particularly preferably 2 to 2.5,
x, y numbers which are determined by the valency and frequency of the elements in I other than oxygen and
p, q numbers other than zero, whose ratio p / q is 12: 0.1 to 12: 48, preferably 12: 0.25 to 12: 12 and particularly preferably 12: 0.5 to 12: 4,
that the portion [A] p in the form of three-dimensionally extended areas A of the chemical composition, which are delimited from their local environment due to their different chemical composition
A Mo12Xa 1Xb 2Xc 3Xd 4SeXf 5Ox
A Mo 12 X a 1 X b 2 X c 3 X d 4 S e X f 5 O x
und den Anteil [B]q in Form dreidimensional ausgedehnter, von ihrer lokalen Umge
bung aufgrund ihrer von ihrer lokalen Umgebung verschiedenen chemischen
Zusammensetzung abgegrenzter, Bereiche B der chemischen Zusammensetzung
and the proportion [B] q in the form of three-dimensionally extended regions B of the chemical composition which are differentiated from their local surroundings on account of their chemical composition which differs from their local surroundings
B X6 gX7 hOy
BX 6 g X 7 h O y
enthalten, wobei die Bereiche A, B relativ zueinander wie in einem feinteiligen Gemisch aus A und B verteilt sind.included, the areas A, B relative to each other as in a finely divided Mixture of A and B are distributed.
Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, die Katalysatorstandzeiten von Multimetalloxidmassen weiter zu verbessern. Es soll weiterhin ein Verfahren zur Herstellung der Multimetalloxidmassen mit verbesserten Standzeiten zur Verfügung gestellt werden.In contrast, it is an object of the invention, the catalyst life of To further improve multimetal oxide materials. A procedure is to continue Manufacture of the multimetal oxide materials with improved tool life available be put.
Die Aufgabe wird erimdungsgemäß durch Multimetalloxidmassen der Formel
According to the invention, the object is achieved by multimetal oxide compositions of the formula
[A]p[B]q (I),
[A] p [B] q (I),
gelöst, in der die Variablen die folgende Bedeutung haben:
A Mo12Xa 1Xb 2Xc 3Xd 4Xe 5OX
B MOfX6 gX7 hOy
X1 H von dem bis zu 97 Mol-% ersetzt sein können durch Ammonium, K, Rb,
und/oder Cs,
X2 V, Nb, Ta, W und/oder Re,
X3 B, Si, P, Ge, As und/oder Sb,
X4 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Ca, Sr und/oder Ba,
X5 S
X6 Cu, Fe, Co, Ni, Zn, Cd, Mn, Mg, Ca, Sr und/oder Ba,
X1 Nb, Ta und/oder Sb,
a 1 bis 3,
b 0,1 bis 2,
c 0 bis 5,
d 0 bis 1,
e 0 bis 1,
f 0 bis 2,
g 0,5 bis 1,5,
h 2 bis 4,
x, y Zahlen, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiede
nen Elemente in (I) bestimmt sind,
p = 1 und q = 0 oder
p, q von Null verschiedene, ganze Zahlen, deren Verhältnis p/q von 160 : 1 bis 1 : 1
beträgt,
wobei die Standardabweichung des stöchiometrischen Koeffizienten a der Variablen
X1 einzelner Kristallite innerhalb der Komponente A der Multimetalloxidmasse,
kleiner als 0,40, bevorzugt kleiner als 0,20, insbesondere kleiner als 0,11, ist.solved, in which the variables have the following meaning:
A Mo 12 X a 1 X b 2 X c 3 X d 4 X e 5 O X
B MO f X 6 g X 7 h O y
X 1 H of which up to 97 mol% can be replaced by ammonium, K, Rb, and / or Cs,
X 2 V, Nb, Ta, W and / or Re,
X 3 B, Si, P, Ge, As and / or Sb,
X 4 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Ca, Sr and / or Ba,
X 5 p
X 6 Cu, Fe, Co, Ni, Zn, Cd, Mn, Mg, Ca, Sr and / or Ba,
X 1 Nb, Ta and / or Sb,
a 1 to 3,
b 0.1 to 2,
c 0 to 5,
d 0 to 1,
e 0 to 1,
f 0 to 2,
g 0.5 to 1.5,
h 2 to 4,
x, y numbers which are determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in (I),
p = 1 and q = 0 or
p, q integers other than zero, whose ratio p / q is from 160: 1 to 1: 1,
where the standard deviation of the stoichiometric coefficient a of the variable X 1 of individual crystallites within component A of the multimetal oxide mass is less than 0.40, preferably less than 0.20, in particular less than 0.11.
Es wurde gefunden, daß die Standzeit von Multimetalloxidkatalysatoren in entscheidendem Maße von der Streubreite bezüglich der Zusammensetzung der einzelnen Kristallite der Komponente A innerhalb der Multimetalloxidmasse [A]p [B]q abhängt.It has been found that the service life of multimetal oxide catalysts depends crucially on the spread with respect to the composition of the individual crystallites of component A within the multimetal oxide mass [A] p [B] q .
Durch technisch einfache Maßnahmen, und zwar die Wahl definierter Parameter in der Calcinationsstufe konnte erfindungsgemäß in überraschender Weise eine geringe Streubreite in der Konzentration der Variablen X1 der Komponente A erreicht werden, die nach dem Fällen und Trocknen zunächst unerwünscht groß ist. Es war insbesondere unerwartet, daß dieser, für die katalytischen Eigenschaften maßgebliche Effekt, nur bei Calcination in einem definierten Temperaturbereich erreicht wird, und mit weiterer Temperaturzunahme abnimmt.Technically simple measures, namely the choice of defined parameters in the calcination stage, surprisingly made it possible, according to the invention, to achieve a small scatter in the concentration of the variable X 1 of component A, which is initially undesirably large after the precipitation and drying. It was particularly unexpected that this effect, which is decisive for the catalytic properties, is only achieved with calcination in a defined temperature range and decreases with a further increase in temperature.
Für das erfindungsgemäße Verfahrensergebnis ist eine lange Calcinationsdauer, die mindestens 6 Stunden beträgt, wesentlich. Die Obergrenze der Calcinationsdauer ist offen, Begrenzungen ergeben sich lediglich in der Praxis aus Gründen der Wirtschaftlichkeit.A long calcination time for the process result according to the invention is that is at least 6 hours, essential. The upper limit of the calcination time is open, limitations only arise in practice for reasons of Economics.
Bevorzugt wird eine Calcinationsdauer im Bereich von 6 bis 12 Stunden und eine Calcinationstemperatur im Bereich von 300 bis 385°C gewählt.A calcination time in the range of 6 to 12 hours and one is preferred Calcination temperature selected in the range of 300 to 385 ° C.
Besonders bevorzugt ist eine Calcinationsdauer von 6 bis 12 Stunden und eine Calcinationstemperatur von 350 bis 380°C, weiter bevorzugt eine Calcinationsdauer von 6 bis 9 Stunden und eine Calcinationstemperatur von 360 bis 370°C.A calcination time of 6 to 12 hours and one is particularly preferred Calcination temperature of 350 to 380 ° C, more preferably a calcination time from 6 to 9 hours and a calcination temperature from 360 to 370 ° C.
Multimetalloxidmassen haben eine weitgehend kristalline Struktur: dabei wird als Primärstruktur die Struktur des Anions der salzartig aufgebauten Heteropolyver bindungen bezeichnet. Das Anion ist ein Molekülion, aufgebaut über eine komplexe Verknüpfung von Oxometallatpolyedern beziehungsweise eines Heteroatoms mit Oxometallatpolyedern.Multimetal oxide materials have a largely crystalline structure: Primary structure is the structure of the anion of the salt-like heteropolyver bonds referred to. The anion is a molecular ion, built up over a complex Linking oxometalate polyhedra or a heteroatom with Oxometalate polyhedra.
Einzelne dieser Primärstrukturen wurden nach ihren Entdeckern benannt, beispielsweise die Keggin-Struktur, PMo12O40, oder die Dawson-Struktur, P2Mo18O64. Die Primärstruktur ist im Festkörper wie in Lösung gleich. In der Sekundärstruktur sind die Anionen der Primärstruktur sowie die Kationen auf die Gitterplätze festgelegt. Bei gleicher Primärstruktur wird die Sekundärstruktur beispielsweise vom Hydratisierungsgrad, vom Ionenradius der Gegenionen (Kationen) sowie von der Ladung der Anionen der Primärstruktur bestimmt. Die Komponente A der Multimetalloxidmasse setzt sich aus einzelnen Kristalliten zusammen, die diese Sekundärstruktur aufweisen. Als Kristallit werden vorliegend kristalline Teilchen mit Korngrößen im Bereich von 0,1 bis 10 µm definiert, wobei die Korngröße in bekannter Weise den Durchmesser der Teilchen bezeichnet. Some of these primary structures were named after their discoverers, for example the Keggin structure, PMo 12 O 40 , or the Dawson structure, P 2 Mo 18 O 64 . The primary structure is the same in the solid as in the solution. The anions of the primary structure and the cations on the lattice sites are defined in the secondary structure. With the same primary structure, the secondary structure is determined, for example, by the degree of hydration, by the ion radius of the counterions (cations) and by the charge of the anions of the primary structure. Component A of the multimetal oxide mass is composed of individual crystallites that have this secondary structure. Crystalline particles with grain sizes in the range from 0.1 to 10 μm are defined as crystallite, the grain size denoting the diameter of the particles in a known manner.
Wesentlich für einheitliche Katalysatoreigenschaften ist die Konstanz der Zusammensetzung dieser einzelnen Kristallite.The constancy of the is essential for uniform catalyst properties Composition of these individual crystallites.
Von besonderer Bedeutung ist die Konstanz des Cäsiumgehalts einzelner Kristallite, da ansonsten die Kristallite mit relativ kleinstem Cäsiumgehalt überwiegend am katalytischen Geschehen beteiligt sind, wobei es zu einer zu tief gehenden Reduktion des Molybdäns zu Molybdänoxiden kommt, und dabei die Primärstruktur beispielsweise der Keggin-Einheit zerfällt. Die dabei freigesetzten Alkalimetall kationen wandern in Nachbarkristallite ab, in denen die Heteropolystruktur noch vorliegt, verdrängen die dort noch vorhandenen, für die katalytische Aktivität entscheidenden Protonen und führen somit zu einem exponentiellen Abfall der Katalysatoraktivität.The constancy of the cesium content of individual crystallites is of particular importance, since otherwise the crystallites with a relatively low cesium content predominantly on Catalytic events are involved, leading to an in-depth reduction of molybdenum to molybdenum oxides, and thereby the primary structure for example the Keggin unit disintegrates. The alkali metal released in the process cations migrate into neighboring crystallites, in which the heteropoly structure still exists is present, replace those still present there for the catalytic activity crucial protons and thus lead to an exponential drop in the Catalyst activity.
Die Standardabweichung s wird in bekannter Weise durch die Formel (II) definiert.
The standard deviation s is defined in a known manner by the formula (II).
wobei
s = Standardabweichung
n = Anzahl der Messungen
j = Nummer der Messung
x = Meßwert
x = arithmetisches Mittel aller Meßwerte. (vergleiche E. Kreyszig: Advanced
Engineering Mathematics, J. Wiley, New York, 5th Edition, 1983, p. 895).in which
s = standard deviation
n = number of measurements
j = measurement number
x = measured value
x = arithmetic mean of all measured values. (see E. Kreyszig: Advanced Engineering Mathematics, J. Wiley, New York, 5 th Edition, 1983, p 895th).
Ein Herstellungsverfahren für Multimetalloxidmassen gemäß der Erfindung umfaßt
die folgenden Schritte:
A manufacturing method for multimetal oxide compositions according to the invention comprises the following steps:
- a) Herstellung einer oder mehrerer, bevorzugt von 2 oder 3, insbesondere wäßriger Lösungen und/oder Dispersionen von Elementquellen der Multi metalloxidmassen, a) Preparation of one or more, preferably 2 or 3, in particular aqueous solutions and / or dispersions of element sources of the Multi metal oxide masses,
- b) gegebenenfalls Eintragen von pH-absenkenden Mitteln oder Herstellung von Lösungen, die überwiegend oder ausschließlich pH-absenkende Mittel enthalten,b) optionally entering pH-lowering agents or preparation of solutions that are predominantly or exclusively pH-lowering agents contain,
- c) Mischen der Lösungen und/ oder Dispersionen,c) mixing the solutions and / or dispersions,
- d) gegebenenfalls Erhitzen, insbesondere in Gegenwart von Inert- oder Reaktivgasen,d) optionally heating, especially in the presence of inert or Reactive gases,
- e) Trocknen, insbesondere Eindampfen oder Sprühtrocknen,e) drying, in particular evaporation or spray drying,
- f) Formgebung, insbesondere zu Tabletten oder Hohlzylindern undf) shaping, in particular into tablets or hollow cylinders and
- g) Calcinieren.g) calcining.
In Verfahrensstufe a) werden bevorzugt wäßrige Lösungen und/oder Dispersionen der Elementquellen der Multimetalloxidmasse hergestellt. Bei den Elementquellen handelt es sich entweder bereits um Oxide, oder um solche Verbindungen, die durch Erhitzen, gegebenenfalls in Gegenwart von Sauerstoff, in Oxide überführbar sind. Neben den Oxiden kommen daher als Ausgangsverbindungen vor allem Halogenide, Hydrate, Formiate, Oxalate, Acetate, Carbonate, Hydroxide, Ammoniumverbindungen und/oder anorganische Säuren in Betracht. Für die einzelnen Elemente besonders geeignete Quellen sind in DE-A 44 05 060 angegeben. Dabei werden einzelne Elemente in der Weise zu einer Lösung und/oder Dispersion zusammengefaßt, die möglichst homogen mischbar sind und die keine oder nahezu keine Ausfällung von Heteropolyverbindungen bewirken. In mindestens einer der Lösungen und/oder Dispersionen kann ein pH-absenkendes Mittel, bevorzugt Salpetersäure, eingetragen werden (Verfahrensstufe b).In process stage a), preference is given to aqueous solutions and / or dispersions of the element sources of the multimetal oxide mass. With the element sources it is either already oxides, or such compounds that by Heating, optionally in the presence of oxygen, can be converted into oxides. In addition to the oxides, the main starting compounds are halides, Hydrates, formates, oxalates, acetates, carbonates, hydroxides, Ammonium compounds and / or inorganic acids into consideration. For the Particularly suitable sources of individual elements are in DE-A 44 05 060 specified. Individual elements become a solution and / or Dispersion summarized, which are as homogeneously miscible as possible and none or cause almost no precipitation of heteropoly compounds. In at least one of the solutions and / or dispersions can contain a pH-lowering agent, preferably nitric acid, are entered (process stage b).
In den Verfahrensstufen a) und b) werden in der Regel warme, d. h. eine Temperatur von etwa 40 bis 60°C, bevorzugt von 45 bis 55°C aufweisende Lösungen und/oder Dispersionen hergestellt.In process stages a) and b), warm, d. H. a Temperature of about 40 to 60 ° C, preferably from 45 to 55 ° C Solutions and / or dispersions produced.
Die Aufarbeitung des durch Mischen der Lösungen und/oder Dispersionen erzeugten Fällungsprodukts erfolgt in bekannter Weise. Bei einzelnen Rezepturen kann es vorteilhaft sein, zunächst die erzeugte Dispersion zu erhitzen, insbesondere in Gegenwart von Inert- oder Aktivgasen, wogegen andere Rezepturen eine sofortige Abtrennung des Fällungsprodukts von der Flüssigphase mit anschließender Trocknung, insbesondere durch Eindampfen oder durch Sprühtrocknen voraussetzen. Die erhaltenen Massen werden anschließend geformt, beispielsweise als Tabletten oder Hohlzylinder und schließlich calciniert.Working up by mixing the solutions and / or dispersions Precipitation product is produced in a known manner. With individual recipes it may be advantageous to first heat the dispersion produced, in particular in the presence of inert or active gases, whereas other recipes have one immediate separation of the precipitate from the liquid phase with subsequent Drying, especially by evaporation or spray drying presuppose. The masses obtained are then shaped, for example as tablets or hollow cylinders and finally calcined.
Nach einem weiteren Verfahren wird zunächst eine, vorzugsweise wäßrige, Lösung oder Dispersion der Elementquellen hergestellt und gegebenenfalls ein pH absenkendes Mittel, insbesondere Salpetersäure, eingetragen.According to a further process, a, preferably aqueous, solution is first made or dispersion of the element sources and optionally a pH depressant, especially nitric acid, registered.
Es wurde gefunden, daß die Konstanz der Zusammensetzung der Multimetall oxidmasse über die Parameter der Calcinationsstufe g) verbessert werden kann: durch eine relativ lange Calcinationsdauer von mindestens 6 Stunden sowie Calcinationstemperaturen im Bereich von 300 bis 385°C, findet ein weitgehender Ausgleich der für die katalytische Aktivität entscheidenden Konzentration an Cäsiumkationen durch Festkörperdiffusion zwischen unterschiedlichen Einzel kristalliten statt. Die Calcinationstemperatur ist nach unten durch die Beweglichkeit der Cäsiumkationen und nach oben durch die Stabilität der Kristallstruktur begrenzt. Die Calcination wird üblicherweise an Luft durchgeführt. Es kann allerdings auch vorteilhaft sein, die Calcination in Stickstoff oder in Luft/Stickstoff-Gemischen durchzuführen.It has been found that the constancy of the composition of the multimetal oxide mass can be improved via the parameters of the calcination step g): through a relatively long calcination time of at least 6 hours as well Calcination temperatures in the range of 300 to 385 ° C, finds a wide range Compensation of the decisive concentration for the catalytic activity Cesium cations by solid diffusion between different single crystallites instead. The calcination temperature is down due to the mobility of cesium cations and capped by the stability of the crystal structure. The calcination is usually carried out in air. However, it can also be advantageous, the calcination in nitrogen or in air / nitrogen mixtures perform.
Die Multimetalloxidmassen gemäß der Erfindung werden als Oxidations katalysatoren mit verbesserter Standzeit, insbesondere zur gasphasenkatalytisch oxidativen Herstellung von (Meth)acrylsäure eingesetzt.The multimetal oxide compositions according to the invention are called oxidation catalysts with improved service life, especially for gas phase catalysis oxidative production of (meth) acrylic acid used.
In bevorzugter Weise werden die Multimetalloxidmassen dabei als Vollkataly satoren eingesetzt, mit der Geometrie eines Hohlzylinders mit einem Außen durchmesser und einer Länge von 2 bis 10 mm und einer Wandstärke von 1 bis 3 mm. The multimetal oxide materials are preferably in the form of full catalysts sensors used, with the geometry of a hollow cylinder with an outside diameter and a length of 2 to 10 mm and a wall thickness of 1 to 3 mm.
Die Beispiele betreffen die Herstellung von erfindungsgemäßen Multimetall oxidmassen und von Multimetalloxidmassen zum Vergleich (den Gehalt an Wasserstoff, Ammonium und Sauerstoff der resultierenden Massen legt das jeweilige Herstellungsverfahren fest; die Werte wurden nicht regelmäßig ermittelt und sind daher in den angegebenen Stöchiometrien nicht regelmäßig enthalten).The examples relate to the production of multimetal according to the invention oxide masses and multimetal oxide masses for comparison (the content of That puts hydrogen, ammonium and oxygen of the resulting masses respective manufacturing processes fixed; the values were not determined regularly and are therefore not regularly included in the stoichiometries indicated).
Das Lösungs- oder Dispersionsmittel ist in allen Beispielen und Vergleichs beispielen Wasser.The solvent or dispersant is in all examples and comparative examples of water.
Die Begriffe Umsatz, Selektivität, Desaktivierungsrate und Standardabweichung
sind vorliegend, falls nicht anderes erwähnt wird, wie folgt definiert:
The terms conversion, selectivity, deactivation rate and standard deviation are defined here as follows, unless stated otherwise:
Die Desaktivierungsrate wird definiert als Temperaturerhöhung des Heizmediums in Grad Kelvin, die zwischen dem Zeitpunkt nach 120 Betriebsstunden und 720 Betriebsstunden notwendig ist, um den vorgegebenen Umsatz an (Meth) acrolein zu halten.The deactivation rate is defined as the temperature increase of the heating medium in Degrees Kelvin between the time after 120 hours of operation and 720 Hours of operation is necessary to achieve the given sales of (meth) acrolein hold.
Die Standardabweichung s wird in bekannter Weise durch die bereits aufgeführte Formel (II) definiert. Vorliegend wurde die Standardabweichung bezüglich der Konzentration der Variablen X1 durch Auswertung von jeweils 20 Messungen vorgenommen. Die Konzentrationsmessungen wurden mit Hilfe der analytischen Transmissionselektronenmikroskopie durchgeführt: dazu wurden die Multimetalloxidmassen in Polymethylacrylat eingebettet und mittels eines Ultramikrotoms der Firma Reichert in ca. 100 nm dicke Scheiben geschnitten. Diese Scheiben wurden als Proben in ein Transmissionselektronenmikroskop Modell 400 KVFX der Firma JEOL eingebaut. Die Elementkonzentration wurde mit Hilfe eines energiedispersiven Röntgendetektors und der dazu gehörigen Auswerteeinheit (Modell Noran TN5500) mit einer Auflösung von 0,05 µm bestimmt (vergleiche Goldstein et al.: Principles of Analytical Electronmicroscopy, Plenum Press 1989, Seite 155).The standard deviation s is defined in a known manner by the formula (II) already listed. In the present case, the standard deviation with regard to the concentration of the variable X 1 was carried out by evaluating 20 measurements in each case. The concentration measurements were carried out with the aid of analytical transmission electron microscopy: for this purpose, the multimetal oxide materials were embedded in polymethylacrylate and cut into slices approximately 100 nm thick using an ultramicrotome from Reichert. These disks were installed as samples in a transmission electron microscope model 400 KVFX from JEOL. The element concentration was determined with the aid of an energy-dispersive X-ray detector and the associated evaluation unit (model Noran TN5500) with a resolution of 0.05 µm (compare Goldstein et al .: Principles of Analytical Electronmicroscopy, Plenum Press 1989, page 155).
Zunächst wurden die Ausgangsmassen AM1 für Komponente A und AM2 für
Komponente B in folgender Weise hergestellt:
Für die Ausgangsmasse AM1 wurden 4260 g (NH4)6Mo7O24.4H2O und 140,6 g
NH4VO3 in 5 l auf 40 bis 45°C temperiertes H2O unter ständigem Rühren gelöst.
Parallel wurde 393,1 g CsNO3 in 850 ml warmen H2O gelöst und anschließend
hinzugegeben. Danach wurde 388,3 g einer 76 Gew-%-igen H3PO4-Lösung zur
Ausgangslösung hinzugetropft und nacheinander 10,9 g Diammoniumsulfat und
293,1 g Sb2O3 zugegeben. Das resultierende Gemisch wurde innerhalb von 30 min
auf 85 bis 95°C erhitzt, 413,9 g einer Kupfernitratlösung (15,5 Gew.-% Cu)
hinzugetropft und bei einer Austrittstemperatur von 110 bis 120°C sprühgetrocknet.
Der resultierenden Ausgangsmasse M liegt gemessen über die gesamte Masse,
folgende Stöchiometrie zugrunde (nach Calcination):
First, the starting materials AM1 for component A and AM2 for component B were produced in the following way:
For the starting mass AM1, 4260 g (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O and 140.6 g NH 4 VO 3 were dissolved in 5 l of H 2 O heated to 40 to 45 ° C. with constant stirring. At the same time, 393.1 g of CsNO 3 was dissolved in 850 ml of warm H 2 O and then added. 388.3 g of a 76% strength by weight H 3 PO 4 solution were then added dropwise to the starting solution, and 10.9 g of diammonium sulfate and 293.1 g of Sb 2 O 3 were added in succession. The resulting mixture was heated to 85 to 95 ° C. in the course of 30 minutes, 413.9 g of a copper nitrate solution (15.5% by weight of Cu) were added dropwise and spray-dried at an outlet temperature of 110 to 120 ° C. The resulting initial mass M, measured over the entire mass, is based on the following stoichiometry (after calcination):
Mo12P1,5V0,6Cs1,0Cu0,5Sb1,0S0,04OX.Mo 12 P 1.5 V 0.6 Cs 1.0 Cu 0.5 Sb 1.0 S 0.04 O X.
Zur Herstellung der Ausgangsmasse AM2 für die Komponente B wurden unter Rühren 880,0 g Sb2O3 mit einem Sb-Gehalt von 83,0 Gew.-% ( = 6,0 Mol Sb) in 4 l Wasser suspendiert. Anschließend wurde in die Suspension eine Lösung von 724,8 g Cu(NO3)2 × 3 H2O ( = 3,0 Mol Cu) in 4 l Wasser zugegeben. Die Suspension wurde 2 Stunden lang bei 80°C nachgerührt und sprühgetrocknet (Eingangstemperatur = 350°C, Ausgangstemperatur = 110°C).To produce the starting mass AM2 for component B, 880.0 g of Sb 2 O 3 with an Sb content of 83.0% by weight (= 6.0 mol Sb) were suspended in 4 l of water with stirring. A solution of 724.8 g of Cu (NO 3 ) 2 × 3 H 2 O (= 3.0 mol of Cu) in 4 l of water was then added to the suspension. The suspension was stirred at 80 ° C. for 2 hours and spray-dried (inlet temperature = 350 ° C., outlet temperature = 110 ° C.).
Das erhaltene Sprühpulver wurde in einem Drehrohrofen unter Durchleiten von
ausreichend reinem Sauerstoff stufenweise innerhalb von 1 Stunde auf 150°C,
innerhalb von 4 Stunden auf 200°C innerhalb von 2 Stunden auf 300°C und
innerhalb von 2 Stunden auf 400°C aufgeheizt. Anschließend wurde das vor
calcinierte Pulver ebenfalls unter reinem Sauerstoff innerhalb von 2 Tagen auf
900°C aufgeheizt. Das erhaltene Pulver hatte eine spezifische Oberfläche nach BET
von 0,3 m2/g. Das Pulver-Röntgendiagramm des erhaltenen Pulvers zeigte im
wesentlichen die Beugungsreflexe von CuSb2O6 (Vergleichsspektrum 17-0284 der
JCPDS-ICDD-Kartei).
Der resultierenden Ausgangsmasse AM2 liegt folgende Stöchiometrie zugrunde:
The spray powder obtained was gradually heated to 150 ° C. in the course of 1 hour, to 200 ° C. in the course of 4 hours, to 300 ° C. in the course of 2 hours and to 400 ° C. in the course of 2 hours while passing sufficient pure oxygen through it. Subsequently, the pre-calcined powder was also heated to 900 ° C. under pure oxygen within 2 days. The powder obtained had a BET specific surface area of 0.3 m 2 / g. The powder X-ray diagram of the powder obtained essentially showed the diffraction reflections of CuSb 2 O 6 (comparison spectrum 17-0284 from the JCPDS-ICDD file). The resulting initial mass AM2 is based on the following stoichiometry:
CuSb2O6.CuSb 2 O 6 .
Die Ausgangsmassen AM1 und AM2 wurden anschließend in der nachfolgend beschriebenen Weise Beispiel 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 behandelt. Die Verfahrensparameter sowie die jeweils erhaltenen Werte für Umsatz, Selektivität, Desaktivierungsrate und Standardabweichung des stöchiometrischen Koeffizienten a der Variablen X1 sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt.The starting materials AM1 and AM2 were then treated in the manner described below, Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2. The process parameters and the respectively obtained values for conversion, selectivity, deactivation rate and standard deviation of the stoichiometric coefficient a of the variable X 1 are listed in the table below.
617,2 g Feststoff der Ausgangsmasse AM1 wurde mit 54 g des Feststoffs der Ausgangsmasse AM2 gemischt. Anschließend wurden etwa 2 Gew.-% Graphit dazugemischt und die Masse zu Hohlzylindern (7 mm × 7 mm × 3 mm) geformt. Die Hohlzylinder wurden in einem Umluftofen unter ständigem Luftstrom calciniert (500 NI/h Luft pro kg Feststoff), wobei sie mit 4°C/h auf 270°C aufgeheizt wurden und wobei jeweils bei 180°C, 220°C und 270°C die Temperatur für 30 min gehalten wurde. Abschließend wurde die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 2°C/h auf 385°C erhöht und diese für 4 h aufrechterhalten.617.2 g solid of the starting mass AM1 was mixed with 54 g of the solid Initial mass AM2 mixed. Then about 2 wt .-% graphite added and the mass formed into hollow cylinders (7 mm × 7 mm × 3 mm). The hollow cylinders were calcined in a forced air oven under constant air flow (500 NI / h air per kg solid), where they were heated to 270 ° C at 4 ° C / h and wherein at 180 ° C, 220 ° C and 270 ° C, the temperature for 30 min was held. In conclusion, the temperature was at a rate of 2 ° C / h increased to 385 ° C and maintained for 4 h.
Wie Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß die Endtemperatur bei der Calcination bei 380°C lag und für 6 h gehalten wurde.As Example 1 with the difference that the final temperature in the calcination at Was 380 ° C and was held for 6 h.
Analog Beispiel 1, mit dem Unterschied, daß die Endtemperatur bei der Calcination sowie die Calcinationsdauer auf die in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Werte eingestellt wurden.Analogous to Example 1, with the difference that the final temperature during the calcination as well as the calcination time to those listed in the table below Values were set.
Analog Beispiel 1 mit dem Unterschied, daß die Hohlzylinder nicht calciniert wurden.Analogous to Example 1, with the difference that the hollow cylinder is not calcined were.
Analog Beispiel 1, mit dem Unterschied, daß die Endtemperatur bei der Calcination bei 395°C und für 4 h gehalten wurde.Analogous to Example 1, with the difference that the final temperature at Calcination was held at 395 ° C and for 4 h.
Aus den Beispielen ist zu erkennen, daß die geringste Desaktivierungsrate sowie die kleinste Standardabweichung des stöchiometrischen Koeffizienten a der Variablen X1 für die Beispiele erreicht wurden, die bei Endtemperaturen für die Calcination von 360 bis 370°C und einer Calcinationsdauer zwischen 6 bis 12 Stunden gefahren wurden.From the examples it can be seen that the lowest deactivation rate and the smallest standard deviation of the stoichiometric coefficient a of the variable X 1 were achieved for the examples, which were run at final temperatures for the calcination of 360 to 370 ° C and a calcination time between 6 and 12 hours were.
Claims (8)
[A]p [B]q (I),
in der die Variablen die folgende Bedeutung haben:
A Mo12Xa 1Xb 2Xc 3Xd 4Xe 5OX
B MofX6 gX7 hOy
X1 H, von dem bis zu 97 Mol-% ersetzt sein können durch Ammonium, K, Rb, und/oder Cs,
X2 V, Nb, Ta, W und/oder Re,
X3 B, Si, P, Ge, As und/oder Sb,
X4 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Ca, Sr und/oder Ba,
X5 S,
X6 Cu, Fe, Co, Ni, Zn, Cd, Mn, Mg, Ca, Sr und/oder Ba,
X7 Nb, Ta und/ oder Sb,
a 1 bis 3,
b 0,1 bis 2,
c 0 bis 5,
d 0 bis 1,
e 0 bis 1,
f 0 bis 2,
g 0,5 bis 1,5,
h 2 bis 4,
x, y Zahlen, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in (I) bestimmt sind,
p = 1 und q = 0 oder
p, q von Null verschiedene, ganze Zahlen, deren Verhältnis p/q von 160 : 1 bis 1 : 1 beträgt, wobei die Standardabweichung des stöchiometrischen Koeffizienten a der Variablen X1 einzelner Kristallite innerhalb der Komponente A der Multimetalloxidmasse Meiner als 0,40, bevorzugt kleiner als 0,20, insbesondere kleiner als 0,11, ist.1. Multimetal oxide compositions of the formula
[A] p [B] q (I),
in which the variables have the following meaning:
A Mo 12 X a 1 X b 2 X c 3 X d 4 X e 5 O X
B Mo f X 6 g X 7 h O y
X 1 H, of which up to 97 mol% can be replaced by ammonium, K, Rb and / or Cs,
X 2 V, Nb, Ta, W and / or Re,
X 3 B, Si, P, Ge, As and / or Sb,
X 4 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Ca, Sr and / or Ba,
X 5 S,
X 6 Cu, Fe, Co, Ni, Zn, Cd, Mn, Mg, Ca, Sr and / or Ba,
X 7 Nb, Ta and / or Sb,
a 1 to 3,
b 0.1 to 2,
c 0 to 5,
d 0 to 1,
e 0 to 1,
f 0 to 2,
g 0.5 to 1.5,
h 2 to 4,
x, y numbers which are determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in (I),
p = 1 and q = 0 or
p, q integers other than zero, the ratio p / q of which is from 160: 1 to 1: 1, the standard deviation of the stoichiometric coefficient a of the variable X 1 of individual crystallites within component A of the multimetal oxide mass being less than 0.40, is preferably less than 0.20, in particular less than 0.11.
- a) Herstellung einer oder mehrerer, bevorzugt von 2 oder 3, insbesondere wäßrigen Lösungen und/oder Dispersionen von Elementquellen der Multi metalloxidmassen,
- b) gegebenenfalls Eintragen von pH-absenkenden Mitteln oder Herstellung von Lösungen, die überwiegend oder ausschließlich pH-absenkende Mittel enthalten,
- c) Mischen der Lösungen und/oder Dispersionen,
- d) gegebenenfalls Tempern, insbesondere in Gegenwart von Inert- oder Reaktivgasen,
- e) Trocknen, insbesondere Eindampfen oder Sprühtrocknen,
- f) Formgebung, insbesondere zu Tabletten oder Hohlzylindern und
Calcinieren,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensparameter in Stufe g):
Calcinationsdauer mindestens 6 h und
Calcinationstemperatur im Bereich von 300 bis 385°C.
- a) preparation of one or more, preferably 2 or 3, in particular aqueous solutions and / or dispersions of element sources of the metal oxide masses,
- b) if appropriate, adding pH-lowering agents or preparing solutions which predominantly or exclusively contain pH-lowering agents,
- c) mixing the solutions and / or dispersions,
- d) optionally tempering, in particular in the presence of inert or reactive gases,
- e) drying, in particular evaporation or spray drying,
- f) shaping, in particular into tablets or hollow cylinders and calcining, characterized by the following process parameters in stage g):
Calculation time at least 6 h and
Calcination temperature in the range of 300 to 385 ° C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19922113A DE19922113A1 (en) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | Multimetal oxide composition, useful as oxidation catalyst, especially for gas phase production of (meth)acrylic acid, comprises crystallites of constant composition |
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| DE19922113A DE19922113A1 (en) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | Multimetal oxide composition, useful as oxidation catalyst, especially for gas phase production of (meth)acrylic acid, comprises crystallites of constant composition |
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|---|---|
| DE19922113A1 true DE19922113A1 (en) | 2000-08-10 |
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ID=7907979
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|---|---|---|---|
| DE19922113A Withdrawn DE19922113A1 (en) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | Multimetal oxide composition, useful as oxidation catalyst, especially for gas phase production of (meth)acrylic acid, comprises crystallites of constant composition |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19922113A1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007004961A1 (en) | 2007-01-26 | 2008-07-31 | Basf Se | Preparing a catalyst molded body, useful e.g. to prepare catalyst for gas phase partial oxidation of an organic compound, comprises molding a precursor mixture to a desired geometry, using graphite, and thermally treating the molded body |
| DE102008040093A1 (en) | 2008-07-02 | 2008-12-18 | Basf Se | Producing a ring like oxidic mold, useful e.g. in partial gas phase oxidation of e.g. an organic compound, comprising mechanical packing of a powdery material which is brought into the fill space of a die made of a metal compound |
| DE102007028332A1 (en) | 2007-06-15 | 2008-12-18 | Basf Se | A method for feeding a reactor with a fixed catalyst bed comprising at least annular shaped catalyst bodies K. |
| DE102008040094A1 (en) | 2008-07-02 | 2009-01-29 | Basf Se | Production of an oxidic geometric molded body used as a catalyst in a heterogeneously catalyzed partial gas phase oxidation comprises mechanically compressing a powdered material inserted into a filling chamber of a die |
| DE102008054586A1 (en) | 2008-12-12 | 2010-06-17 | Basf Se | Process for the continuous production of geometric shaped catalyst bodies K |
-
1999
- 1999-05-12 DE DE19922113A patent/DE19922113A1/en not_active Withdrawn
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| US8298980B2 (en) | 2008-12-12 | 2012-10-30 | Basf Se | Process for continuously producing geometric shaped catalyst bodies K |
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