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Dokumentenidentifikation DE69932806T2 03.05.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001058579
Titel KATALYSATOR ZUR OXIDATION VON ETHAN ZU ESSIGSÄURE
Anmelder Saudi Basic Industries Corp., Riyadh, SA
Erfinder KARIM, Khalid, Riyadh 11422, SA;
AL-HAZMI, Mohammad, Riyadh 11422, SA;
KHAN, Asad, Riyadh 11422, SA
Vertreter BOEHMERT & BOEHMERT, 28209 Bremen
DE-Aktenzeichen 69932806
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 15.12.1999
EP-Aktenzeichen 999646284
WO-Anmeldetag 15.12.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/EP99/10186
WO-Veröffentlichungsnummer 2000038833
WO-Veröffentlichungsdatum 06.07.2000
EP-Offenlegungsdatum 13.12.2000
EP date of grant 16.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse B01J 23/652(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse C07C 51/215(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   C07C 51/25(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   C07C 53/08(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   C07C 57/03(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   
IPC additional class C07C 253/24  (2006.01)  A,  L,  N,  20051017,  B,  H,  EP

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysator zur selektiven Oxidation von Ethan zu Essigsäure gemäß Anspruch 1, ein katalytisches Verfahren gemäß Anspruch 6, ein Verfahren zur Durchführung einer selektiven Oxidation von Ethan zu Essigsäure gemäß Anspruch 17, ein Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß Anspruch 24.

Die Erfindung betrifft ein katalytisches Mischoxidsystem, das MoVLaNbPdX enthält (wobei X = Al, Ga, Ge und/oder Si), zur selektiven Oxidation von Ethan oder Ethan/Ethylen zu Essigsäure bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Verwendung desselben, einschließlich eines einstufigen katalytischen Verfahrens, das hohe Raumzeitausbeuten an Essigsäure liefert.

In dieser Anmeldung wird auf mehrere Veröffentlichungen Bezug genommen. Die Entgegenhaltungen beschreiben den Stand der Technik, auf den sich diese Erfindung bezieht, und sind hierdurch durch Bezugnahme miteinbezogen.

Die Verwendung von molybdän- und vanadiumhaltigen Katalysatorsystemen zur Niedertemperatur-Oxydehydrierung von Ethan zu Ethylen wurde von E.M. Thorsteinson et al. „The Oxidative Dehydrogenation of Ethane over Catalyst Containing Mixed Oxide of Molybdenum and Vanadium", Journal of Catalysis, Band 52, S. 116–132 (1978), berichtet. Dieser Artikel betrifft Mischoxidkatalysatoren, die Molybdän und Vanadium zusammen mit einem anderen Übergangsmetalloxid, wie etwa Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nb, Ta oder Ce, enthalten. Die Katalysatoren sind bei so niedrigen Temperaturen wie 200°C für die Oxydehydrierung von Ethan zu Ethylen aktiv. Etwas Essigsäure wird als ein Nebenprodukt gebildet.

U.S.-A-4,250,346; 4,524,236; 4,568,790; 4,596,787; und 4,899,003 betrifft die Niedertemperatur-Oxydehydrierung von Ethan zu Ethylen. Die erste dieser Entgegenhaltungen offenbart die Verwendung von Katalysatoren der Formel MohViNbjAk, worin A Ce, K, P, Ni und/oder U ist, h 16 ist, i 1 bis 8 ist, j 0,2 bis 10 ist und k 0,1 bis 5 ist.

U.S.-A-4,454,236 ist auf die Verwendung eines calcinierten Katalysators der Formel MoaVbNbcSbdXe gerichtet.

Die oben zitierten Patente nehmen Bezug auf andere Patente, die sich mit der Herstellung von Ethylen aus Ethan durch das Oxydehydrierungsverfahren beschäftigen, und alle nehmen Bezug auf die Bildung von Essigsäure als einem Nebenprodukt.

U.S.-A-4,339,355 und 4,148,757 betrifft einen Oxidkatalysator, der Mo, Nb, V und viertes Metall aus Co, Cr, Fe, In, Mn oder Y enthält, zur Oxidation/Ammoxidation von ungesättigtem aliphatischen Aldehyd zu den entsprechenden gesättigten aliphatischen Carbonsäuren.

Die europäische Patentveröffentlichung Nr. 0 294 845 betrifft ein Verfahren zur höherselektive Herstellung von Essigsäure durch die Oxidation von Ethan mit Sauerstoff in Kontakt mit einer Mischung von Katalysatoren, die aus (A) einem Katalysator zur Oxydehydrierung von Ethan zu Ethylen und (B) einem Katalysator zur Hydratisierung/Oxidation von Ethylen besteht. Der Ethan-Oxydehydrierungs-Katalysator wird dargestellt durch die Formel MoxVyZz, worin Z nichts oder Nb, Sb, Ta oder W sein kann.

Die europäische Patentveröffentlichung Nr. 0 480 594 ist auf die Verwendung einer Oxidkatalysatorzusammensetzung, die Wolfram, Vanadium, Rhenium und wenigstens eines der Alkalimetalle umfasst, zur Herstellung von Ethylen und Essigsäure durch Oxidation von Ethan mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas gerichtet.

Der vollständige oder teilweise Ersatz von Wolfram durch Molybdän, durchgeführt in der europäischen Patentveröffentlichung Nr. 0 407 091, führt zu einem Anstieg der Selektivität zu Essigsäure auf Kosten der Selektivität zu Ethylen.

Die europäische Patentveröffentlichung Nr. 0 518 548 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Essigsäure durch Ethan-Oxidation in Kontakt mit einem festen Katalysator mit der empirischen Formel VPaMbOx, worin M eines oder mehrere fakultative Elemente ist, ausgewählt aus Co, Cu, Re, Nb, W und vielen anderen Elementen, ausgeschlossen Molybdän, a 0,5 bis 3 ist und b 0 bis 0,1 ist.

Die europäische Patentveröffentlichung Nr. 0 627 401 betrifft die Verwendung eines VaTibOx-Katalysators zur Oxidation von Ethan zu Essigsäure. Die Katalysatorzusammensetzung kann zusätzliche Komponenten umfassen, die aus einer großen Liste möglicher Elemente ausgewählt sind. Die Entgegenhaltung offenbart kein Beispiel von Katalysatoren, die jene Elemente in Kombination mit Vanadium, Titan und Sauerstoff umfassen.

Außerdem wird über kürzlich berichtete Katalysatoren, die Molybdän, Niob und Vanadium mit anderen zusätzlichen Komponenten oder Promotoren enthalten, für ähnliche Ethan-Oxidationsanwendungen berichtet (mitanhängige Application Serial Nos. 08/293,075; 08/997,913 und 09/107,115).

Somit offenbart keine Entgegenhaltung aus dem Stand der Technik die Vorteile des in der vorliegenden Erfindung offenbarten katalytischen Systems zur selektive Herstellung von Carbonsäuren, wie etwa Essigsäure, aus Ethan oder Mischungen von Ethan/Ethylen oder legt diese nahe.

Es wäre wünschenswert, einen Katalysator zur Verwendung in einem verbesserten Verfahren zur Herstellung von Essigsäure aus Ethan bereitzustellen.

WO-A-98/05619 offenbart ein Verfahren zur selektiven Herstellung von Essigsäure aus einer bestimmten Beschickungsgassubstanz, wie etwa Ethan, Ethylen oder Mischungen derselben, sowie Sauerstoff bei einer erhöhten Temperatur. Die Beschickungsgassubstanz wird mit einem Katalysator zusammengebracht, der die Elemente Mo, Pd, X und Y im Grammatom-Verhältnis a:b:c:d in Kombination mit Sauerstoff gemäß Formel (I) enthält, in der MoaPdbXcYd. Die Symbole X und Y haben die folgenden Bedeutungen: X steht für eines oder mehrere Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, die Cr, Mn, Nb, Ta, Ti, V, Te und/oder W besteht, insbesondere Nb, V und W; Y steht für eines oder mehrere Elemente, die ausgewählt sind aus der Gruppe, die aus B, Al, Ga, In, Pt, Zn, Cd, Bi, Ce, Co, Cu, Rh, Ir, Au, Ag, Fe, Ru, Os, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Sr.Ba, Zr, Hf Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn, Tl und U besteht, insbesondere Ca, Sb, Te und Li. Ebenfalls offenbart ist ein Katalysator zur selektiven Herstellung von Essigsäure, der die Elemente Mo, Pd, X und Y im Grammatom-Verhältnis a:b:c:d in Kombination mit Sauerstoff enthält. Die Indizes a, b, c und x stellen das Grammatom-Verhältnis der entsprechenden Elemente dar und a = 1; b > 0 und d = 0,05–2.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die oben identifizierten Mängel zu überwinden.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes katalytisches System zur katalytischen Herstellung von Essigsäure aus Ethan bereitzustellen.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Essigsäure aus Ethan bereitzustellen.

Die vorstehenden und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung dargelegt oder aus dieser deutlich werden.

Der Katalysator zur selektiven Oxidation von Ethan zu Essigsäure ist in Anspruch 1 definiert, das katalytische Verfahren ist in Anspruch 6 definiert, das Verfahren zur Durchführung einer selektiven Oxidation von Ethan zu Essigsäure ist in Anspruch 17 definiert, das Verfahren zur Herstellung eines Katalysators ist in Anspruch 24 definiert.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Katalysator zur selektiven Oxidation von Ethan mit molekularem Sauerstoff zu Essigsäure in einer Gasphasenreaktion bei relativ hoher Selektivität und Produktivität bei Temperaturen von 150°C bis 450°C und bei Drücken von 1–50 bar. Dies wird erreicht durch Verwendung einer verbesserten Mischmetalloxid-Katalysatorzusammensetzung mit der Formel: MoaVbLacPddNbeXfOyenthält, worin:

X Al ist;

a 1 ist;

b 0,01 bis 0,9 ist, vorzugsweise 0,1 bis 0,5;

c > 0 bis 0,2 ist, vorzugsweise > 0 bis 0,001;

d > 0 bis 0,2 ist, vorzugsweise > 0 bis 0,01;

e > 0 bis 0,2 ist, vorzugsweise 0,001 bis 0,2;

f > 0 bis 0,3 ist, vorzugsweise 0,01 bis 0,2; und

y die Anzahl von Sauerstoffatomen ist, die erforderlich ist, um die

Valenzanforderungen der vorhandenen Elemente zu befriedigen.

Der in der vorliegenden Erfindung offenbarte Katalysator hat eine Zusammensetzung, die sich vom Stand der Technik unterscheidet und weitere wesentliche Elemente enthält, wie etwa Aluminium, Gallium, Germanium, um die saure Funktion des Katalysators zu steuern. Der Zusatz von Lanthan, zusätzlich zu anderen Metallen, steuert weiter die optimale Oxidationswechselwirkung mit dem Rest der Komponenten des Katalysators. Insgesamt stellt eine Kombinationswirkung aller Elemente, die im in der vorliegenden Erfindung offenbarten Katalysator vorhanden sind, einen Katalysator mit höherer Aktivität und Selektivität zu Essigsäure bereit, insbesondere bei niedrigen Drücken und niedrigen Temperaturen. Die Herstellung von Essigsäure bei relativ niedrigen Drücken und niedrigen Temperaturen kann einen signifikanten Einfluß auf die Kapitalkosten des Verfahrens haben.

Die Erfindung betrifft auch ein verbessertes Verfahren zur selektiven Oxidation von Ethan oder Ethan/Ethylen zu Essigsäure bei niedriger Temperatur und niedrigem Druck unter Verwendung des Katalysators der Erfindung.

Weitere Aufgaben sowie Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus einem Studium der vorliegenden Beschreibung, einschließlich der Ansprüche und spezifischen Beispiele, deutlich werden.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine verbesserte Katalysatorzusammensetzung mit der oben angegebenen Formel. Der Katalysator der Erfindung kann mit oder ohne einen Träger verwendet werden. Geeignete Träger für die Katalysator schließen Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Zirconiumdioxid, Zeolithe, Siliciumcarbid, Mo-carbid, Molekülsiebe und andere mikro-/nicht-poröse Materialien und Mischungen derselben ein. Wenn auf einem Träger verwendet, umfasst der geträgerte Katalysator üblicherweise von etwa 10 bis 50 Gew.-% der Katalysatorzusammensetzung, wobei der Rest das Trägermaterial ist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung des verbesserten Katalysators der Erfindung. Die Wahl der verwendeten Verbindungen sowie die spezifischen Verfahren, die bei der Herstellung eines Katalysators befolgt werden, können eine signifikante Auswirkung auf die Leistung eines Katalysators haben. Vorzugsweise liegen die Elemente der Katalysatorzusammensetzung in Kombination mit Sauerstoff als Oxide vor.

Gemäß einer Ausführungsform wird der Katalysator aus einer Lösung löslicher Verbindungen (Salze, Komplexe oder andere Verbindungen) von jedem der Metalle hergestellt. Die Lösung ist vorzugsweise ein wässriges System mit einem pH von 1 bis 10, bevorzugter einem pH von 1 bis 7, bei einer Temperatur von etwa 30°C bis etwa 100°C. Das Wasser wird durch Filtration entfernt. Der Katalysator wird dann in einem Ofen von 100 bis 130°C getrocknet. Der getrocknete Katalysator wird durch Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 250°C bis etwa 600°C in Luft oder Sauerstoff für einen Zeitraum von etwa 1 Stunde bis etwa 16 Stunden calciniert, um die gewünschte Katalysatorzusammensetzung herzustellen.

Vorzugsweise wird das Molybdän in die Lösung in Form von Ammoniumsalzen, wie etwa Ammoniumparamolybdat, oder organischen Säuresalzen von Molybdän, wie etwa Acetaten, Oxalaten, Mandelaten und Glykolaten, eingebracht. Einige andere teilweise wasserlösliche Molybdänverbindungen, die verwendet werden können, schließen Molybdänoxide, Molybdänsäure und Chloride von Molybdän ein.

Vorzugsweise wird das Vanadium in die Lösung in Form von Ammoniumsalzen, wie etwa Ammoniummetavanadat und Ammoniumdecavanadat, oder organischen Salzen von Vanadium, wie etwa Acetaten, Oxalaten, Oxiden und Tartraten, eingebracht.

Vorzugsweise wird das Palladium in die Katalysatoraufschlämmung in Form von Salzen von Palladium, wie etwa Acetaten, Chloriden, Nitraten, etc., eingebracht.

Vorzugsweise wird das Niob in die Katalysatoraufschlämmung in Form von Oxiden, Chloriden, Oxalaten, etc., eingebracht.

Vorzugsweise wird das Aluminium in die Katalysatoraufschlämmung in Form von Salzen, wie etwa Oxiden, Hydratoxiden, Acetaten, Chloriden, Nitraten, etc., eingebracht.

Vorzugsweise wird das Lanthan in die Katalysatoraufschlämmung in Form von Salzen, wie etwa Oxiden, Hydratoxiden, Acetaten, Chloriden, Nitraten, etc., eingebracht.

Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Essigsäure aus Ethan unter Verwendung des Katalysators der Erfindung. Das als die Ethan-Quelle verwendete Rohmaterial kann ein Gasstrom sein, der wenigstens fünf Volumenprozent Ethan oder Mischungen aus Ethan und Ethylen enthält. Der Gasstrom kann auch geringe Mengen der C3-C4-Alkane und -Alkene enthalten, vorzugsweise weniger als jeweils fünf Volumenprozent. Der Gasstrom kann auch größere Mengen, mehr als fünf Volumenprozent, Stickstoff Kohlendioxid und Wasser in Form von Dampf enthalten.

Die Reaktionsmischung bei der Durchführung des Verfahrens ist im allgemeinen ein Mol Ethan, 0,01 bis 2,0 Mol molekularer Sauerstoff entweder als reiner Sauerstoff oder in Form von Luft und 0 bis 4,0 Mol Wasser in Form von Dampf. Der Zusatz von Wasser als einer Mitbeschickung spielt eine wichtige Rolle als ein Reaktionsverdünnungsmittel und als ein Wärmemoderator für die Reaktion. Es wirkt auch als ein Desorptionsbeschleuniger für das Reaktionsprodukt in der Dampfphasenoxidationsreaktion oder für die Maskierung der Stellen, die für die vollständige Oxidation verantwortlich sind, was zu einer erhöhten Ausbeute Essigsäure führt.

Somit schließen die gasförmigen Komponenten der Reaktionsmischung Ethan, Sauerstoff und ein Verdünnungsmittel ein, und diese Komponenten werden vorzugsweise gleichförmig vermischt, bevor sie in die Reaktionszone eingebracht werden. Die Komponenten können vorerhitzt werden, einzeln oder nachdem sie vermischt worden sind, bevor sie in die Reaktionszone eingebracht werden, die eine Temperatur von etwa 150°C bis etwa 450°C haben sollte.

Die Reaktionszone hat im allgemeinen einen Druck von 1 bis 50 bar, vorzugsweise von 1 bis 30 bar; eine Temperatur von etwa 150°C bis etwa 450°C, vorzugsweise von 200°C bis 300°C; eine Kontaktzeit zwischen der Reaktionsmischung und dem Katalysator von etwa 0,01 Sekunde bis 100 Sekunden, vorzugsweise von 0,1 Sekunde bis 10 Sekunden; und eine stündliche Raumgeschwindigkeit von etwa 50 bis etwa 50.000 h–1, vorzugsweise von 100 bis 10.000 h–1 und am bevorzugtesten von 200 bis 3.000 h–1.

Die Reaktionstemperatur wird vorzugsweise bereitgestellt, indem das Katalysatorbett in einen Röhrenkonverter mit Wänden eingebracht wird, der in einen Ofen eingebracht wird, der auf die gewünschte Reaktionstemperatur erhitzt wird.

Die Sauerstoffkonzentration in der Beschickungsgasmischung kann in breitem Umfang variieren, von 0,1 bis 50% oder höher der Beschickungsmischung, durch Anwendung geeigneter Maßnahme, um Explosionsprobleme zu vermeiden. Luft ist die bevorzugte Sauerstoffquelle in der Beschickung. Die vorhandene Sauerstoffmenge kann eine stöchiometrische Menge, oder weniger, der Kohlenwasserstoffe in der Beschickung sein.

Das Verfahren wird im allgemeinen in einer einzigen Stufe durchgeführt, wobei der gesamten Sauerstoff und alle Reaktanten als eine einzige Beschickung zugeführt werden, wobei nicht-umgesetzte Ausgangs-Reaktanten rückgeführt werden. Mehrstufige Zugabe von Sauerstoff zum Reaktor mit einer zwischengeschalteten Kohlenwasserstoffbeschickung kann jedoch verwendet werden. Dies kann die Produktivität zu Essigsäure verbessern und potentiell gefährliche Zustände vermeiden.

Das Katalysatorsystem der Erfindung ist nicht auf die Oxydehydrierung von Ethan zu Essigsäure beschränkt und kann zum Oxidieren von alpha-beta-ungesättigten aliphatischen Aldehyden in der Dampfphase mit molekularem Sauerstoff angewendet werden, um die entsprechenden alpha-beta-ungesättigten Carbonsäuren herzustellen, von C-3-Alkan oder -Alken zu entsprechenden Säuren und kann auch für die Ammoxidation von Alkan/Alken angewendet werden.

BEISPIELE

Die folgenden Beispiele sind veranschaulichend für einige der Katalysatorprodukte und Verfahren zur Herstellung und Verwendung derselben, die in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen. Sie sollen jedoch nicht als in irgendeiner Weise die Erfindung beschränkend angesehen werden. Zahlreiche Änderungen und Modifikationen können in Bezug auf die Erfindung vorgenommen werden.

Beispiel 1: Mo1V0,398La7,08×10-6Pd0,0003Nb0,125Al0,226

Ammoniumetavanadat (Aldrich Chemicals, Test = 99,0%) in einer Menge von 7,6 Gramm wurde zu destilliertem Wasser zugegeben und unter Rühren auf 90°C erhitzt. Eine gelb gefärbte Lösung mit einem pH zwischen 4 und 7 wurde erhalten (Lösung A). 3,4 Gramm Niobhydratoxid und 28 Gramm Oxalsäure wurden mit Wasser zur obigen Lösung unter kontinuierlichem Rühren zugegeben, um eine klare Lösung mit einem pH von 1,5 bis 0,4 zu ergeben. Überdies wurde tetrahydratisiertes Ammoniumparamolybdat (Aldrich Chemicals A.C.S. – 12054-85-2) in einer Menge von 28,8 Gramm zur Lösung mit Wasser zugegeben. Die erforderliche Menge an Lanthan-, Aluminium- und Palladiumsalzen wurde dann langsam zur obigen Mischung zugegeben. Diese Mischung wurde dann getrocknet. Der resultierende Feststoff wurde in einem Ofen bei 120°C für eine Trocknung über Nacht eingebracht. Das getrocknete Material wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und bei 350°C calciniert. Der calcinierte Katalysator wurde zu gleichförmigen Teilchen in einer Größe von 40–60 mesh formuliert und in einen Festbettrohrautoklavenreaktor aus rostfreiem Stahl geladen. Der Katalysator wurde mit einer Gasbeschickungszusammensetzung aus Ethan, Sauerstoff, Stickstoff, Wasser im Verhältnis 40:8:32:20 bei 300°C bei einem Druck von 0,13 MPa (19 psi) und einem Durchfluß von 300 cc/min getestet. Das Reaktionsprodukt zeigte eine Essigsäure-Raumzeitausbeute von 117 (g Essigsäure pro Liter Katalysator pro Stunde) bei einem Ethan-Umsatz von 5,7%.

Beispiel 2:

Das Verfahren zur Herstellung des Katalysators und seiner Zusammensetzung war dasselbe/dieselbe, wie beschrieben in Beispiel 1, mit der Ausnahme, das der Katalysator mit einer Gasbeschickungszusammensetzung aus Ethan, Sauerstoff, Stickstoff, Wasser im Verhältnis 40:8:32:20 bei 280°C, bei einem Druck von 1,38 MPa (200 psi) und einem Gesamtdurchfluß von 300 cc/min getestet wurde. Das Reaktionsprodukt zeigte eine Essigsäure-Raumzeitausbeute von 310 (g Essigsäure pro Liter Katalysator pro Stunde) bei einem Ethan-Umsatz von 10,7%.

Beispiel 3:

Das Verfahren zur Herstellung des Katalysators und seine Zusammensetzung war dasselbe/dieselbe, wie beschrieben in Beispiel 1, mit der Ausnahme, daß der Katalysator mit einer Gasbeschickungszusammensetzung aus Ethan, Sauerstoff, Stickstoff, Wasser im Verhältnis 40:15:25:20 bei 300°C, bei einem Druck von 0,13 MPa (19 psi) und einem Gesamtdurchfluß von 75 cc/min getestet wurde. Das Reaktionsprodukt zeigte eine Essigsäure-Raumzeitausbeute von 93 (g Essigsäure pro Liter Katalysator pro Stunde) bei einem Ethan-Umsatz von 16%.

Beispiel 4:

Das Verfahren zur Herstellung eines Katalysators und seine Zusammensetzung war dasselbe/dieselbe, wie beschrieben in Beispiel 1, mit der Ausnahme daß der Katalysator mit einer Gasbeschichtungszusammensetzung aus Ethan, Sauerstoff, Stickstoff, Wasser im Verhältnis 40:8:32:20 bei 280°C, bei einem Druck von 1,38 MPa (200 psi) und einem Gesamtdurchfluß von 77 cc/min getestet wurde. Das Reaktionsprodukt zeigte eine Essigsäure-Raumzeitausbeute von 95 (g Essigsäure pro Liter Katalysator pro Stunde) bei einem Ethan-Umsatz von 10% mit einer Selektivität zur Essigsäure von 85%.

Der in der vorliegenden Erfindung erwähnte Katalysator zeigte ein optimales Redoxverhalten und saures Verhalten, was zu einer hohen Aktivität und hohen Selektivität zu den Teiloxidationsprodukten führt.

Die obige Beschreibung der Erfindung soll veranschaulichend und nicht beschränkend sein. Verschiedene Änderungen oder Modifikationen in den beschriebenen Ausführungsformen können den Fachleuten einfallen. Diese können vorgenommen werden, ohne vom Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.


Anspruch[de]
Katalysator zur selektiven Oxidation von Ethan zu Essigsäure, der eine Katalysatorzusammensetzung mit der folgenden Formel: MoaVbLacPddNbeXfOy enthält, worin:

X Al ist;

a 1 ist;

b 0,01 bis 0,9 ist;

c > 0 bis 0,2 ist;

d > 0 bis 0,2 ist;

e > 0 bis 0,2 ist;

f > 0 bis 0,3 ist; und

y eine Zahl ist, die durch die Valenzanforderungen der anderen Elemente in der Katalysatorzusammensetzung bestimmt ist.
Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß besagter Katalysator ein geträgerter Katalysator ist, der einen Träger umfasst. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß a 1 ist; b 0,1 bis 0,5 ist; c > 0 bis 0,001 ist; d > 0 bis 0,01 ist; e 0,001 bis 0,2 ist; und f 0,01 bis 0,2 ist. Katalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß besagter Träger ausgewählt ist aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid, Zirconiumdioxid, Siliciumcarbid, Mo-carbid, Zeolithen und Molekülsieben und anderen mikroporöse/nanoporösen Materialien. Katalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß besagter geträgerte Katalysator von 5 bis 50 Gew.-% Katalysatorzusammensetzung und 50 bis 95 Gew.-% Träger umfasst. Einstufiges katalytisches Verfahren zur direkten Umwandlung von Ethan oder Ethan/Ethylen in Essigsäure mittels Oxidation, das den Schritt des Oxidierens von Ethan oder Ethan/Ethylen mit Sauerstoff oder einer Verbindung, die in der Lage ist, Sauerstoff bereitzustellen, in einer Reaktionszone in Gegenwart des Katalysators von Anspruch 1 umfasst. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Oxidation durch Einbringen einer Beschickungsmischung, die Ethan umfasst, in besagte Reaktionszone durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Beschickungsmischung weiter Luft umfasst. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Beschickungsmischung Sauerstoff umfasst. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Beschickungsmischung molekularen Sauerstoff im Bereich von 0,1 bis 50 Vol.-% der Beschickung umfasst. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Beschickungsmischung mit Dampf in einer Menge im Bereich von 0 bis 50 Vol.-% verdünnt wird. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Oxidation durchgeführt wird, während man in Gasphase arbeitet, bei einer Temperatur von 150 bis 450°C unter einem Druck von 1 bis 50 bar und mit einer Kontaktzeit zwischen der Reaktionsmischung und dem Katalysator von 0,1 bis 50 Sekunden. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Oxidation von Ethan kein oder keine signifikante Menge an CO erzeugt. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es weiter die mehrstufige Einführung von Sauerstoff in die Beschickungsmischung umfasst, um die Ausbeute, die Selektivität oder sowohl die Ausbeute als auch die Selektivität von Essigsäure zu erhöhen. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektivität von Ethan zu Essigsäure > 82% bei einem Umsatz von Ethan > 7% beträgt. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß besagter Katalysator in Form eines Festbettreaktors oder Wirbelschichtreaktors oder Festwanderbettreaktors vorliegt. Verfahren zur Durchführung einer selektiven Oxidation von Ethan zu Essigsäure in Fluidphase, das das Inkontaktbringen wenigstens eines Reaktanten in Fluidphase unter geeigneten Reaktionsbedingungen mit dem Katalysator von Anspruch 2 umfaßt. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß besagte katalytische chemische Reaktion einen oder mehrere Fluidphasenreaktanten in ein oder mehrere Fluidphasenprodukte umwandelt. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß besagte katalytische chemische Reaktion niedere Alkane zu entsprechenden Säuren oxidiert. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß besagter eine oder besagte mehrere Fluidphasenreaktanten Ethan umfassen und besagtes eine oder besagte mehrere Fluidphasenprodukte Essigsäure umfassen. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß besagter eine oder besagte mehrere Fluidphasenreaktanten alpha-beta-ungesättigte aliphatische Aldehyde und Sauerstoff umfassen und besagtes eine oder besagte mehrere Fluidphasenprodukte alpha-beta-ungesättigte Carbonsäuren umfassen. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Reaktant C2-C8-Alkan ist. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Reaktant Ethan, Ethylen, Propan, Propylen, Isobutan oder n-Butan ist. Verfahren zur Herstellung des Katalysators nach Anspruch 1, das die Schritte umfasst:

a) Herstellen einer Mischung, die Mo, La, V, Pd und Nb und Al in einer Lösung enthält;

b) Trocknen besagter Mischung, um ein getrocknetes festes Material zu bilden; und

c) Calcinieren besagten getrockneten festen Materials, um besagten Katalysator zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Mischung ein wässriges System mit einem pH von 1 bis 10 ist. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Mischung ein wässriges System mit einem pH von 1 bis 7 ist. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß besagtes Calcinieren das Erhitzen besagten getrockneten festen Materials auf eine Calcinierungstemperatur von etwa 250 bis 450°C in Luft oder Sauerstoff für einen Zeitraum von etwa einer Stunde bis etwa 16 Stunden umfasst.






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