DE1418750C3 - Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure

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Description

Es ist bekannt, Acrolein in der Gasphase in Gegenwart von Phosphormolybdänsäure, Vanadinoxiden, Silberoxid, Silbervanadat, Molbdänoxiden oderChromoxiden als Katalysatoren zu Acrylsäure zu oxydieren. Die bei den bekannten Verfahren erhaltenen Umwandlungen bzw. Ausbeuten, bezogen auf den verbrauchten Aldehyd, sind jedoch noch nicht befriedigend. Es ist auch bekannt, Acrolein in flüssiger Phase unter Verwendung von Selen- oder Telluroxiden zu Acrylsäure zu oxydieren. Bei diesen Verfahren sind jedoch sehr lange Reaktionszeiten notwendig, die diese Verfahren unwirtschaftlich machen.
Es bestand daher ein Bedürfnis nach einem wirksamen und ökonomischen Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure aus Acrolein bzw. Propylen.
Es ist nun bereits vorgeschlagen worden, Propylen mit Sauerstoff in der Dampfphase bei etwa 300 bis 5000C in Gegenwart eines Katalysators aus einer Mischung aus gefälltem Molybdänoxid und Kobaltoxid im Atomverhältnis Molybdän zu Kobalt von 1 :0,3 bis 1, der noch auf einem Träger aufgebracht sein und/oder ein Bor-, Phosphor- oder Vanadinoxid als sauren Beschleuniger enthalten kann, zu oxydieren, wobei das kennzeichnende Merkmal darin besteht, daß man das Propylen in Gegenwart von 0,5 bis 20 Mol Wasser je Mol Propylen oxydiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure durch Oxydation von Acrolein oder einer Verbindung, die unter den Reaktionsbedingungen Acrolein bildet, mit Sauerstoff in der Gasphase in Gegenwart eines inerten Verdünnungsmittels und eines vorerhitzten Katalysators, der gegebenenfalls auf einem Träger aufgebracht ist, bei 300 bis 5000C, ist dadurch gekennzeichnet, daß man einen aus Kobalt, Molybdän und Sauerstoff bestehenden Katalysator, der ein Atomverhältnis Co: Mo von etwa 0,9:1 bis etwa 1: 1 aufweist und durch Zugabe von Ammoniak oder einem wasserlöslichen Amin zu einer wäßrigen Lösung von Kobalt- und Molybdänsalzen sowie anschließendes Erhitzen des erhaltenen Niederschlags auf 400 bis 700° C hergestellt worden ist, verwendet.
Als Ausgangsverbindungen werden Acrolein und Propylen bevorzugt. Es können auch Mischungen aus Propylen und Acrolein verwendet werden. Wird Propylen verwendet, so ist in den entstandenen Reaktionsgasen außer Acrylsäure auch noch Acrolein enthalten.
Der verwendete Katalysator kann noch — vorzugsweise kleinere Mengen — Tellurdioxid enthalten. Der Katalysator kann gegebenenfalls auf Tonerde oder
ίο Kieselsäure als Träger aufgebracht sein. Der Katalysator wird durch Ausfällung von gemischten Lösungen von Kobalt- und Molybdänsalzen mittels Ammoniak oder eines wasserlöslichen aliphatischen Amins hergestellt, wobei sich eine Komplexverbindung bildet.
Diese wird dann auf eine Temperatur zwischen 400 und 7000C erhitzt.
Der Katalysator wird z. B. hergestellt, indem man eine wäßrige Lösung eines Kobaltsalzes mit einer wäßrigen Lösung von einem Molybdänsalz mischt, dann Ammoniak oder ein wasserlösliches aliphatisches Amin, wie Äthanolamin, der wäßrigen Mischung zusetzt, den entstandenen Niederschlag trocknet und wie angegeben erhitzt.
Die Herstellung von Kobalt-Molybdän-Oxidkatalysatoren mit einem Verhältnis von Kobalt zu Molybdän
. von nicht mehr als 1: 1 ist z. B. auch in der USA.-Patentschrift 2 625 519 beschrieben.
Die Reaktion kann mit einem fest angeordneten oder aufgewirbelten Katalysator durchgeführt werden.
Die Menge an Aldehyd oder Olefin im Beschickungsgas liegt zwischen 1 und 20 Volumprozent, vorzugsweise zwischen etwa 2 und 10 Volumprozent.
Die Menge des Sauerstoffs im Beschickungsgas liegt zwischen 1 und 20 Volumprozent, vorzugsweise zwisehen etwa 2 bis 15 Volumprozent. Der Sauerstoff kann mit inerten Gasen verdünnt und z. B. in Form von Luft zugeführt werden.
Die Oxydation wird in Gegenwart eines bei den angewendeten Reaktionsbedingungen inerten Gases als Verdünnungsmittel, z. B. Stickstoff, Propan, Butan, Isobutan, Kohlendioxid oder Wasserdampf, vorzugsweise Wasserdampf oder Stickstoff oder deren Mischungen, durchgeführt. Die Menge des Wasserdampfes kann innerhalb eines verhältnismäßig großen Bereiches abgeändert werden und liegt zwischen 20 und 60 Volumprozent des Beschickungsgases.
Die Oxydation erfolgt bei Temperaturen von 300 bis 5000C. Die Verweilzeit beträgt zwischen 1 und 30 Sekunden.
Die Acrylsäure wird aus den Reaktionsgasen in üblicher Weise, wie durch Veresterung, Salzbildung oder Auswaschen mit einem Lösungsmittel, wie Wasser, und anschließende fraktionierte Destillation
. erhalten.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Die Gewichtsteile stehen dabei zu den Volumteiler im gleichen Verhältnis wie Gramm zu Kubikzentimeter.
B e i s ρ i e 1 1
Eine Lösung von 291 Gewichtsteilen Kobaltnitra in 300 Volumteilen Wasser wurde zu einer Lösung von 177 Gewichtsteilen Ammoniummolybdat ii 200 Volumteilen Wasser gegeben, und in diese Mi schung wurde unter Rühren eine wäßrige Lösung vo 80 Volumteilen Ammoniak (d = 0,880) in 80 Volum teilen Wasser getropft. Der erhaltene Niederschla
wurde abfiltriert, sorgfältig mit Wasser gewaschen, getrocknet und so lange erhitzt, bis kein Ammoniak mehr freigesetzt wurde.
Die Körnchen wurden dann 16 Stunden auf 540" C erhitzt und auf eine Größe entsprechend DIN-Sieb 3 bis DIN-Sieb 6 gesiebt. Das Atomverhältnis von Kobalt zu Molybdän im Katalysator betrug 0,935:1.
Ein diesen Katalysator enthaltendes Reaktionsgefäß wurde in einem Bad aus flüssigem Zinn erhitzt, das auf einer Temperatur von 351' C gehalten wurde. Darauf wurde über den Katalysator ein Gasgemisch aus 10 Volumprozent Acrolein, 44 Volumprozent Stickstoff, 10 Volumprozent Sauerstoff und 36 Volumprozent Wasserdampf bei einer Verweilzeit von 3,9 Sekunden geleitet.
Von der Acroleinmenge wurden 68% 'n Acrylsäure und 8,5% in Kohlendioxid umgewandelt, während 3% unverändert wiedergewonnen wurden. Die Ausbeute an Acrylsäure betrug 70% der Theorie, bezogen auf das verbrauchte Acrolein.
Beispiel2
Nach dem Verfahren des Beispiels 1 wurde ein Katalysator gleicher Zusammensetzung hergestellt, der jedoch 16 Stunden auf 6500C erhitzt wurde. Der Katalysator wurde in ein auf 47O0C gehaltenes Reaktionsgefäß gegeben und über diesen Katalysator ein Gasgemisch aus 10,07 Volumprozent Propylen, 50,05 Volumprozent Luft und 39,87 Volumprozent Wasserdampf geleitet, wobei die Verweilzeit 4 Sekunden betrug.
Vom zugeführten Propylen wurden 13,88% in Acrylsäure, 5,2% in Kohlendioxid und 1,92 in Acrolein umgewandelt, während 66,8% .unverändert wiedergewonnen wurden. Die Ausbeute an Acrylsäure betrug 41,7% der Theorie, bezogen auf das verbrauchte Propylen.
B e i s ρ i e 1 3
26 Gewichtsteile des in Beispiel 2 beschriebenen Katalysators wurden nach dem Erhitzen auf 650° C innig mit 0,04 Gewichtsteilen Tellurdioxid gemischt.
Ein Gasgemisch aus 9,9 Volumprozent Propylen, 49,4 Volumprozent Luft und 40,7 Volumprozent Wasserdampf wurde dann über den Katalysator geleitet, der sich in einem auf 450°C gehaltenen Reaktionsgefäß befand, wobei die Verweilzeit 4,03 Sekunden betrug.
Von der Propylenmenge wurden 24,45% in Acrylsäure, 5,15% in Acrolein und 3,75% in Kohlendioxid umgewandelt, während 57,9% unverändert wiedergewonnen wurden.
Die Ausbeute an Acrylsäure betrug 58,1% ^er Theorie, bezogen auf das verbrauchte Propylen.
Beispiel 4
Es wurden 1000 Gewichtsteile Kobaltnitrathexahydrat, Co(NO3)2 · 6 H2O, in 1000 Volumteilen Wasser bei einer Temperatur von 6O0C unter Rühren zu 609 Gewichtsteilen Ammoniummolybdat,
(NH4)eMo7O21-"4H2O
in 690 Volumteilen Wasser gegeben. Dieser Lösung wurde langsam eine wäßrige Lösung von 285 Volumteilen Ammoniak (d = 0,880) in 285 Volumteilen Wasser zugesetzt. Der erhaltene Niederschlag wurde abfiltriert, gewaschen, bei 110° C getrocknet, zerkleinert, 16 Stunden auf 600° C erhitzt und auf eine Größe entsprechend DIN-Sieb 12 bis DIN-Sieb 60 gesiebt. Das Atomverhältnis von Kobalt zu Molybdän betrug 0,996: 1.
400 Gewichtsteile dieses Katalysators wurden in einem Reaktionsgefäß mit einem Durchmesser von etwa 5 cm und einer Länge von etwa 55 cm aufgewirbelt. Das Reaktionsgefäß enthielt im oberen Teil ein Filter zum Abtrennen des Katalysators, um auf diese Weise einen Verlust an Katalysator zu vermeiden.
ίο Eine Mischung aus 10 Volumprozent Acrolein, 40 Volumprozent Wasserdampf und 50 Volumprozent Luft wurde mit einer Geschwindigkeit von 322 000 Volumteilen je Stunde, gemessen bei 20''C und 760 mm Quecksilbersäule, in das Reaktionsgefäß eingeführt, wobei die Verweilzeit 8,5 Sekunden betrug, berechnet auf den Durchsatz bei den Reakionsbedingungen und auf das Volumen des Katalysators im abgesetztenn Zustand. Die erhaltenen Ergbnisse zeigt die nachstehende Tabelle.
Temperatur
j..		 Umgewandeltes Acrolein Acrylsäure Kohlendioxid Ausbeute an
Acrylsäure,
des
Reaktions		 in in«/. in 7, bezogen auf
das verbrauchte
gefäßes in
T 		41,3 2,3 Acrolein, in "/11
51,3 4,9 der Theorie
350 51,1 6,8 89,3
380 58,5 6,4 86,0
390 60,2 9,2 83,1
400 83,0
425 69,0
Beispiel 5
Es wurden 145,5 Gewichtsteile Kobaltnitrat, Co(NO3)2 · 6 H2O, und 88,8 Gewichtsteile Ammoniummolybdat, (NH4)GMo7O24 · 4 H2O, in 320 Gewichtsteilen Wasser bei 60°C gelöst. Dann wurden 108 Gewichtsteile einer wäßrigen Lösung von Ammoniak
(d = 0,957) innerhalb von einer halben Stunde langsam zugegeben, worauf die Mischung, die den pH-Wert 5 hatte, weitere 15 Minuten gerührt wurde. Die erhaltene Ausfällung wurde abfiltriert und zweimal durch erneutes Aufschlämmen mit 500 ecm destilliertem Wasser gewaschen. Dann wurde die Ausfällung bei HO0C getrocknet, zu Kügelchen verarbeitet und 16 Stunden bei 600° C erhitzt. Es wurden 105 Gewichtsteile Katalysator erhalten. Das Atomverhäftnis von Co : Mo betrug 0,91:1.
Ein Reaktionsgefäß, das den Katalysator enthielt, wurde in einem auf 361° C gehaltenen flüssigen Bad erhitzt. Eine gasförmige Mischung aus 10 Volumprozent Acrolein, 50 Volumprozent Stickstoff, 10 Volumprozent Sauerstoff und 30 Volumprozent Wasser-
^ dampf wurde über den Katalysator geleitet; die Verweilzeit betrug 3,5 Sekunden. Von der dem Reaktionsgefäß zugeführten Acroleinmenge wurden 59,2% in Acrylsäure umgewandelt. Die Ausbeute an Acrylsäure betrug, bezogen auf das verbrauchte Acrolein, 66,9%.
In diesem und in den folgenden Beispielen beträgt die Menge an Katalysator 1 Volumen pro 1000 Volumina Beschickung pro Stunde.
Beispiel 6
Es wurden 145,5 Gewichtsteile Kobaltnitrat bei 60°C in 60 Teilen Wasser gelöst; ferner wurden
88,3 Gewichtsteile Ammoniummolybdat bei 60cC in 260 Gewichtsteilen Wasser gelöst. Diebeiden Lösungen wurden miteinander gemischt und unter Rühren auf 6O0C gehalten, wobei gleichzeitig 68,4 Gewichtsteile Triäthylamin innerhalb von 30 Minuten zugegeben wurden; das Rühren wurde weitere 15 Minuten fortgesetzt, der pH-Wert der Mischung betrug 5,2. Dann wurde der erhaltene Niederschlag abfiltriert und zweimal durch erneutes Aufschlämmen mit 333 Gewichtsteilen Wasser gewaschen. Der Filterkuchen wurde bei 1100C getrocknet, bis zu einer Teilchengröße von 0,5 mm pulverisiert und auf Kügelchen verarbeitet. Der Katalysator wurde dann 16 Stunden bei 6000C erhitzt. Das Atomverhältnis von Co: Mo betrug 0,92: 1.
Eine gasförmige Mischung aus 9,9 Volumprozent Acrolein, 9,9 Volumprozent Sauerstoff, 50,3 Volumprozent Stickstoff und 30 Volumprozent Wasserdampf wurde über den in einem auf 4000C gehaltenen Reaktionsgefäß befindlichen Katalysator geleitet; die Verweilzeit betrug 3,6 Sekunden.
Von der dem Reaktionsgefäß zugeführten Menge Acrolein wurden 61,6% in Acrylsäure umgewandelt und 19,4% unverändert wiedergewonnen. Die Ausbeute an Acrylsäure betrug 76,5%, bezogen auf das verbrauchte Acrolein.
Beispiel 7
Nach dem Verfahren des Beispiels 5 wurde ein Katalysator hergestellt, wobei jedoch nur 29,1 Gewichtsteile Kobaltnitrat und 17,8 Gewichtsteile Ammoniummolybdat in 320 Gewichtsteilen Wasser verwendet wurden. Das Atomverhältnis von Co: Mo betrug 0,91:1. Der wie in Beispiel 5 erhitzte Katalysator ergab eine Ausbeute an Acrylsäure, die 72 %, bezogen auf das verbrauchte Acrolein, betrug; von der dem Reaktionsgefäß zugeführten Menge Acrolein wurden 61,7% in Acrylsäure umgewandelt.
Beispiele
Es wurden 119 Gewichtsteile Kobaltchlorid bei 6O0C in 150 Teilen Wasser und 88,8 Gewichtsteilen Ammoniummolybdat bei 6O0C in lOO.Gewichtsteilen Wasser gelöst.
Die beiden Lösungen wurden gemischt, dann
ίο wurden 100 Gewichtsteile einer wäßrigen Lösung von Ammoniak (d = 0,957) innerhalb von 30 Minuten zugetropft. Die entstandene Ausfällung wurde abfiltriert, sorgfältig mit destilliertem Wasser gewaschen, bei 80° C getrocknet und an der Luft auf 350°C erhitzt. Das erhaltene Pulver wurde auf Kügelchen verarbeitet und 16 Stunden auf 540°C erhitzt. Die Oxydation von Acrolein unter den Bedingungen des Beispiels 5, in Gegenwart dieses Katalysators, lieferte eine Ausbeute von 67,5% Acrylsäure, bezogen auf das verbrauchte Acrolein. Insgesamt wurden 64,5% der dem Reaktionsgefäß zugeführten Menge Acrolein in Acrylsäure umgewandelt. Im verwendeten Katalysator betrug das Atomverhältnis von Co : Mo 0,91:1.
B e i s ρ i e 1 9
Nach dem Verfahren des Beispiels 8 wurde ein Katalysator hergestellt, wobei jedoch an Stelle von 119 Gewichtsteilen Kobaltchlorid 125 Gewichtsteile Kobaltacetat verwendet wurden. Nach 16stündigem Erhitzen bei 5400C ergab der Katalysator unter den Versuchsbedingungen des Beispiels 5 nach der Oxydation von Acrolein eine Ausbeute von 72% Acrylsäure, bezogen auf das verbrauchte Acrolein. Von der dem Reaktionsgefäß zugeführten Menge Acrolein wurden 60,7% in Acrylsäure umgewandelt.
Im verwendeten Katalysator betrug das Atomverhältnis von Co: Mo 0,91:1.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Acrylsäure durch Oxydation von Acrolein oder einer Verbindung, die unter den Reaktionsbedingungen Acrolein bildet, mit Sauerstoff in der Gasphase in Gegenwart eines inerten Verdünnungsmittels und eines vorerhitzten Katalysators, der gegebenenfalls auf einem Träger aufgebracht ist, bei 300 bis 500 C, dadurch gekennzeichnet, daß man einen aus Kobalt, Molybdän und Sauerstoff bestehenden Katalysator, der ein Atomverhältnis Co: Mo von etwa 0,9: 1 bis etwa 1 : 1 aufweist und durch Zugabe von Ammoniak oder einem wasserlöslichen Amin'zu einer wäßrigen Lösung von Kobalt- und Molybdänsalzen sowie anschließendes Erhitzen des erhaltenen Niederschlags auf 400 bis 7001C hergestellt worden ist, verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator zusätzlich Tellurdioxid enthält.
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