DE2234249A1 - Verfahren zur herstellung ungesaettigter aldehyde - Google Patents
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Description
DR. W. SCHALK · DIPL.-ING. P. WlRTH · DI PL.-I NG. G. DAN N EN BERG
DR. V. SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WEI NHOLD · DR. D. GUDEL
6 FRANKFUBTAM MAIN
SK/SK Case CE 3110
BP Chemicals International Limited Britannic House, Moor Lane
London EC2Y 9BU, England
Verfahren zur Herstellung ungesättiger Aldehyde
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung ungesättigter
Aldehyde durch Oxidation ungesättigter Kohlenwasserstoffe.
Verfahren zur Oxidation ungesättigter.Kohlenwasserstoffe in der Dampfphase
mittels sauerstoffhaltiger Gase in Anwesenheit oder Abwesenheit von Katalysatoren
sind bekannt, haben sich jedoch nicht als vollständig zufriedenstellend
erwiesen, und zwar hauptsächlich aufgrund der erforderlichen Anwendung hoher Reaktionstemperaturen und der damit verbundenen Über-Oxidation der gewünschten Zwischenprodukte.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung ungesättigter Aldehyde ist
nun dadurch gekennzeichnet, daß man ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit mindestens
3 Kohlenstoffatomen im Molekül oxidiert, indem man den Kohlenwasserstoff in Mischung mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas in der
Dampfphase * bei erhöhten Temperaturen in Anwesenheit eines Katalysators aus
elementarem Silber und einer Verbindung eines Metalles der Gruppe VIII des Periodischen Systems von Mendelejew oxidiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist gegenüber den bisher verwendeten Oxidations
verfahren aus folgenden Gründen eine Verbesserung: Die hohe Katalysatorwirksamkeit
bedeutet, daß eine niedrige Reaktionstemperatür angewendet werden kann; dies verringert das Problem der Wärmeentfernung, da anstelle der
üblichen geschmolzenen Salze Wasser oder organische Flüssigkeiten als Wärme-Übertragungsmedium
verwendet werden können. Das erfindungsgemäße Verfahren liefert bei Oxidation eines ungesättigten Kohlenwasserstoffes, wie Propylen,
ein Acroleinprodukt in hoher Ausbeute mit.einem Minimum an Nebenprodukten.
Die hohe Selektivität gegenüber Acrolein verringert das Problem der Wärmeentfernung
aus dem Reaktor, da es die Kohlenoxide produzierenden Reaktionen sind, die die größte Reaktionswärme bilden.
Geeignete ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die nach'' dem erfindungsgemäßen
Verfahren oxidiert werden können, sind ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe
mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen. Bevorzugt werden Kohlenwasserstoffe, wie Propylen, η-Buten und Isobuten.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt zweckmäßig, indem man eine gasförmige
Mischung der Olefine mit einem, molekularen Sauerstoff enthaltenden Gase bei erhöhter Temperatyr über ein Bett eines abgeschiedenen oder nicht abgeschie-
("supported" oder "unsupported")
denen Katalysators/leitet, der in Form von Scheiben oder Tabletten vorliegen
denen Katalysators/leitet, der in Form von Scheiben oder Tabletten vorliegen
kann. λ
Die Kphlenwasserstoffkonzentration in der gasförmigen Mischung kann in mäßig
weiten Grenzen, z.B. zwischen 2 und 20 % oder zwischen 60 und 80 Vol.-^d,
variieren, wobei jedoch dafür gesorgt werden muß, daß man die Bildung explosiver
Mischungen vermeidet.
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·<■■ 3 ""
Das gasförmige Reaktionsmischung kann auch ein inertes gasförmiges Verdünnungsmittel, wie Helium oder Stickstoff, enthalten; im letztgenannten Fall
kann das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas zweckmäßig als Luft zugeführt
werden. Die Konzentration des inerten gasförmigen Verdünnungsmittels in der gasförmigen Mischung kann ineinem Bereich von 0-97 % variieren.
Die Reaktionstemperatur kann zwischen 100-400 C., vorzugsweise zwischen
180-300 C1 liegen. Das Verfahren kann auch unter Drucken durchgeführt werden,
die von atmosphärischem Druck bis zu etwa' 20 Atü liegen können..
Die Kontaktzeit kann z.B.-zwischen 0,1-60 Sekundenr vorzugsweise zwischen
etwa 2-40 Sekunden, liegen.
Unter einem "Metall der Gruppe VIII" wird in der vorliegenden Anmeldung ein
Metall aus der Gruppe von Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium,- Iridium und
Platin verstanden. Die Verbindung des Metalls der Gruppe VIII im erfindungsgemäßen
-Katalysatorpräparat ist zweckmäßig ein Halogenid, vorzugsweise ein Chlorid oder Bromid. Besonders bevorzugten werden Rhodium- und Iridiumhalogenide,
insbesondere die Trichloride und Tribromide. Die Menge des Metalls der Gruppe VIII im Katalysatorspräparat sollte zweckmäßig unter 50 Gew.-^1
vorzugsweise unter 20 Gew.-^d1 bezogen auf das Gesamtgewicht aus Silber und
Metallverbindung der Gruppe VIII, betragen.
Das im Katalysatorpräparat anwesende, elementare Silber kann nach üblichen
bekannten Verfahren, wie z.B. Ausfällung von Silberoxid aus einer Lösung eines geeigneten Silbersalzes, wie Silbernitrat, und anschließende Reduktion des
Oxids mit einem geeigneten Reduktionsmittel, wie Glucose oder Dextrose, zur
Bildung von metallischem Silberpulver, hergestellt werden. Das Katalysatorpräparat selbst erhält man dann durch Herstellung einer Aufschlämmung des
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metallischen Silberpulvers in einer Lösung der Verbindung des Metalls der
Gruppe VIII, worauf diese Lösung eine geeignete Dauer stehen gelassen und der Niederschlag dann durch Filtration abgetrennt wird. Dann wird der Niederschlag
gewaschen, getrocknet und, wie erforderlich, zu Tabletten oder Scheiben gepreßt. Gegebenenfalls kann der Katalysator auf einem geeigneten Träger,
wie Tonerde oder Kieselsäure, abgeschieden werden.
Bei der Aufrechterhaltung einer hohen Katalysatorwirksamkeit über lange
Zeiten hat es sich als günstig ervfesen, in das Beschickungsgas geringe Konzentrationen
flüchtiger organischer Chlorverbindungen, z.B. 0,1-0,3 %
1,2-Dichloräthan, bezogen auf die gesamte Gasbeschickung, einzuführen.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung, ohne sie
zu beschränken.
Es wurde ein mit Rhodiumtrichlorid modifizierter Silberkatalysator hergestellt.
213 g Silbernitrat und 27 g Dextrose wurden in 2700 ecm Wasser gelöst. 150 g
Kaliumhydroxid wurden in 150 ecm Wasser gelöst und tropfenweise zur Silbernitratlösung
zugefügt. Die Reduktion des ausgefällten Silberoxids wurde durch 45 Minuten langes Rühren bei Zimmertemperatur und anschließendes
Erhitzen auf 70-75 C. während weiterer 45 Minuten beendet. Das gebildete
Silberpulver wurde abfiltriert und mit kaltem Wasser gewaschen, bis das Waschmaterial gegenüber einem Phenolphthaleinindikator neutral war.
5 g Rhodiumtrichlorid (RhCl3.3HgO) wurden in 50 ecm Wasser gelöst. Diese
Lösung wurde zum ausgefällten Silber getropft, das als Aufschlämmung in 120 ecm Wasser gerührt wurde. Nach 2-tägigem Stehen wurde der Niederschlag
abfiltriert, mit einem kleinen Volumen Wasser gewaschen und in einem Ofen bei 120 C. getrocknet.
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Der Katalysator wurde pulverisiert, so daß er durch ein 60 BSS mesh passierte,
und unter Verwendung einer mit 3 t arbeitenden Ringpresse zu Scheiben von 3,5 cm Durchmesser gepreßt. Die Scheiben wurden anschließend, zerbrochen
und die Teilchen bis zu einem Bereich van 5-8 BSS mesh gesiebt.
Als Reaktor wurde ein Spiralrohr aus Glas mit einer 6 mm Bohrung verwendet.
Die Spirale hatte 14 Windungen über einen Abstand von ,20 ecm und einen äußeren
Druchmesser von 4 cm. In den Reaktor wurden 28 ecm des Silber/Rhodiumtricchlorid-Katalysators
eingeführt.
Der Katalysator wurde unter Verwendung einer Beschickungszusammensetzung
von Argon!Sauerstoff!Propylen von 83,0:14,4:2,6 bei einer Temperatur von
C. und einer Kontaktzeit von 4,2 Sekunden auf die Oxidation von Propylen
getestet. Wie gefunden wurde, war der Katalysator anfänglich unselektiv und ■
ergeb die Oxidation zu Kohlendioxid, mit längerer Betriebszeit erhöhte sich die Reaktion jedoch und wurde stärker gegenüber der Bildung von Acrolein
selektiv. Nach 24 Stunden betrug die Ausbeute an Acrolein, bezogen auf die Propylenbeschickung, 66,6 °/0 bei einerPropylenumwandlung von 90,6 0Ja.
Weitere Tests auf die Oxidation von Propylen bei unterschiedlichen Reaktions—
temperaturen und Beschickungsbedingungen ergeben die in Tabelle 1 aufgeführten
Ergebnisse,
20988A/ 1*3 4
- 6 Tabelle 1
Reak.— Kontakt- Zusammensetzung d.Beschickung
temp.; zeit; % Vol./Vol.
see
% umgewand. 0/, Ausbeute
Propylen an Acrolein*
Argon
Sauerstoff Propylen
225 | 4,1 | 83,1 |
225 | 4,2 | 79,9 |
243 | 4,2 | 79,9 |
14,1 | 2,5 |
13,0 | 7,1 |
13,1 | 7,0 |
13.0 | 7,1 |
253 4,2 79,9 * β bezogen auf die Propylenbeschickung
88,2
47,6
78,7
89,7
47,6
78,7
89,7
70,0 40,3 69,7 76,6
Der Katalysator wurde für die Oxidation von Isobuten getestet. Methacrolein
und Kohlendioxid waren die Hauptreaktionsprodukte. Die Testergebnisse sind
in Tabelle 2 aufgeführt:
Reakt- Kontakt- ternp.; zeit; |
see | Zusammensetzung d.Beschickung °/o VeI."/Vol. |
Sauerstoff | Propylen | % umgewand; Isobuten |
% Ausbeute an Methacro |
8,1 | Argon | 10,2 | 2,3 | lein* | ||
250 | 8,1 | 87,5 | 10,2 | 2,3 | 69 | 32 |
258 | 8,1 auf die |
87,5 | 87,5 10,2 Isobutenbeschickung |
2,3 | 82 | 37 |
263 * bezogen |
i e 1 | 3 | 93 | 53 | ||
B e i s ρ |
Es wurde ein abgeschiedener, mit Rhodiumtrichlorid modifizierter Silberkatalysator
hergestellt.
21,3 g Silbernitrat und 2,7 g Dextrose wurden in 270 ecm Wasser gelöst. 15 g
Kaliumhydroxid wurden in 15"ecm Wasser gelöst und innerhalb von 40 Minuten zur
Silbernitratlösung getropft. Die Reduktion des ausgefällten Silberoxids wurde
durch 80 Minuten langes Rühren bei Zimmertemperatur und anschließendes Er-;
hitzen auf 70-80 C. und Halten bei dieser Temperatur für 40 Minuten beendet.
Der Silberniederschlag wurde abfiltriert und mit kaltem Wasser gewaschen, bis das Waschmaterial gegenüber einem Phenolphthaleinindikator neutral blieb.
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0,5 g Rhodiumtrichlorid (RhCl3.3HpO) wurden in 8 ecm Wasser gelöst. Diese
Lösung wurde zum ausgefällten Silber getropft, das in einem Mindestvolumen Wasser, das für ein gründliches Rühren ausreichte, aufgeschlämmt war. Die
Aufschlämmung wurde 2 Stunden gerührt, über Nacht stehen gelassen und weitere
3,5 Stunden gerührt. Die überstehende Flüssigkeit wurde dekantiert und hinterließ
eine feuchte Silber-Rhodium-Aufschlämmung.
(AluminitunoxydJ)
50 g "Alundum" (eingetr. Warenzeichen)/von B-16 mesh wurden absatzweise zur
feuchten Ag/RhClo-Aufschlämmung zugefügt. Das "Alundum" absorbierte das
Ag/RhClg. Die überstehende Flüssigkeit wurde dekantiert,' durch Eindampfen im
Volumen verringert und unter sorgfältigem Rühren zur Mischung aus "Alundum" und Ag/RhClß zugegeben. Das restliche Wasser wurde abgedampft und der abgeschiedene
Katalysator 16 Stunden in einem Ofen bei 120 C. getrocknet.
Der Katalysator wurde auf die Oxidation von Propylen getestet, wobei man eine
Beschickungszusammensetzung von Argon:Sauerstoff:Propylen von 79,3:13,4:7,3
bei einer Temperatur von 239 C. und einer Kontaktzeit von 4,1 Sekunden verwendete.
Der Katalysator war anfänglich unselektiv und lieferte Kohlendioxid, im Versuchsverlauf wurde er jedoch zunehmend selektiv gegenüber der Bildung
von Acrolein. Nach 7 Stunden betrug die Acroleinausbeute, bezogen auf die
Propylenbeschickung, 13,7 % für eine Propylenumwandlung von 16,9 °/o.
Weitere Tests auf die Oxidation von Propylen bei unterschiedlichen Reaktionstemperaturen ergaben die folgenden Ergebnisse, die in Tabelle 3 aufgeführt
sind:
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Kontakt zeit; |
Zusammensetzung d % Vol./VdI. |
Sauerstoff | Tabelle 3· | fo umgewaöd. Propylen |
$> Ausbeute an Acrolein* |
|
Reak.- temp.; |
sec | Argon | 13,2 | .Beschickung | • . | |
°C. | 8,0 | 79,8 | 13,2 | Propylen | 37,0 | 28,3 |
251 | 8,0 | 79,8 | 13,2 | 7,0 | 43,3 | 35,1 |
260 | 8,1 | 79,8 . | 7,0 | 54,0 | 43,7 | |
272 | 7,0 | |||||
* bezogen auf die Propylenbeschickung
Es wurde ein mit Iridiumtrichlorid modifizierter Silberkatalysator hergestellt.
Das in dieser Formulierung verwendete Silber wurde wie in Beispiel 1 ausgefällt.
Eine Lösung mit 1 g hydratisiertem Iridiumtrichlorid, in 60 ecm Wasser
gelöst, wurde unter Rühren zu einer Aufschlämmung aus 66 g ausgefälltem
Silber in 50 ecm dest. Wasser eingetropft. Die Mischung wurde 1 Stunde gerührt,
langsam zur Trockne eingedampft und im Ofen bei 120 C. getrocknet.
Der Katalysator würde pulverisiert, so daß er durch ein 60 mesh BSS passierte
und unter Verwendung einer bei 3 t arbeitenden Ringpresse zu Scheiben von 3,5
cm Durchmesser gepreßt. Diese wurden anschließend zerkleinert und die Teilchen
auf einen Bereich von 5-16 BSS mesh gesiebt.
Der Katalysator wurde auf die Oxidation von Propylen getestet. Er wurde im
JVersüchsverlaüf zunehmend selektiv'gegenüber der" Bildung von Acrolein. Unter
Verwendung einer Beschickungszusammensdzung von , Argon:Sauerstoff:Propylen von
83,5:13,6:2,9 mit einer Kontaktzeit von 7,6 Sekunden betrug die Ausbeute an
Acrolein, bezogen auf die Propylenbeschickung, 25,5 % bei einerPropylenumwandlung
von 39,2 % bei 250°C. .
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Bei spiel
ingegangen am
Wie in Beispiel 4 wurde ein weiterer, mit Iridiumtrichlorid modifizierter
Silberkatalysator hergestellt. .' ·; * ■ · '.
3,007 g hydratisiertes Iridiumtrichlorid wurden in 40 ecm Wasser gelöst und
tropenweise zu 65,1 g ausgefälltem Silber zugefügt, das als Aufschlämmung in
100 ecm Wasser gerührt wurde. Die Mischung wurde 16 Stunden stehen gelassen,
langsam eingedampft und im Ofen bei 110 C. getrocknet. Der Katalysator wurde
wie oben zu Scheiben gepreßt. ' .' . ·
Der mit einer Beschickungszusammensäzung von Argon; Sauerstoff:Propylen von ·
83,2:14,2:2,6 und einer Kontaktzeit von 7,9 Sekunden getestete Katalysator
ergab eine 2B,4-$.ige Ausbeute an Acrolein bei einer Propylenumwandlung von
Der Silber/Iridiumchlorid-Katalysatar von Beispiel 5 wurde auf die Oxidation
von Isobuten getestet und lieferte Methacrolein. · . . - .'
Unter Verwendung einer Beschickungszusammensetzurig von Argon:Sauerstoff:
Isobuten von 87,5:10,1:2,4 und einer Kontaktzeit van 8,2 Sekunden betrug die
Ausbeute an Methacrolein 18,7 ή» bei einen'Isobutenumwandlung von 27 % bei
261°C. ■; . . ; ', ;: ·. χ .^ -. \:.';-"·.
Beispiel 7 . ■■.--.'"".": ■·"'■ "?· : " ' \ -""·■'' ■■■ ■ ·
Es viurde ein mit Rhodiumtribromid modifizierter Silberkatalysator hergestellt.
-; . '·* ·".';- ■■'.*" \
3,9 g Rhodiumtrifaromid; (Rh-Gehalt des RhBr3H-I2O =* 24 ^) wurden in 25 ecm
dest. Wasser gelöst und ergaben eins intensiv rote Lösung. Diese Lösung wurde zu 70 g ausgefälltem Silber getropft, das als Aufschlämmung in BO ecm Wasser
gerührt wurde. Nach 30 Minuten war die überstehende Flüssigkeit farblos. Die Mischung wurde 5 Stunden gerührt, dann wurde das Wasser in einem Rotationsverdampfer
entfernt. Der Katalysator wurde bei 120 C. getrocknet, auf 60 BSS mesh gesiebt und dann bei 3 t zu Scheiben von 3,5 cm Durchmesser gepreßt.
Die Scheiben wurden zum katalytischen Test in Teilchen von 5-22 BSS mesh zerkleinert.
Bei der Oxidation von Propylen wurde der Katalysator zunehmendim Versuchsverlauf gegenüber der Bildung von Acrolein selektiv. Es erwies sich als unnötig,
flüchtige organische Chlorverbindungen in die Beschickung einzuführen, um die Katalysatorwirksamkeit aufrechtzuerhalten. Die Testergebnisse sind in
Tabelle 4 aufgeführt.
Reak.- Kontakt- Zusammensetzung d.Beschickung % Ausbeute an % Selektiv.
temp,; zeit; °/> Vol./Vol. Acrolein* für
■ Acrolein
C.
see Argon Sauerstoff Propylen
246 4,1 78,8 13,7
245 8,1 80,7 12,6 245 17,4 80,4 13,2
* » bezogen auf die Propylenbeschickung
7,5 | 21,2 | 52 |
6,7 | 30,5 | 55 |
6,4 | 34,9 | 55 |
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Be j spiel 8 . ....
Der in Beispiel 7 hergestellte Silber/Rhodiumtribromic^s-Katalysator wurde
auf die Oxidation von Isobuten getestet. Die Hauptprodukte waren Methacrolein und Kohlendioxid. Die Testergebnisse sind in Tabelle 5 aufgeführt.
Reak.— Kontakt— Zusammensetzung d.Beschickung % umgewand. % Ausbeute an
temp.; zeit; %>
Vol./VoI; Isobuten Methacrolein*
0C. see Argon Sauerstoff Isobuten '
'
202 8,0 80,3 12,8 6,9 16 8,7
254 8,0 80,3 12,8 6,9 28 18,4
254 8,2 87,6 10,0 2,4 77 . ν 53,7'
.;* = bezogen auf die Isobutenbeschickung ' - ·
Der in Beispiel 7 hergestellte Silber/Rhodiumtribromid--Katalysator lieferte
bei der Oxidation von Buten-2 geringe Ausbeuten an Crotonaldehyd und Methylvinylketon.
Unter Verwendung einer Beschickungszusammensetzung von Argon:
Sauerstoff:Buten-2 von 79,7:13,1:7,2 und einer Kontaktzeit von 8,3 Sekunden
betrug bei 246 C. die Buten-2-Umwandlung 23 %. Die Ausbeuten an Crotonaldehyd
und Methylvinylketon waren 1t3 bzw. 2,2 $.
2G988A/1346
Claims (14)
- Patentansprüche[1.— ^erfahren zur Herstellung ungesättigter Aldehyde, dadurch gekennzeichnet, daß man einen ungesättigten Kohlenwasserstoff mit mindestens 3 Kohlenr stoffatomen pro Molekül oxidiert, indem man den Kohlenwasserstoff in Mischung mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas in der Dampfphase bei erhöhter Temperatur über einen Katalysator aus elementarem Silber und einer Verbindung eines Metalles der Gruppe VIII des Mendelejew'sshen Periodischen Systems leitet.
- 2.- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als ungesättigter Kohlenwasserstoff Propylen, η-Buten oder Isobuten verwendet wird.
- 3.- Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffkonzentration in der gasförmigen Mischung zwischen 2 und 20 % oder zwischen 60 und 80 Vol.-^ beträgt.
- 4,— Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmige Reaktionsmischung ein inertes, gasförmiges Verdünnungsmittel, vorzugsweise Helium oder Stickstoff, enthält.
- 5.- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Verdünnungsmittels in der gasförmigen Mischung zwischen 0—97 Vol.-*3/) beträgt.
- 6,- Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei einer Temperatur zwischen 100-400 C, vorzugsweise zwischen 1B0-300°C, durchgeführt wird.
- 7.- Verfahren nach Anspruch 1 bis Θ, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion unter Druck von atmosphärischem Druck bis zu 20 Atü durchgeführt wird.209884/1346
- 8,—Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktzeit der Reaktions zwischen 0,1-60 Sekunden, vorzugsweise zwischen 2-40 Sekunden, beträgt.
- 9»- Verfahren nach Anspruch 1 bis Θ, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallverbindung der Gruppe VIII im Katalysatorpraparat fein Rhodium- oder Iridiumhalogenid verwendet wird.
- 10,- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallverbindung der Gruppe VIII im Katalysatorpräparat Rhodiumtrichlorid, Rhodiumtribromid, Iridiumtrichlorid oder Iridiumtribromid verwendet wird.
- 11.— Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein abgeschiedener Katalysator verwendet wird.
- 12.— Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator auf Tonerde oder Kieselsäure abgeschieden ist.
- 13.— Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Propylen in Acrolein umgewandelt wird.
- 14.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Isobuten in Methacrolein umgewandelt wird.Der Patentanwalt:209884/1346
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