Код документа: RU2233832C2
Настоящее изобретение относится к способу получения уксусной кислоты из этана и/или этилена и содержащего окислитель газа в псевдоожиженном слое.
Способы получения уксусной кислоты окислением этана и/или этилена хорошо известны, например из US 4250346, ЕР А-0407091, DE А-19620542, DE А-19630832 и ЕР А-0620205.
В US 4250346 описана окислительная дегидрогенизация этана до этилена в ходе проведения газофазной реакции с относительно высокими степенью превращения, селективностью и производительностью при температуре ниже 500°С с использованием катализатора на молибденовой основе.
В ЕР А-0407091 описан способ получения из газообразного этана и/или этилена продукта, включающего этилен и/или уксусную кислоту, введением такого исходного материала и содержащего молекулярный кислород газа при повышенной температуре в контакт с включающей кальцинированный молибден/рений каталитической композицией для окислительной дегидрогенизации этана.
В DE А-19620542 и DE А-19630832 описан катализатор селективного окисления этана и/или этилена в уксусную кислоту, который включает молибден, палладий и рений.
Кроме того, в заявке GB 9807142.6 (дело ВР 8979) описано применение катализатора, включающего молибден, вольфрам, серебро и иридий, при окислении этана в уксусную кислоту.
Способ получения уксусной кислоты из этилена и кислорода известен также из ЕР А-0620205, согласно которому реакцию этилена с кислородом проводят в присутствии каталитической композиции, включающей металлический палладий, гетерополикислоту или ее соль и промотор на основе солей теллура или селена.
Хотя в вышеупомянутой ссылке на известный способ говорится о том, что процесс можно проводить в системе с неподвижным слоем или в системе с псевдоожиженным слоем, в качестве примеров представлена только система с неподвижным слоем. Проводить процесс в системе с псевдоожиженным слоем обычно нежелательно из-за затруднений технологического порядка, в частности вследствие истирания катализатора.
При создании настоящего изобретения было установлено, что проблему истирания катализатора для системы с псевдоожиженным слоем можно разрешить применением каталитического материала в форме микросферических частиц.
Таким образом, по настоящему изобретению предлагается способ получения уксусной кислоты, который включает введение этана и/или этилена в контакт с содержащим молекулярный кислород газом в реакторе с псевдоожиженным слоем в присутствии псевдоожиженного твердого катализатора окисления в форме микросферических частиц, где размеры по меньшей мере 90% этих каталитических частиц составляют меньше 300 мкм.
По настоящему изобретению предлагается способ получения уксусной кислоты в реакторе с псевдоожиженным слоем с применением особых каталитических материалов в форме частиц. Применение особого катализатора позволяет устранить технологические проблемы, с которыми прежде приходилось сталкиваться при проведении процессов в псевдоожиженном слое.
Для осуществления предлагаемого по настоящему изобретению способа требуется катализатор в форме микросферических частиц. Необходимо, чтобы размеры по меньшей мере 90% каталитических частиц составляли меньше 300 мкм, предпочтительные размеры по меньшей мере 95% этих частиц равны меньше 300 мкм. Приемлемым может быть следующее распределение частиц по размерам:
0-20 мкм 0-30 мас.%
20-44 мкм 0-60 мас.%
44-88 мкм 10-80 мас.%
88-106 мкм 10-80 мас.%
> 106 мкм 0-40 мас.%
> 300 мкм 0-5 мас.%
Приемлемая плотность катализатора составляет 0,5-5 г/см3, предпочтительно 1-3 г/см3 , особенно предпочтительно 1,5-2 г/см3.
Что касается катализатора, используемого в реакторе с псевдоожиженным слоем, то предпочтительные каталитические частицы обладают сопротивлением истиранию.
Катализаторы, приемлемые для применения в процессе превращения этана в псевдоожиженном слое, представляют собой обычные катализаторы окисления этана при условии, что такие катализаторы применяют в форме микросферических частиц.
К приемлемым катализаторам относится каталитическая композиция, включающая молибден, например MOa XbYc, в которой
Х обозначает Cr, Mn, Nb, Та, Ti, V и/или W, а предпочтительно Mn, Nb, V и/или W
Y обозначает Bi, Се, Со, Cu, Fe, К, Mg, Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn, Tl и/или U, a предпочтительно Sb, Се и/или U,
а обозначает 1,
b обозначает 0,05-1,0, а
с обозначает 0-2, предпочтительно 0,05-1,0, при условии, что общее значение с для Со, Ni и/или Fe составляет меньше 0,5.
Равным образом приемлема каталитическая композиция ModReeWgXY,
в которой
А обозначает ModReeWf,
Х обозначает Сr, Mn, Nb, Та, Ti, V и/или W, предпочтительно Mn, Nb, V и/или W,
Y обозначает Вi, Се, Со, Cu, Fе, К, Mg, Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn, Tl и/или U, a предпочтительно Sb, Се и/или U,
а обозначает 1,
b обозначает 0-2, предпочтительно 0,05-1,0,
с обозначает 0-2, предпочтительно 0,001-1,0, а более предпочтительно 0,05-1,0, при условии, что общее значение с для Со, Ni и/или Fе составляет меньше 0,5,
d+е+f=a,
d обозначает либо ноль, либо превышает ноль,
е превышает ноль, а
f обозначает либо ноль, либо превышает ноль.
Возможна также каталитическая композиция MoaPdbRecXdYe, в которой
Х обозначает Cr, Mn, Nb, В, Та, Ti, V и W,
Y обозначает Bi, Се, Со, Cu, Те, Fe, Li, К, Na, Rb, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn, Tl и U;
индексы a, b, c, d и е указывают грамм-атомные пропорции соответствующих элементов,
где а обозначает 1, b>0, с>0, d обозначает 0,05-2, а е обозначает 0-3.
Кроме того, приемлемым катализатором является MoaPdbXcYd, у которого
Х обозначает один или несколько элементов, выбранных из ряда Сr, Mn, Nb, Та, Ti, V и/или W;
Y обозначает один или несколько элементов, выбранных из ряда В, Al, Ga, In, Pt, Zn, Cd, Bi, Ce, Co, Rh, Ir, Cu, Ag, Au, Fe, Ru, Os, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn, Tl и/или U;
индексы а, b, с и d указывают грамм-атомные пропорции соответствующих элементов,
где а обозначает 1, b>0, с>0, a d обозначает 0-2.
Другим приемлемым катализатором окисления является MOaWbAgcIrd XeYf, у которого
Х обозначает элементы Nb и V,
Y обозначает один или несколько элементов, выбранных из ряда Сr, Mn, Та, Ti, В, Al, Ga, In, Pt, Zn, Cd, Bi, Ce, Co, Rh, Ir, Cu, Ag, Au, Fe, Ru, Os, K, Rb, Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Zr, Hf, Ni, P, Pb, Sb, Si, Sn, Tl, U, Re и Pd;
a, b, c, d, e и f указывают грамм-атомные пропорции элементов, вследствие чего
Приготовление микросферического катализатора
Катализатор окисления в соответствии с настоящим изобретением в форме микросферических частиц, включающий молибден, ванадий, ниобий и золото, был приготовлен распылительной сушкой суспензии, состоящей из смеси золя кремнекислоты, молибдата аммония, ванадата аммония, оксалата ниобий-аммония, воды и ацетата золота.
Катализатор затем был кальцинирован на воздухе при температуре в диапазоне 300-400°С в течение 3 ч. Готовый катализатор в форме микросферических частиц представлял собой катлизатор, у котрого по меньшей мере 90% имели размер менее 300 мкм.
Приготовление сыпучего катализатора
Немикросферический катализатор, содержащий молибден, ванадий, ниобий и золото в тех же самых соотношениях, что и микросферический катализатор, был приготовлен смешением и распылительной сушкой растворов молибдата аммония, ванадата аммония, хлорида ниобия, щавелевой кислоты, воды и хлорида аурата-аммония до образования твердого катализатора. Твердый катализатор был высушен, измельчен и кальцинирован на воздухе в течение 4 ч при температуре в диапазоне 300-400°С. Полученный кальцинированный катализатор был затем измельчен и просеян.
У каждого из катализаторов оценивали распределение по крупности частиц - для микросферических частиц и для сыпучих частиц. Далее полученные катализаторы подвергали испытанию.
Методика испытания катализаторов на истирание
Приблизительно 50 г каждого образца высушенного катализатора (приготовленного как описано выше) было помещено в реакционный сосуд длиной 1,9 м и с внутренним диаметром 2 дюйма, снабженный секцией сбора (выделения) продуктов реакции с внутренним диаметром 6 дюймов. Реактор работал при температуре окружающей среды.
В днище реактора расположены три отверстия с внутренним диаметром 0,4 мм, через которые пропускали азот при давлении 69 бар при скорости 20-200 м/с. Мельчайшие частицы, выделенные из секции реактора, собирали на кассете фильтра. Результаты испытания, полученные после 5 и 20 ч работы мельчайших частиц, приведены в таблице 5.
Результаты ясно показывают, что микросферические частицы, где по меньшей мере 90% частиц имеют размер меньше 300 мкм, т.е. катализатор в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает истирание менее чем 1%, в то время как истирание сыпучего катализатора составляет более чем 30%, при аналогичных условиях испытания.
Изобретение относится к получению уксусной кислоты. Способ осуществляют путем введения этана и/или этилена в контакт с содержащим молекулярный кислород газом в реакторе с псевдоожиженным слоем в присутствии твердого катализатора окисления в форме микросферических псевдоожиженных частиц. Размеры по меньшей мере 90% каталитических частиц составляют меньше 300 мкм. Также предложен объединенный способ получения уксусной кислоты и/или винилацетата, включающий следующие стадии: (а) введение в первой реакционной зоне сырья, содержащего этилен и/или этан и необязательный водяной пар, в контакт с содержащим молекулярный кислород газом в присутствии твердого катализатора окисления в форме микросферических псевдоожиженных частиц, где размеры по меньшей мере 90% этих каталитических частиц составляют меньше 300 мкм, для окисления этилена в уксусную кислоту и/или этана в уксусную кислоту с получением первого продукта, включающего уксусную кислоту, воду, этилен (либо в виде непрореагировавшего этилена и/либо в виде этилена, образующегося в качестве побочного продукта), а также необязательные этан, монооксид углерода, диоксид углерода и/или азот; и (б) введение во второй реакционной зоне в присутствии или отсутствие дополнительных количеств этилена и/или уксусной кислоты по меньшей мере части первого газообразного продукта, включающего по меньшей мере уксусную кислоту и этилен, а также один или несколько таких необязательных материалов, как вода, этан, монооксид углерода, диоксид углерода и/или азот, в контакт с содержащим молекулярный кислород газом в присутствии катализатора, эффективного при синтезе винилацетата, с получением второго продукта, включающего винилацетат, воду, уксусную кислоту и необязательный этилен. Продукт со стадии (б) разделяют дистилляцией на верхнюю азеотропную фракцию, включающую винилацетат и воду, и нижнюю фракцию, включающую уксусную кислоту. Уксусную кислоту и винилацетат выделяют. Технический результат - снижение истирания катализатора. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 табл.