[发明专利]用于生产马来酸酐的催化剂及方法

说明书

本发明涉及一种通过气相部分氧化制备马来酸酐(MAn)的催化剂。本发明进一步涉及一种使用本发明催化剂制备马来酸酐的方法。

为进行非均相催化的气相氧化，通常使含氧气体如空气，以及待氧化烃的混合物通过排列在反应器中且其中存在催化剂成型体床的多个管。

基于氧钒基焦磷酸盐(VO)₂P₂O₇的非均相催化剂(已知为VPO催化剂)用于将烃如正丁烷工业氧化为马来酸酐。该非均相催化的气相氧化的速率受内部输送影响的限制。此处，反应中速率受限的步骤不是反应物扩散至催化剂外表面，而是扩散入催化剂孔结构的速度。

质量传递限制可通过增加催化剂的孔隙率而减少。为此，将造孔剂，即在后加热期间燃烧掉的有机化合物加入催化活性组合物中。然而，该最优化是受限的，因为过多孔的催化剂成型体不再具有足够的机械稳定性。

改进这些催化剂的另一可行方式为使成型体的几何形状最优化。这决定了催化剂的外表面积和由催化剂颗粒引起的对流经床的气体的阻力，以及因此必须克服的反应器入口和反应器出口之间的压降。尽管较小催化剂颗粒的使用增加了外表面积和因此的催化剂的活性，但与此同时压降也大大增加。此外，成型体的几何形状的变化受限，因为所得催化剂应具有足够的机械稳定性且例如在填充反应管时应无过多裂纹出现。具有很长突出的部分、薄支柱等的几何形状通常不具有令人满意的机械稳定性。

为此寻求一种具有大的外表面积且显示低压降和令人满意的机械稳定性的催化剂几何形状。

US 4,283,307公开了一种用于将正丁烷部分氧化为MAn的氧化催化剂，其呈具有中心孔的丸状。

US 5,168,090描述了用于制备MAn的催化剂成型体，其外表面具有至少一个空腔且其几何体积对应于30-67％无空腔的几何体体积且其几何体外表面积与几何体积的比例为至少20cm^-1。特别的是，US 5,168,090公开了在外表面中具有三个与圆柱体的轴平行的等距凹槽的圆柱体。

WO 01/68245公开了一种用于通过非均相催化的气相氧化制备马来酸酐的催化剂，该催化剂具有基本上中空的圆柱体结构，该圆柱体具有特定的高度与通孔直径的比例以及特定的几何表面积与几何体积的比例。

WO 03/078057描述了一种制备马来酸酐的催化剂，该催化剂包含含钒、磷和氧的催化活性组合物且具有基本上中空的圆柱体结构和满足特定条件的几何密度d_p。

WO 2007/051602描述了用于制备马来酸酐的催化剂成型体，其中包裹了催化剂成型体的几何基体为三棱柱且该催化剂成型体配有三个通孔。催化剂成型体应具有带有圆角的三角形横截面。

EP-A 1120390描述了一种用于通过在催化剂颗粒床上氧氯化乙烯而制备1，2-二氯乙烷的方法。催化剂颗粒可作为具有轴孔的圆柱体而存在。

JP 06-170239公开了具有圆柱体和至少两个孔的催化剂成型体，其用于不饱和酐和羧酸的合成。

本发明的目的为提供一种用于制备MAn的催化剂成型体，其具有大的外表面积且显示了低压降和令人满意的机械稳定性。本发明目的尤其为提供一种可使气相部分氧化中产率高且在低压降下对MAn的选择性高的催化剂成型体。

根据本发明，本发明目的通过一种用于通过使用包含钒、磷和氧的催化活性组合物将具有至少四个碳原子的烃气相氧化而制备马来酸酐的催化剂成型体实现，其中所述催化剂成型体基本上为具有纵轴的圆柱体，其中所述圆柱体具有至少两个，如2-5个基本上与圆柱体的轴平行且正好穿过圆柱体的平行的内孔。

催化剂成型体基本上为圆柱体，即具有圆形横截面和平的平行端面的型体。术语“基本上”指与理想几何形状的偏差，如圆形结构的微小变形，不平和不平行的端面，缺角掉边，在圆柱体表面、端面或通孔的内表面上表面粗糙或凹痕也包含在本发明催化剂成型体的情况下。

圆柱体特别优选具有四个内孔。

内孔优选具有圆或椭圆形的横截面，尤其是圆形横截面。所有内孔通常具有相同的横截面。

在优选实施方案中，内孔的中心轴等距位于与圆柱体表面同心的圆柱状表面上。内孔直径d₂与圆柱体的外直径d₁之比优选为0.2-0.35。内孔中心轴所处圆柱状表面的直径d₃与圆柱体的外直径d₁之比优选为0.53-0.60。