[发明专利]用于使腈反应的催化剂

说明书

本分案申请是基于申请号为200980114165.9、申请日为2009年2月26日、发明名称为“用于使腈反应的催化剂”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于通过使腈与水反应来制备羧酰胺的催化剂。本发明还涉及制备这些催化剂的方法。

背景技术

通过使腈与水在包含二氧化锰的催化剂存在下反应来制备羧酰胺自很长时间以来就是现有技术。在工业中常需要羧酰胺作为中间体。例如，α-羟基异丁酰胺可用于制备甲基丙烯酸或甲基丙烯酸酯，尤其是甲基丙烯酸甲酯。

作为许多文献的一个实例，参见公开文本DE1593320。DE1593320中描述了借助二氧化锰将腈水解成酰胺的方法，其中用脂族腈实现最多大于90％的收率。这种方法在高速率下提供了良好收率。但是，缺点是该催化剂的低耐久性和机械强度。因此在连续进行的方法中，必须在短时间后停止生产以更换催化剂。这种操作与非常高的成本相关联，其中整个工艺的生产率由于中断而降低。

专利文献JP09104665中描述了活性δ-二氧化锰的制备并经由表面积的大小限定其活性。在此所述的催化剂表现出非常高的活性。但是，此处也存在上述低耐久性的问题。具有特别大的表面积的催化剂尤其如此。

为了改进用于水解的催化剂的寿命，已经作出许多努力。例如，文献EP379111A2描述了在具有高的碱金属含量的二氧化锰催化剂存在下的α-羟基腈的水解。凭借这种高的碱金属含量，这些催化剂表现出特别高的活性和耐久性。该水解尤其可以在4至8的pH值下进行。但是，在不使用此公开文本中详细规定的催化剂的情况下，在此范围内的pH值不导致催化剂的长耐久性(参见EP379111A2，对比例1)。此外，该催化剂不满足在许多设备中对这些催化剂提出的机械要求。

此外，公开文本EP545697A1描述了使用特定的杂多酸以改进催化剂的寿命。可以通过使用促进剂实现该催化剂的耐久性的进一步改进。在反应过程中将所述化合物添加到该体系中。水解反应中的pH值应小于4，因为否则所用丙酮氰醇降低该催化剂的寿命。在高于4的pH值下，所用丙酮氰醇可容易地分解，其中可能形成损害催化剂性质的副产物。该公开文本中明确反驳文献EP379111A2的教导(参见EP545697A1，第3页第3至6行)。

此外，公开文本EP433611A1描述了使用氧化剂以稳定该催化剂。类似地，文献EP945429A1描述了使用氧化剂以延长催化剂耐久性，其中可通过添加少量胺实现进一步改进。在文献EP433611A1和EP945429A1中都没有描述将pH值调节至预定值，其中单独地通过使用根据文献EP773212A1的胺可实现催化剂耐久性的改进。因此，EP945429A1中描述的改进不来自pH值的调节，而是来自文献EP773212A1和EP433611A1的教导的结合。在此应强调的是，尤其氰醇通常通过添加酸而稳定化，这样实施例中公开的试验数据可能在酸性条件下获得。这例如也从上文描述的公开文本EP379111A2中得到。因此由文献EP433611A1和EP945429A1中公开的试验不可能推断出特定的pH值。

此外，在公开文本EP0956898A2中公开了用于制备羧酰胺的包含软锰矿的催化剂。根据此公开文本，可以使用SiO₂改进催化剂的机械强度。在这种情况下，可以在MnO₂沉淀过程中就已经添加粘结剂。但是，据发现，由此获得的催化剂具有不满足特别提出的要求的性能分布。

对于一些反应器系统，该催化剂必须具有特定形状。EP0956898A2中描述可以挤出用于制备该催化剂的物料。但是，当再进行这些试验时，用于成型的装置受到极高负荷，所述负荷可能造成该装置的过早故障。

尽管上文描述的文献的教导已经导致改进催化剂性能，但始终需要在非常高的催化剂活性下改进机械稳定性，尤其是耐磨性和压力稳定性。在改进寿命方面，存在进一步发展的需要，以便在设备连续运行的情况下延长更换周期，和降低催化剂更换成本。在这方面，应该强调的是，需要非常大量的催化剂。

发明内容

考虑到现有技术，本发明的目的因此是提供用于使腈与水反应的催化剂，其在高机械稳定性下具有优异的活性。特别地，该催化剂应表现出高的压力稳定性和高耐磨性。此外，该催化剂应导致经催化的反应的特别高的选择性和高转化率。此外，该催化剂或用于制造该催化剂的物料应可以以简单且便宜的方式成型。在此，用于成型的装置应受到相对较低水平的负荷，使得可避免该装置的过早故障。