DE4329907A1 - Multimetal oxide compositions containing at least the elements antimony and phosphorus and additionally at least one of the two elements Mo, W - Google Patents

Multimetal oxide compositions containing at least the elements antimony and phosphorus and additionally at least one of the two elements Mo, W

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DE4329907A1 DE19934329907 DE4329907A DE4329907A1 DE 4329907 A1 DE4329907 A1 DE 4329907A1 DE 19934329907 DE19934329907 DE 19934329907 DE 4329907 A DE4329907 A DE 4329907A DE 4329907 A1 DE4329907 A1 DE 4329907A1
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Abstract

Multimetal oxide compositions containing at least the elements antimony and phosphorus and additionally at least one of the two elements Mo, W, where part of the antimony is present as senarmontite. These compositions are suitable as catalysts for preparing methacrylic acid by catalytic gas-phase oxidation of methacrolein.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Multimetalloxidmassen, die we­ nigstens die Elemente Antimon und Phosphor sowie zusätzlich we­ nigstens eines der beiden Elemente Mo, W enthalten.The present invention relates to multimetal oxide compositions, the we at least the elements antimony and phosphorus and additionally we at least one of the two elements Mo, W contained.

Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Her­ stellung dieser Massen, sowie deren Verwendung zur gasphasenkata­ lytisch oxidativen Herstellung von Methacrylsäure aus Meth­ acrolein.Moreover, the present invention relates to methods for Her Position of these masses, as well as their use for gas phase gas lytic oxidative production of methacrylic acid from meth acrolein.

Multimetalloxidmassen, die wenigstens die Elemente Antimon und Phosphor sowie zusätzlich wenigstens eines der beiden Elemente Mo, W enthalten, sind vielfach vorbeschrieben. Es ist ferner all­ gemein vorbekannt, daß derartige Multimetalloxidmassen zur Ver­ wendung als Katalysatoren für die gasphasenkatalytisch oxidative Herstellung von 3 bis 6 C-Atome aufweisenden α,β-monoethylenisch ungesättigten Carbonsäuren sowie deren reduzierter Erscheinungs­ form, den entsprechenden Aldehyden, geeignet sind.Multimetal oxide materials containing at least the elements antimony and Phosphorus and additionally at least one of the two elements Mo, W contain, are often described above. It is also all common previously known that such Multimetalloxidmassen Ver use as catalysts for the gas-phase catalytic oxidative Preparation of 3 to 6 C-atoms having α, β-monoethylenic unsaturated carboxylic acids and their reduced appearance form, the corresponding aldehydes are suitable.

Üblicherweise werden diese Multimetalloxidmassen dadurch herge­ stellt, daß man von in an sich bekannter Weise geeigneten Quellen ihrer Konstituenten ein möglichst inniges, vorzugsweise fein­ teiliges, Trockengemisch herstellt und dieses einer Calcinierung unterwirft. Wesentlich ist, wie allgemein bekannt, nur, daß es sich bei den Quellen entweder bereits um Oxide handelt, oder um solche Verbindungen, die durch Erhitzen, gegebenenfalls in Anwesenheit von Sauerstoff, in Oxide überführbar sind. Neben den Oxiden werden daher als Ausgangsverbindungen vor allem Halogenide, Nitrate, Formiate, Oxalate, Acetate, Carbonate oder Hydroxide empfohlen (vgl. z. B. DE-A 40 22 212), wobei das innige Vermischen trocken oder naß erfolgen kann. Nachteilig an diesen Multimetalloxidkatalysatoren des Standes der Technik ist jedoch, daß bei ihrer Verwendung zur gasphasenkatalytisch oxidativen Her­ stellung von Methacrylsäure aus Methacrolein bei vorgegebenem Me­ thacroleinumsatz die Selektivität der Methacrylsäurebildung nicht zu befriedigen vermag.Usually, these multimetal oxide materials are herge provides that one of suitable sources in a conventional manner their constituents as intimate as possible, preferably fine part, dry mixture and this produces a calcination subjects. It is essential, as is well known, only that it the sources are either already oxides or around such compounds obtained by heating, optionally in Presence of oxygen, are convertible into oxides. In addition to the Oxides are therefore mainly used as starting compounds Halides, nitrates, formates, oxalates, acetates, carbonates or Hydroxides recommended (see, for example, DE-A 40 22 212), wherein the intimate Mixing can be done dry or wet. A disadvantage of this However, prior art multimetal oxide catalysts are that in their use for gas-phase catalytically oxidative Her position of methacrylic acid from methacrolein at given Me thacrolein conversion does not affect the selectivity of methacrylic acid formation to satisfy.

Die EP-B 180 997 empfiehlt zur Herstellung von Multimetalloxid­ massen, die wenigstens die Elemente Antimon, Phosphor und Molyb­ dän enthalten, als Sb-Quelle feinteiliges Antimontrioxid mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von nicht mehr 0,2 µm zu verwenden. Solchermaßen hergestellte Multimetalloxidmassen eignen sich gemäß der Lehre der EP-B 180 997 als Katalysatoren zur gas­ phasenkatalytisch oxidativen Herstellung von Methacrylsäure aus Methacrolein, mit erhöhter Selektivität der Methacrylsäurebil­ dung. Nachteilig an den solchermaßen hergestellten Multimetall­ oxidmassen ist jedoch, daß auch bei ihrer Verwendung zur gaspha­ senkatalytisch oxidativen Herstellung von Methacrylsäure aus Methacrolein bei vorgegebenem Methacroleinumsatz die Selektivität der Methacrylsäurebildung nicht voll zu befriedigen vermag.EP-B 180 997 recommends the preparation of multimetal oxide at least the elements antimony, phosphorus and molyb As a Sb source of finely divided antimony trioxide with an average particle size of not more than 0.2 microns too  use. Such prepared Multimetalloxidmassen are suitable itself according to the teaching of EP-B 180 997 as catalysts for gas phase catalytically oxidative production of methacrylic acid Methacrolein, with increased selectivity of Methacrylsäurebil dung. A disadvantage of the multimetal thus produced oxide masses, however, is that even when used for gas phase from the point of view of oxidative production of methacrylic acid Methacrolein at a given Methacroleinumsatz the selectivity can not fully satisfy the methacrylic acid formation.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Multimetalloxid­ massen zur Verfügung zu stellen, die wenigstens die Elemente An­ timon und Phosphor sowie zusätzlich wenigstens eines der beiden Elemente Mo, W enthalten, die bei Verwendung zur gasphasenkataly­ tisch oxidativen Herstellung von Methacrylsäure aus Methacrolein bei vorgegebenem Methacroleinumsatz eine erhöhte Selektivität der Methacrylsäurebildung bedingen.The object of the present invention was therefore multimetal oxide To provide mass that at least the elements An timon and phosphorus and additionally at least one of them Elements Mo, W included, which when used for gas phase catalytic oxidative production of methacrylic acid from methacrolein at a given Methacroleinumsatz increased selectivity of Methacrylsäurebildung condition.

Demgemäß wurden Multimetalloxidmassen, die wenigstens die Ele­ mente Antimon und Phosphor sowie zusätzlich wenigstens eines der beiden Elemente Mo, W enthalten, gefunden, die dadurch gekenn­ zeichnet sind, daß sie wenigstens einen Teil der insgesamt in ih­ nen vorhandenen Menge an Sb in Gestalt dreidimensional ausgedehn­ ter kristalliner Bereiche enthalten, die die Kristallstruktur des Senarmontit aufweisen. Senarmontit ist eine der verschiedenen möglichen kristallinen Erscheinungsformen des Antimontrioxids. Das Vorhandensein dieser Kristallmodifikation, deren Struktur wohlbekannt ist (Swanson, Fuyat, Natl. Bur. Stand. (U.S.), Circ. 539, 3 31 (1954)), läßt sich z. B. dadurch nachweisen, daß die Röntgenbeugungsaufnahme der Multimetalloxidmasse das Beugungsmu­ ster des Senarmontit (Fingerabdruck, z. B. vorstehendes Literatur­ zitat) enthält. Aus der Intensität der Beugungslinien läßt sich die Quantität an vorhandenem Senarmontit ermitteln und die Breite der Beugungslinien gibt die durchschnittlichen Dimensionen der enthaltenen Senarmontitkristallite wieder. Der Zugang zu letzterer Information gestaltet sich einfacher, wenn man Röntgen­ beugung und Transmissionselektronenmikroskopie gemeinsam anwen­ det.Accordingly, multimetal oxide compositions containing at least the ele Antimony and phosphorus and additionally at least one of contained two elements Mo, W, found characterized that they are at least part of the total in ih NEN existing amount of Sb in the form of three-dimensional expand contain crystalline areas, the crystal structure of the Have Senarmontit. Senarmontite is one of the various possible crystalline forms of antimony trioxide. The presence of this crystal modification, its structure well known (Swanson, Fuyat, Natl. Bur. Stand. (U.S.), Circ. 539, 3 31 (1954)), z. B. prove that the X-ray diffraction of the multimetal oxide composition the diffraction pattern of senarmontite (fingerprint, eg the above literature quote). From the intensity of the diffraction lines can be to detect the quantity of available Senarmontite and the Width of the diffraction lines gives the average dimensions the contained Senarmontitkristallite again. Access to The latter information is easier to do if you use X-ray apply diffraction and transmission electron microscopy together det.

Wiedergegeben in Gestalt von von der Wellenlänge der verwendeten Röntgenstrahlung unabhängigen Netzebenenabständen d [Å] sind die acht intensivsten Beugungslinien des Senarmontit:Played in the form of the wavelength used X-ray independent lattice plane distances d [Å] are the eight most intense diffraction lines of Senarmontite:

d [Å]there] Intensität [%]Intensity [%] 6,446.44 1212 3,223.22 100100 2,792.79 4040 2,562.56 1111 1,971.97 4242 1,681.68 3535 1,611.61 1111 1,281.28 1212

Die Intensitätsangaben sind relative Bezugswerte und auf die intensitätsstärkste Beugungslinie bezogen. Die zugehörigen Beugungswinkel R ergeben sich aus der Bragg-Beziehung:The intensity data are relative reference values and on the highest intensity diffraction line. The associated Diffraction angles R result from the Bragg relationship:

sinR = λ/2d,sinR = λ / 2d,

wobei λ die Wellenlänge der zur Röntgenbeugung verwendeten Rönt­ genstrahlung ist. In der Regel wird dies die Cu-Kα-Strahlung sein, mit λ = 1,5406 Å.where λ is the wavelength of Röntgenstrahlung used for X-ray diffraction radiation. In general, this will be the Cu-K α radiation, with λ = 1.5406 Å.

Vorzugsweise liegt in den erfindungsgemäßen Massen wenigstens 25%, besonders bevorzugt wenigstens 50% des enthaltenen Sb als Senarmontit vor. Selbstverständlich umfaßt die vorliegende Erfin­ dung auch solche Multimetalloxidmassen, in denen wenigstens 80% oder auch die insgesamt vorhandene Menge an Sb als Senarmontit vorliegt. Es ist jedoch bevorzugt, daß 1 bis 10% des insgesamt vorhandenen Sb gleichzeitig in amorpher Umgebung vorliegt.Preferably, at least in the compositions of the invention 25%, more preferably at least 50% of the contained Sb as Senarmontite ago. Of course, the present invention includes also those multimetal oxide materials in which at least 80% or the total amount of Sb present as Senarmontit is present. However, it is preferred that 1 to 10% of the total existing Sb present in an amorphous environment.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die erfindungsgemäßen Multi­ metalloxidmassen nachfolgender Stöchiometrie I genügenFurthermore, it is advantageous if the multi Metal oxide of subsequent stoichiometry I suffice

abc X⁴d X⁵e SbfOn (I),abc X⁴ d X⁵ e Sb f O n (I),

in der die Variablen folgende Bedeutung haben:in which the variables have the following meaning:

X¹ Wolfram und/oder Molybdän,
X² S, P, As, B, Si und/oder Ge,
X³ V, Nb, Ta und oder Re,
X⁴ Cu, Ag, Zn, Cd, Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Bi und/oder Erd­ alkali,
X⁵ Alkali, NH₄⁺, Tl und/oder Te,
a 12,
b 0,01 bis 10,
c 0,01 bis 6,
d 0 bis 10,
e 0 bis 10,
f 0,1 bis 10 und
n eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in I bestimmt wird.
X¹ tungsten and / or molybdenum,
X²S, P, As, B, Si and / or Ge,
X³ V, Nb, Ta and or Re,
X⁴ Cu, Ag, Zn, Cd, Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Bi and / or alkaline earth,
X⁵ Alkali, NH₄⁺, Tl and / or Te,
a 12,
b 0.01 to 10,
c 0.01 to 6,
d 0 to 10,
e 0 to 10,
f 0.1 to 10 and
n is a number which is determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in I.

Unter diesen Massen sind jene bevorzugt, für die die Variablen folgende Bedeutung haben:Among these masses, those are preferred for which the variables have the following meaning:

X¹ Wolfram und/oder Molybdän,
X² S, P, As, und/oder Si,
X³ V, Nb, und oder Re,
X⁴ Cu, Ag, Zn, Fe, Ni, Co, Rh, und/oder Bi,
X⁵ Alkali und/oder NH₄⁺, Tl Te,
a 12,
b 0,2 bis 3,
c 0,2 bis 3,
d 0 bis 2,
e 0 bis 3 und
f 0,2 bis 3.
X¹ tungsten and / or molybdenum,
X² S, P, As, and / or Si,
X³ V, Nb, and or Re,
X⁴ Cu, Ag, Zn, Fe, Ni, Co, Rh, and / or Bi,
X⁵ alkali and / or NH₄⁺, Tl Te,
a 12,
b 0.2 to 3,
c 0.2 to 3,
d 0 to 2,
e 0 to 3 and
f 0.2 to 3.

Ganz besonders vorteilhaft sind jedoch Massen der allgemeinen Formel IIHowever, masses of the general are very particularly advantageous Formula II

M₁₂P₀VpX⁶gX⁷hX⁸iSbjRekSlOm (II),M₁₂P₀V p X⁶ g X⁷ h X⁸ i Sb j Re k S l O m (II),

in der die Variablen folgende Bedeutung haben:in which the variables have the following meaning:

X⁶ Kalium, Rubidium und/oder Cäsium, vorzugsweise Cäsium,
X⁷ Kupfer und/oder Silber,
X⁸ Cer, Bor, Zirkonium, Mangan und/oder Wismut,
o 0,5 bis 3,0
p 0,01 bis 3,0, vorzugsweise 0,65 bis 1,0, besonders bevor­ zugt 0, 8,
g 0,2 bis 3,0, vorzugsweise 1,1 bis 1,5, besonders bevorzugt 1,2,
h 0,01 bis 2,0,
i 0 bis 2,0,
j 0,01 bis 2,0,
k 0 bis 1,0, vorzugsweise < 0 und besonders bevorzugt 0,04 bis 1,
l 0,001 bis 0,5, vorzugsweise 0,03 bis 0,5 und
m eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in II bestimmt wird.
X⁶ potassium, rubidium and / or cesium, preferably cesium,
X⁷ copper and / or silver,
X⁸ cerium, boron, zirconium, manganese and / or bismuth,
o 0.5 to 3.0
p is 0.01 to 3.0, preferably 0.65 to 1.0, especially before 0, 8,
g is 0.2 to 3.0, preferably 1.1 to 1.5, particularly preferably 1.2,
h 0.01 to 2.0,
i 0 to 2.0,
j 0.01 to 2.0,
k is 0 to 1.0, preferably <0 and particularly preferably 0.04 to 1,
from 0.001 to 0.5, preferably from 0.03 to 0.5 and
m is a number determined by the valence and frequency of the elements other than oxygen in II.

Ein wesentlicher Einfluß der Ausdehnung der in den erfindungs­ gemäßen Multimetalloxidmassen enthaltenen Senarmontitbereiche auf die Qualität der erfindungsgemäßen Multimetalloxidmassen konnte nicht festgestellt werden. Mit einer Abnahme der Ausdehnung geht eine geringe Zunahme der Selektivität der Methacrylsäurebildung einher. Zweckmäßigerweise betragen die Größtdurchmesser < 0 bis 50 µm. Sie können jedoch auch 0,1 bis 25 oder 0,5 bis 5 µm be­ tragen.An essential influence of the expansion of the fiction in the according to multimetal oxide compositions contained Senarmontitbereiche the quality of the multimetal oxide compositions according to the invention could can not be determined. With a decrease of the stretch goes a slight increase in the selectivity of methacrylic acid formation associated. Conveniently, the largest diameter <0 to  50 μm. However, you can also be 0.1 to 25 or 0.5 to 5 microns be carry.

Die erfindungsgemäßen Massen sind in an sich bekannter Weise er­ hältlich. In der Regel werden sie dadurch hergestellt, daß man von in an sich bekannter Weise geeigneten Quellen ihrer elementa­ ren Konstituenten ein möglichst inniges, vorzugsweise fein­ teiliges Trockengemisch herstellt und dieses einer Calcinierung unterwirft, wobei die Calcinierung vor oder nach der Formung zu Katalysatorkörpern bestimmter Geometrie erfolgen kann. Wesentlich ist, wie allgemein bekannt, nur, daß es sich bei den Quellen ent­ weder bereits um Oxide handelt, oder um solche Verbindungen, die durch Erhitzen, gegebenenfalls in Anwesenheit von Sauerstoff, in Oxide überführbar sind. Neben den Oxiden kommen daher als Ausgangsverbindungen vor allem Halogenide, Nitrate, Formiate, Oxalate, Acetate, Carbonate oder Hydroxide in Betracht. Geeignete Ausgangsverbindungen des Mo und V sind auch deren Wolframate und Vanadate bzw. die von diesen abgeleiteten Säuren. Erfindungsgemäß wird man bezüglich des Elementes Sb bereits von Senarmontit ent­ sprechender Feinteiligkeit als Elementquelle ausgehen, gegebenen­ falls vereint mit Valentinit (eine andere Kristallmodifikation des Sb₂O₃) und/oder einfachen Salzen des Sb, wie Antimonnitrat.The compositions of the invention are in a conventional manner he hältlich. In general, they are made by that one of well-known sources of their elementa ren constituents as intimate as possible, preferably fine dry mixture and this produces a calcination wherein the calcination before or after shaping to Catalyst bodies of certain geometry can be done. Essential is, as is well known, only that it ent is not already dealing with oxides or such compounds that by heating, optionally in the presence of oxygen, in Oxides are convertible. Besides the oxides come therefore as Starting compounds especially halides, nitrates, formates, Oxalates, acetates, carbonates or hydroxides into consideration. suitable Starting compounds of Mo and V are also their tungstates and Vanadates or the acids derived from these. According to the invention one is already ent of Senarmontit ent. with respect to the element Sb speaking fineness as an element source, given if combined with Valentinit (another crystal modification of Sb₂O₃) and / or simple salts of Sb, such as antimony nitrate.

Das innige Vermischen der Ausgangsverbindungen kann in trockener oder in nasser Form erfolgen. Erfolgt es in trockener Form, wer­ den die Ausgangsverbindungen zweckmäßigerweise als feinteilige Pulver eingesetzt und z. B. nach dem Mischen zu Katalysatorkörpern gewünschter Geometrie geformt (z. B. tablettiert), die dann der Calcinierung unterworfen werden. Die Calcinierung kann aber auch vor der Formung erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das innige Vermi­ schen jedoch in nasser Form. Üblicherweise werden die Ausgangs­ verbindungen dabei in Form einer Lösung und/oder Suspension mit­ einander vermischt. Erfindungsgemäß ist hierbei zu beachten, daß die eingesetzte Menge an Senarmontit während des nassen Mischvor­ gangs nicht vollständig in Lösung geht. Dies kann z. B. dadurch beeinflußt werden, daß man zunächst die Quellen der übrigen ele­ mentaren Konstituenten mischt und das Senarmontit erst kurze Zeit vor der Trocknung der flüssigen Mischmasse einrührt. Nach Ab­ schluß des Mischvorgangs wird die fluide Masse getrocknet und nach Trocknung (vor oder nach Formung) calciniert. Vorzugsweise erfolgt die Trocknung durch Sprühtrocknung. Das dabei anfallende Pulver ist für eine direkte Formung häufig zu fein, weshalb es oft unter Zusatz einer Flüssigkeit, üblicherweise Wasser, zu einer Knetmasse verarbeitet und als solche geformt und dann calciniert wird.The intimate mixing of the starting compounds can be carried out in dry or in wet form. If it takes place in dry form, who the starting compounds expediently as finely divided Powder used and z. B. after mixing into catalyst bodies desired geometry shaped (for example, tableted), then the Be subjected to calcination. But the calcination can also done before shaping. Preferably, the intimate Vermi but in wet form. Usually the output compounds in the form of a solution and / or suspension with mixed together. According to the invention, it should be noted that the amount of Senarmontite used during wet mixing gangs is not completely resolved. This can be z. B. thereby be influenced that first the sources of the remaining ele mentary constituents mix and the Senarmontit only a short time stirred in before drying the liquid mixture. After Ab  conclusion of the mixing process, the fluid mass is dried and calcined after drying (before or after shaping). Preferably drying takes place by spray drying. The resulting Powder is often too fine for direct forming, which is why it often with the addition of a liquid, usually water, too processed a plasticine and molded as such and then is calcined.

Beispielsweise können die erfindungsgemäßen Massen dadurch herge­ stellt werden, daß man als geeignet genannte Ausgangsverbindungen der sie konstituierenden elementaren Bestandteile, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur und unter Zusatz von Säuren oder Basen, in wäßrigem Medium durch Lösen und/oder Suspendieren fein ver­ teilt, mischt und daraus besagte Trockenmasse erzeugt. Die Calci­ nierung der Trockenmasse erfolgt in der Regel bei Temperaturen von 180 bis 480, vorzugsweise 350 bis 450°C im Luftstrom oder in inerter Atmosphäre, z. B. N₂ oder CO₂.For example, the compositions according to the invention can be characterized be provided that as suitable called starting compounds the constituent elemental constituents, if appropriate at elevated temperature and with the addition of acids or bases, in aqueous medium by dissolving and / or suspending finely ver divides, mixes and produces said dry matter. The calci Drying is usually carried out at temperatures from 180 to 480, preferably 350 to 450 ° C in the air stream or in inert atmosphere, z. B. N₂ or CO₂.

Bemerkenswert ist, daß der Anteil des Sb, der vor Calcinierung der Trockenmasse in selbiger als Senarmontit vorliegt, während der Calcinierung als solcher im wesentlichen erhalten bleibt, während beispielsweise andere übliche Ausgangsquellen des Sb wie Valentinit oder übliche Sb-Salze wie Antimonnitrat etc. späte­ stens im Verlauf des Calcinierens, das in der Regel wenige Stun­ den in Anspruch nimmt, ihre kristalline Identität verlieren, sich sozusagen im Multimetalloxid auflösen und nach Abschluß der Calcinierung das durch sie eingeführte Sb in den Multimetalloxid­ massen in amorpher Umgebung vorliegt.It is noteworthy that the proportion of Sb, that before calcination the dry matter in it is present as Senarmontit, while the calcination as such is substantially preserved, while, for example, other common sources of the Sb like Valentinit or usual Sb salts like antimony nitrate etc. late during the course of calcination, which is usually a few hours who claim to lose their crystalline identity Dissolve, so to speak, in the multimetal oxide and after completion of the Calcination of the Sb introduced into the multimetal oxide masses in an amorphous environment.

Zweckmäßigerweise werden die erfindungsgemäßen Massen als Voll­ katalysatoren eingesetzt, d. h. als solche Katalysatorkörper, die ausschließlich aus der erfindungsgemäßen Masse bestehen. Dabei bilden Hohlzylinder mit einem Außendurchmesser und einer Länge von 4 bis 10 mm und einer Wandstärke von 1 bis 3 mm die bevor­ zugte Katalysatorgeometrie. Die Calcinierung kann in mehreren Temperaturstufen und/oder in verschiedenen Atmosphären durchge­ führt werden. So kann z. B. in einer ersten Stufe bei 200 bis 260°C in Luft, in einer zweiten Stufe bei 420 bis 460°C in Stickstoff und in einer dritten Stufe bei 350 bis 410°C wiederum in Luft calciniert werden. Enthalten die erfindungsgemäßen Massen Rhe­ nium, wird als Quelle desselben vorzugsweise Rhenium(VII)oxid eingesetzt. Molybdän wird vorzugsweise als Ammoniumsalz der Mo­ lybdän- oder Phosphormolybdänsäure, Bor z. B. als Borsäure, Vana­ dium in der Regel als Ammoniumvanadat oder Vanadiumoxalat, Phosphor mit Vorteil als ortho-Phosphorsäure oder Di-Ammonium- Phosphat, Schwefel als Ammoniumsulfat und die übrigen von Sb ver­ schiedenen Metalle normalerweise als Nitrate, Oxide, Hydroxide, Carbonate, Chloride, Formiate, Oxalate, Acetate oder Hydroxide eingesetzt.Conveniently, the compositions of the invention as a full used catalysts, d. H. as such catalyst bodies, the consist exclusively of the composition of the invention. there form hollow cylinder with an outer diameter and a length from 4 to 10 mm and a wall thickness of 1 to 3 mm before called catalyst geometry. The calcination can in several Temperature levels and / or in different atmospheres Runaway be led. So z. B. in a first stage at 200 to 260 ° C. in air, in a second stage at 420 to 460 ° C in nitrogen and in a third stage at 350 to 410 ° C again in air be calcined. Contain the compositions of the invention Rhe It is preferable to use rhenium (VII) oxide as a source thereof used. Molybdenum is preferably used as the ammonium salt of Mo lybdenum or phosphomolybdic acid, boron z. B. as boric acid, Vana usually as ammonium vanadate or vanadium oxalate, Phosphorus with advantage as ortho-phosphoric acid or di-ammonium Phosphate, sulfur as ammonium sulfate and the rest of Sb ver different metals normally as nitrates, oxides, hydroxides,  Carbonates, chlorides, formates, oxalates, acetates or hydroxides used.

Ein wäßriges Gemisch der Ausgangskomponenten kann als Hilfsmittel zusätzlich in Mengen von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf die calci­ nierte Katalysatormasse, organische Verbindungen wie Stickstoff enthaltende zyklische Verbindungen, z. B. Pyridin, aber auch Carbonsäuren oder Alkohole enthalten. Das Trocknen aus nasser Mischung erfolgt üblicherweise bei 60 bis 180°C. Zur Formung der Katalysatormasse oder deren nicht calcinierter Vorläufermasse können an sich bekannte Verfahren wie Tablettieren, Extrudieren oder Strangpressen angewendet werden, wobei Gleitmittel wie Gra­ phit oder Stearinsäure sowie Formhilfsmittel und Verstärkungsmit­ tel wie Mikrofasern aus Glas, Asbest, Siliciumcarbid oder Kalium­ titanat zugesetzt werden können. Die erfindungsgemäßen Massen können aber auch in Gestalt von Träger- oder Schalenkatalysato­ ren, d. h. auf ein vorgeformtes, im wesentlichen inertes, Material aufgebracht, zur Herstellung von Methacrylsäure durch Gasphaseno­ xidation von Methacrolein angewendet werden, wobei das Aufbringen auf das im wesentlichen inerte Material z. B. in Form der wäßrigen Ausgangslösung oder Suspension, verbunden mit anschließender Trocknung und Calcinierung oder als bereits calcinierte pulveri­ sierte Masse in Kombination mit einem Bindemittel erfolgen kann. Selbstverständlich können die erfindungsgemäßen Massen auch in Pulverform als Katalysatoren eingesetzt werden.An aqueous mixture of the starting components can be used as an aid additionally in amounts of 1 to 20 wt .-%, based on the calci nierte catalyst mass, organic compounds such as nitrogen containing cyclic compounds, e.g. As pyridine, but also Contain carboxylic acids or alcohols. Dry from wet Mixture is usually carried out at 60 to 180 ° C. To form the Catalyst mass or its uncalcined precursor composition can be known methods such as tabletting, extrusion or extruding, lubricants such as Gra phit or stearic acid, as well as molding aids and reinforcing agents Such as microfibers made of glass, asbestos, silicon carbide or potassium titanate can be added. The compositions of the invention but can also in the form of carrier or shell catalyst ren, d. H. to a preformed, substantially inert, material applied, for the production of methacrylic acid by Gasphaseno xidation be applied by methacrolein, wherein the application on the substantially inert material z. B. in the form of aqueous Starting solution or suspension, connected with subsequent Drying and calcination or as already calcined pulveri Mass in combination with a binder can be done. Of course, the compositions of the invention can also in Powder form can be used as catalysts.

Die erfindungsgemäße Multimetalloxidmassen eignen sich insbeson­ dere als Katalysatoren für die katalytische Gasphasenoxidation von Methacrolein zu Methacrylsäure, wobei die Methacrylsäurebil­ dung mit erhöhter Selektivität erfolgt.The multimetal oxide compositions according to the invention are suitable in particular dere as catalysts for the catalytic gas phase oxidation from methacrolein to methacrylic acid, the methacrylic acid bil tion with increased selectivity.

Die katalytische Gasphasenoxidation von Methacrolein zu Meth­ acrylsäure unter Anwendung der erfindungsgemäßen Katalysatoren erfolgt in an sich bekannter, u. a. in der DE-A 40 22 212 darge­ stellter, Weise. Desgleichen gilt für die Abtrennung der Meth­ acrylsäure aus dem Produktgasstrom. Das Oxidationsmittel Sauer­ stoff kann z. B. in Form von Luft, aber auch in reiner Form einge­ setzt werden. Aufgrund der hohen Reaktionswärme werden die Reak­ tionspartner vorzugsweise mit Inertgas wie N₂, CO₂, gesättigten Kohlenwasserstoffen und/oder mit Wasserdampf verdünnt. Vorzugs­ weise wird bei einem Methacrolein : Sauerstoff : Wasserdampf : Inertgas Verhältnis von 1 : (1 bis 3) : (2 bis 20) : (3 bis 30), besonders be­ vorzugt von 1 : (1 bis 3) : (3 bis 10) : (7 bis 18) gearbeitet. Das eingesetzte Methacrolein kann auf verschiedene Weise erhalten worden sein, z. B. durch Gasphasenoxidation von Isobutylen, tert.- Butanol oder Methylether von tert.-Butanol. Mit Vorteil wird Methacrolein eingesetzt, das durch Kondensation von Propanol mit Formaldehyd in Gegenwart von sekundären Aminen und Säuren in flüssiger Phase gemäß den in der DE-PS 8 75 114 oder in der DE-AS 28 55 514 beschriebenen Verfahren erhältlich ist. Die Gasphaseno­ xidation kann sowohl in Wirbelschichtreaktoren als auch in Fest­ bettreaktoren ausgeführt werden. Vorzugsweise wird sie in Rohr­ bündelreaktoren durchgeführt, in deren Röhren die Katalysator­ masse, vorzugsweise in Gestalt zylindrisch geformter Partikel, fest angeordnet ist. Die Reaktionstemperatur beträgt in der Regel 250 bis 350°C, der Reaktionsdruck liegt üblicherweise im Bereich von 1 bis 3 bar und die Gesamtraumbelastung beträgt vorzugsweise 800 bis 1800 Nl/l/h. Unter diesen Bedingungen liegt der Methacro­ leinumsatz bei einfachem Reaktordurchgang üblicherweise bei 50 bis 80 mol-%. Vorzugsweise werden die genannten Randbedingungen im Rahmen des genannten Rasters so aufeinander abgestimmt, daß bei einfachem Durchgang durch den Reaktor ein Methacroleinumsatz von 60 bis 70 mol-% resultiert. Die erhöhte Selektivität der Me­ thacrylsäurebildung bei Einsatz der erfindungsgemäßen Massen als Katalysatoren besteht auch bei Methacroleinraumbelastungen von mehr als 60 Nl/l/h. Interessanterweise behalten die erfindungs­ gemäßen Massen ihre Eigenschaften über eine erhöhte Betriebsdauer im wesentlichen unverändert bei.Catalytic gas phase oxidation of methacrolein to meth acrylic acid using the catalysts of the invention takes place in known per se, u. a. in DE-A 40 22 212 Darge put, way. Likewise applies to the separation of meth acrylic acid from the product gas stream. The oxidizing agent acid fabric can z. B. in the form of air, but also in a pure form be set. Due to the high heat of reaction, the Reak tion partner preferably with inert gas such as N₂, CO₂, saturated Hydrocarbons and / or diluted with water vapor. virtue In the case of a methacrolein, for example, oxygen becomes: water vapor: inert gas Ratio of 1: (1 to 3): (2 to 20): (3 to 30), especially be preferably from 1: (1 to 3): (3 to 10): (7 to 18) worked. The used methacrolein can be obtained in various ways been, z. By gas phase oxidation of isobutylene, tert. Butanol or methyl ether of tert-butanol. With advantage Methacrolein used by condensation of propanol with  Formaldehyde in the presence of secondary amines and acids in liquid phase according to the in DE-PS 8 75 114 or DE-AS 28 55 514 described method is available. The gas phase xidation can be used in fluidized bed reactors as well as in solid Be performed bed reactors. Preferably, it is in tube bundle reactors carried out in their tubes the catalyst mass, preferably in the form of cylindrically shaped particles, is fixed. The reaction temperature is usually 250 to 350 ° C, the reaction pressure is usually in the range from 1 to 3 bar and the total space load is preferably 800 to 1800 Nl / l / h. Under these conditions lies the Methacro turnover in one reactor usually at 50 to 80 mol%. Preferably, the mentioned boundary conditions within the framework of said grid coordinated so that with simple passage through the reactor a Methacroleinumsatz from 60 to 70 mol% results. The increased selectivity of Me thacrylic acid formation when using the compositions of the invention as Catalysts also exist in methacrolein space burdens of more than 60 Nl / l / h. Interestingly, keep the invention appropriate masses their properties over an increased service life essentially unchanged at.

Bei dem beschriebenen Verfahren wird üblicherweise jedoch nicht reine Methacrylsäure, sondern ein Produktgemisch erhalten, von welchem die Methacrylsäure nachfolgend abgetrennt werden muß. Dies kann in an sich bekannter Weise erfolgen, z. B. indem man die Reaktionsgase nach indirekter und/oder direkter Kühlung bei Tem­ peraturen von 40 bis 80°C mit Wasser wäscht, wobei eine wäßrige Methacrylsäurelösung erhalten wird, aus der die Methacrylsäure üblicherweise durch Extraktion mit einem organischen Lösungs­ mittel entfernt und von selbigem durch Destillation abgetrennt wird.However, in the described method, it usually does not pure methacrylic acid, but obtained a product mixture of in which the methacrylic acid must be subsequently separated. This can be done in a conventional manner, for. B. by the Reaction gases after indirect and / or direct cooling at Tem from 40 to 80 ° C with water, wherein an aqueous Methacrylic acid solution is obtained from the methacrylic acid usually by extraction with an organic solution removed medium and separated from selbigem by distillation becomes.

Neben der gasphasenkatalytischen Oxidation von Methacrolein zu Methacrylsäure vermögen die erfindungsgemäßen Massen aber auch die gasphasenkatalytische Oxidation anderer organischer Verbindungen wie insbesondere anderer, vorzugsweise 3 bis 6 C- Atome aufweisender, Alkane, Alkanole, Alkanale, Alkene und Alke­ nole (z. B. Propylen, Acrolein, tert.-Butanol, Methylether des tert.-Butanol, iso-Buten, iso-Butan oder iso-Butyraldehyd) zu olefinisch ungesättigten Aldehyden und/oder Carbonsäuren, sowie den entsprechenden Nitrilen (Ammonoxidation, vor allem von Propen zu Acrylnitril und von iso-Buten bzw. tert.-Butanol zu Methacryl­ nitril) zu katalysieren. Beispielhaft genannt sei die Herstellung von Acrylsäure, Acrolein und Methacrolein. Sie eignen sich aber auch zur oxidativen Dehydrierung organischer Verbindungen. In addition to the gas-phase catalytic oxidation of methacrolein to Methacrylic acid but the compositions of the invention also the gas phase catalytic oxidation of other organic Compounds such as in particular other, preferably 3 to 6 C Atoms, alkanes, alkanols, alkanals, alkenes and alkenes nols (for example propylene, acrolein, tert-butanol, methyl ethers of tert-butanol, isobutene, isobutane or isobutyraldehyde) olefinically unsaturated aldehydes and / or carboxylic acids, as well as the corresponding nitriles (ammoxidation, especially of propene to acrylonitrile and from isobutene or tert-butanol to methacrylic to catalyze nitrile). An example is the production of acrylic acid, acrolein and methacrolein. They are suitable also for the oxidative dehydrogenation of organic compounds.  

Umsatz, Selektivität und Verweilzeit sind in dieser Schrift, falls nichts anderes erwähnt wird, wie folgt definiert:Conversion, selectivity and residence time are in this document, unless otherwise stated, defined as follows:

BeispieleExamples a) Herstellung von erfindungsgemäßen Massen M und Massen MV zum Vergleicha) Preparation of compositions of the invention M and compositions MV for comparison Allgemeine HerstellvorschriftGeneral manufacturing instructions

  • i) In 600 g Wasser wurden bei 50°C 530 g Ammoniumheptamolyb­ dat-tetrahydrat, A g Ammoniummetavanadat, B g Cäsiumni­ trat, C g 45 gew.-%ige ortho-Phosphorsäure, D g 35 gew.-%ige wäßrige Ammoniumsulfatlösung und E g Antimontrioxid oder Antimonnitrat eingerührt.i) In 600 g of water at 50 ° C 530 g Ammoniumheptamolyb tetrahydrate, A g ammonium metavanadate, B g cesiumni C, 45% by weight ortho-phosphoric acid, D g 35 wt .-% aqueous ammonium sulfate solution and E g Stirred in antimony trioxide or antimony nitrate.
  • ii) Anschließend wurde dieses wäßrige Gemisch auf 95° C er­ hitzt, eine Lösung von F g Kupfer(II)nitrattrihydrat zu­ gesetzt und bei der genannten Temperatur zur Trockene eingedampft. Aus der so erhaltenen Masse wurden anschlie­ ßend Hohlzylinder mit einem Außendurchmesser von 7 mm, einer Länge von 6 mm und einem Hohlkreisdurchmesser von 3 mm geformt und 5 h bei 380°C im Luftstrom calciniert. Röntgenbeugungs-Pulver-Aufnahmen der erhaltenen Formlinge unter Anwendung der Cu-Kα-Strahlung wiesen bei 2R = 10,5°, 21,3°, 26,2° (Hauptmaximum) und 30,3° Beugungs­ maxima auf, die dem Cäsiumsalz der Phosphormolybdatovana­ datoheteropolysäure zugeordnet werden konnten.ii) Subsequently, this aqueous mixture was heated to 95 ° C he, a solution of F g of copper (II) nitrate trihydrate to set and evaporated to dryness at the temperature mentioned. From the mass thus obtained were subsequently ßend hollow cylinder with an outer diameter of 7 mm, a length of 6 mm and a hollow circle diameter of 3 mm formed and calcined at 380 ° C for 5 h in an air stream. X-ray diffraction powder images of the resulting moldings using the Cu-K α radiation exhibited the Cesium salt at 2R = 10.5 °, 21.3 °, 26.2 ° (major maximum) and 30.3 ° diffraction maxima the Phosphormolybdatovana datoheteropolysäure could be assigned.

Die numerischen Mengen A, B, C, D, E und F werden so gewählt, daß die in der Tabelle unter Verzicht der Sauerstoffangabe wiedergegebenen Stöchiometrien resultierten. Den zahlen­ mittleren Durchmesser d (µm) des eingesetzten feinteiligen Sb₂O₃ sowie dessen prozentuale Zusammensetzung aus Senarmontit (St) und Valentinit (V) zeigt ebenfalls die Tabelle.The numerical sets A, B, C, D, E and F are chosen that in the table waiving the oxygen specification reproduced stoichiometries resulted. The numbers average diameter d (μm) of the finely divided used  Sb₂O₃ and its percentage composition of Senarmontit (St) and Valentinit (V) also show the table.

b) Die Selektivität S der Methacrylsäurebildung bei Anwendung der Massen aus a) als Gasphasenoxidationskatalysatorenb) The selectivity S of methacrylic acid formation when applied the masses of a) as gas phase oxidation catalysts

Für diese vergleichende Übersicht wurden die Hohlzylinder aus a) pulverisiert (arithmetisch mittlerer Korndurchmesser: 1 bis 2 mm) und in Rohrreaktoren (10 mm Innendurchmesser, 100 g Katalysatorschüttung, Salzbadkühlung) bei Reaktionstemperatu­ ren im Bereich 270 bis 310°C mit einer Gasmischung der Zusam­ mensetzungFor this comparative overview, the hollow cylinders were made a) pulverized (arithmetic mean grain diameter: 1 to 2 mm) and in tube reactors (10 mm internal diameter, 100 g Catalyst bed, salt bath cooling) at Reaktionsstemperatu in the range 270 to 310 ° C with a gas mixture of Zusam mensetzung

 5 Vol.-% Methacrolein
 9 Vol.-% Sauerstoff
25 Vol.-% Wasserdampf und
61 Vol.-% Stickstoff
5% by volume methacrolein
9 vol.% Oxygen
25 vol .-% water vapor and
61% by volume of nitrogen

bei einer durchschnittlichen Verweilzeit von 3 sec und einer Methacroleinbelastung von 0,11 g/g/h beschickt (die Angaben in Vol.-% beziehen sich auf Nl). Die Salzbadtemperatur wurde in allen Fällen so eingestellt, daß ein einheitlicher Metha­ croleinumsatz von ca. 62% resultierte. Die erhaltenen Reak­ tionsgase wurden auf 40°C abgekühlt und nacheinander mit Was­ ser und 50 gew.-%iger wäßriger Essigsäure gewaschen.with an average residence time of 3 sec and a Methacroleinbelastung of 0.11 g / g / h fed (the information in% by volume refer to Nl). The salt bath temperature was in all cases adjusted so that a single metha Crude sales of approximately 62% resulted. The obtained Reak gases were cooled to 40 ° C and successively with What washed and 50 wt .-% aqueous acetic acid.

Anschließend wurden die Waschflüssigkeiten gaschromato­ graphisch und polarographisch analysiert und aus den Analy­ seergebnissen die Selektivität der Methacrylsäurebildung er­ rechnet.Subsequently, the washing liquids were gas chromatographed analyzed graphically and polarographically and from the Analy results of the selectivity of methacrylic acid formation he expects.

Die Ergebnisse zeigt ebenfalls die Tabelle. The results also show the table.  

Tabelle table

Die Massen M₁ bis M₃ wiesen in der Röntgenbeugungsaufnahme alle den Fingerabdruck der Senarmontitkristallstruktur auf (Cu-Kα-Strahlung). In den Massen MV1 und MV2 war hingegen kein Fingerabdruck des Valentinit nachweisbar. Es ist davon auszuge­ hen, daß sowohl in MV1 und MV2 als auch in MV3 die Gesamtmenge des eingesetzten Sb in amorpher Umgebung vorliegt.The masses M₁ to M₃ in the X-ray diffraction recording all had the fingerprint of the Senarmontitkristallstruktur on (Cu-K α radiation). In the masses MV1 and MV2, however, no fingerprint of Valentinit was detectable. It is assumed that in both MV1 and MV2 and MV3 the total amount of Sb used is in an amorphous environment.

Claims (7)

1. Multimetalloxidmassen, die wenigstens die Elemente Antimon und Phosphor sowie zusätzlich wenigstens eines der beiden Elemente Mo, W enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß sie we­ nigstens einen Teil der insgesamt in ihnen vorhandenen Menge an Sb in Gestalt dreidimensional ausgedehnter kristalliner Bereiche enthalten, die die Kristallstruktur des Senarmontit aufweisen.1. Multimetal oxide compositions which comprise at least the elements antimony and phosphorus and additionally at least one of the two elements Mo, W, characterized in that they contain at least a portion of the total amount of Sb present in them in the form of three-dimensionally extended crystalline regions which form the Have crystal structure of Senarmontit. 2. Multimetalloxidmassen nach Anspruch 1, die wenigstens 25% ihres Antimongesamtgehaltes als Senarmontit enthalten.2. Multimetal oxide compositions according to claim 1, which are at least 25% their antimony total content as Senarmontit contained. 3. Multimetalloxidmassen nach Anspruch 1 oder 2, die 1 bis 10% ihres Antimongehaltes in amorpher Umgebung vorliegend und die Restmenge an Sb als Senarmontit vorliegend aufweisen.3. Multimetal oxide compositions according to claim 1 or 2, which are 1 to 10% their antimony content in amorphous environment present and the Have residual amount of Sb as Senarmontit present. 4. Multimetalloxidmassen nach Anspruch 1 bis 3, die nachfolgen­ der Stöchiometrie I genügen X¹abc X⁴d X⁵e SbfOn (I),in der die Variablen folgende Bedeutung haben:X¹ Wolfram und/oder Molybdän,
X² S, P, As, B, Si und/oder Ge,
X³ V, Nb, Ta und oder Re,
X⁴ Cu, Ag, Zn, Cd, Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Bi und/oder Erd­ alkali,
X⁵ Alkali, NH₄⁺, Tl und/oder Te,
a 12,
b 0,01 bis 10,
c 0,01 bis 6,
d 0 bis 10,
e 0 bis 10,
f 0,1 bis 10 und
n eine Zahl, die durch die Wertigkeit und Häufigkeit der von Sauerstoff verschiedenen Elemente in I bestimmt wird.
4. Multimetal oxide compositions according to claim 1 to 3, which follow the stoichiometry I satisfy X¹ abc X⁴ d X⁵ e Sb f O n (I), in which the variables have the following meaning: X¹ tungsten and / or molybdenum,
X²S, P, As, B, Si and / or Ge,
X³ V, Nb, Ta and or Re,
X⁴ Cu, Ag, Zn, Cd, Fe, Ni, Co, Ru, Rh, Pd, Bi and / or alkaline earth,
X⁵ Alkali, NH₄⁺, Tl and / or Te,
a 12,
b 0.01 to 10,
c 0.01 to 6,
d 0 to 10,
e 0 to 10,
f 0.1 to 10 and
n is a number which is determined by the valency and frequency of the elements other than oxygen in I.
5. Multimetalloxidmassen nach Anspruch 1 bis 5, in denen die Größtdurchmesser der enthaltenen Senarmontitphasen im Bereich 0,5 bis 5 µm liegen.5. Multimetal oxide compositions according to claim 1 to 5, in which the Maximum diameter of the contained Senarmontitphasen in the range 0.5 to 5 microns are. 6. Verfahren zur Herstellung von Methacrylsäure durch katalyti­ sche Gasphasenoxidation von Methacrolein, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Massen gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 als Katalysatoren eingesetzt werden.6. Process for the preparation of methacrylic acid by katalyti gas phase oxidation of methacrolein, characterized thereby characterized in that compositions according to claims 1 to 5 than Catalysts are used. 7. Verfahren zur Herstellung von Massen gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man geeignete Ausgangs­ verbindungen der die Massen konstituierenden elementaren Be­ standteile innig miteinander vermischt, dabei als Sb-Aus­ gangsverbindung Senarmontit mitverwendet, und das daraus er­ hältliche Trockengemisch geformt oder umgeformt bei 180 bis 480°C calciniert.7. A process for the preparation of compositions according to claims 1 to 3, characterized in that suitable starting connections of the elementary Be constituting the masses parts intimately mixed together, as a Sb-off co-ordinated with Senarmontit, and from that he dry dry mix formed or formed at 180 to Calcined at 480 ° C.
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