Каталитическое устройство с оптимизированной поверхностью для производства ангидрида фталевой кислоты

Изобретение относится к каталитическому устройству для производства ангидрида фталевой кислоты путем окисления в газовой фазе ароматических углеводородов, содержащему реактор, имеющий сторону впуска исходного газа и сторону выхода получаемого газа, а также первый слой катализатора из каталитических тел и по меньшей мере один второй слой катализатора из каталитических тел, при этом первый слой катализатора расположен на стороне впуска газа, второй слой катализатора расположен за первым слоем катализатора по ходу потока газа, причем указанные каталитические тела содержат наружный слой из активной композиции, где содержание активной композиции во втором слое катализатора составляет от 2 до 6 мас. % от общей массы каталитических тел и где в соответствующем слое катализатора отношение общей площади поверхности активной композиции к объему слоя катализатора составляет от 12000 до 16000 см-1. Изобретение также относится к способу производства ангидрида фталевой кислоты путем окисления в газовой фазе ароматических углеводородов и к применению каталитического устройства в производстве ангидрида фталевой кислоты. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 табл.

 

Настоящее изобретение относится к каталитическому устройству для производства ангидрида фталевой кислоты посредством окисления в газовой фазе ароматических углеводородов, содержащему реактор, имеющий сторону впуска исходного газа и сторону выхода получаемого газа, а также первый слой катализатора из каталитических тел и по меньшей мере один второй слой катализатора из каталитических тел, причём первый слой катализатора расположен на стороне впуска газа, второй слой катализатора расположен за первым слоем катализатора по ходу потока газа, указанные каталитические тела содержат наружный слой из активной композиции, отличающемуся тем, что в первом слое катализатора и/или втором слое катализатора содержание активной композиции составляет менее 7 мас. % от общей массы каталитических тел и что в соответствующем слое катализатора отношение общей площади поверхности активной композиции к объёму слоя катализатора предпочтительно составляет 10000 – 20000 см-1, в частности, предпочтительно составляет 12000 – 16000 см-1.

Промышленное производство ангидрида фталевой кислоты осуществляется путем каталитического окисления в газовой фазе орто-ксилола и/или нафталина. Для этого в реакторе используется подходящий для реакции катализатор, как правило, содержащий ванадий, и реакционный газ пропускают через этот катализатор. В качестве реактора предпочтительно используется так называемый кожухотрубный реактор с множеством параллельно расположенных в нём омываемых хладагентом труб. В качестве хладагента, как правило, используется солевой расплав, например эвтектическая смесь NaNO2 и KNO3. Катализатор в виде каталитических тел заполняет указанные трубы. В наиболее простом случае применяется гомогенная засыпка катализатора. После этого через засыпку подаётся реакционный газ, представляющий собой смесь кислородсодержащего газа, обычно воздуха, и окисляемого углеводорода, обычно орто-ксилола или нафталина.

В настоящее время для получения ангидрида фталевой кислоты применяются промышленные катализаторы на основе активных композиций с V2O5-TiO2, наносимые в виде покрытия на кольцевые носители, в большинстве случаев, из стеатита. Окисление углеводорода является сильно экзотермическим процессом, вследствие чего происходит интенсивное тепловыделение, особенно в зоне впуска в реактор, которое может привести к полному окислению углеводорода и к дезактивации катализатора. Во избежание связанной с этим потери производительности был совершен переход к использованию структурированных каталитических засыпок, т. е. каталитических устройств, где в трубах друг над другом располагаются слои катализатора с разной активностью. В настоящее время в большинстве случаев используются трёх- или четырёхслойные засыпки катализатора, причём на стороне впуска в реактор расположен первый слой катализатора с относительно низкой активностью, за которым следуют слои катализатора с постепенно нарастающей активностью. Таким образом, слой катализатора с максимальной активностью находится на стороне выхода из реактора. Такие системы известны, например, из документов WO 99/61434 A1, WO 99/61433 A1, WO 2004/103944 A1.

С недавнего времени стали широко использоваться каталитические системы с четырьмя и более слоями, причём на стороне впуска в реактор прежде всего располагается относительно короткий слой катализатора повышенной активности. К этому слою катализатора повышенной активности примыкает слой катализатора с низкой активностью, за которым следуют другие слои, активность катализатора которых снова нарастает. Такие каталитические системы известны, например, из документов WO 2007/134849 A1 и WO 2011/032658 A1.

В WO 2006/092304 A1 описано применение катализатора, содержащего по меньшей мере один первый слой, расположенный ближе всего к стороне впуска газа, и второй слой, расположенный ближе к стороне выхода газа, и третий слой, расположенный ещё ближе или даже ближе всего к стороне выхода газа, для производства ангидрида фталевой кислоты путем окисления в газовой фазе орто-ксилола и/или нафталина, причём слои катализатора предпочтительно содержат активную композицию с TiO2, отличающееся тем, что активность катализатора в указанном первом слое превышает активность катализатора во втором слое. Активность первого слоя катализатора может быть отрегулирована с использованием всех известных специалисту мер таким образом, чтобы она была выше активности следующего затем второго слоя катализатора. Согласно предпочтительному варианту осуществления повышенная активность в первом слое катализатора может быть обеспечена, например, за счёт увеличения плотности засыпки в первом слое катализатора, например в результате применения другой (кольцевой) геометрии используемого инертного формованного изделия.

В WO 2008/077791 А1 описан способ окисления в газовой фазе, в котором газообразный поток, содержащий ароматический углеводород и молекулярный кислород, направляют через два или более слоев катализатора. Кроме того, в этом патентом документе описывается каталитическая система для проведения реакции в газовой фазе с использованием начальной загрузки. Произведение диаметра на высоту или объём загруженных изначально инертных и/или каталитических колец меньше, чем по меньшей мере один из последующих слоёв катализатора, или отношение площади поверхности на единицу объёма загруженных изначально инертных и/или каталитических колец больше по меньшей мере одного из последующих слоёв катализатора.

Документ ЕР 0985648 А1 касается окисления в газовой фазе углеводородов, в котором газообразную смесь, содержащую газ, включающий молекулярный кислород и углеводороды, которые могут содержать заместители, направляют через твёрдый слой катализатора, и относится к способу окисления в газовой фазе, при котором газообразная смесь исходных материалов поступает через твёрдый слой катализатора, в котором доля пустот в слоях катализатора возрастает за один или несколько шагов в направлении вдоль потока газообразной смеси исходных материалов.

Во время окисления орто-ксилола или нафталина наряду с ценным продуктом, ангидридом фталевой кислоты, образуется ещё целый ряд нежелательных побочных продуктов вследствие неполного окисления или переокисления. Образующимися вследствие неполного окисления побочными продуктами являются преимущественно орто-толилальдегид и фталид. Образующимися вследствие переокисления продуктами являются преимущественно окись углерода, диоксид углерода и ангидрид малеиновой кислоты с незначительными количествами бензойной кислоты и ангидрида цитраконовой кислоты. При этом по возможности желательна высокая избирательность окисления в ангидрид фталевой кислоты с малыми количествами побочных продуктов в целевом продукте, включающих, в числе прочего, ангидрид малеиновой кислоты, при высокой конверсии исходного продукта.

В настоящее время показатель молярной избирательности ангидрида фталевой кислоты достиг 83 мол. %. Для дополнительного повышения избирательности окисления орто-ксилола или нафталина в ангидрид фталевой кислоты можно варьировать разные параметры каталитической системы. Так, например, может варьироваться состав катализатора или также могут варьироваться свойства засыпки катализатора. Для этого можно варьировать, например, расположение и длину отдельных слоёв катализатора.

В основу настоящего изобретения положена задача создания каталитического устройства для производства ангидрида фталевой кислоты окислением в газовой фазе ароматических углеводородов, которое обеспечило бы, по сравнению с известными из уровня техники каталитическими устройствами, повышенный выход ангидрида фталевой кислоты и получение более чистого сырого ангидрида фталевой кислоты.

Эта задача решается с использованием каталитического устройства для производства ангидрида фталевой кислоты окислением в газовой фазе ароматических углеводородов, содержащего реактор, имеющий сторону впуска исходного газа и сторону выхода получаемого газа, а также первый слой катализатора из каталитических тел и по меньшей мере один второй слой катализатора из каталитических тел, причём первый слой катализатора расположен на стороне впуска газа, а второй слой катализатора распложен за первым слоем катализатора по ходу потока, при этом указанные каталитические тела имеют наружный слой из активной композиции, отличающегося тем, что в первом слое катализатора и/или втором слое катализатора содержание активной композиции составляет менее 7 мас. % от общей массы каталитических тел и в соответствующем слое катализатора отношение общей поверхности активной композиции к объёму слоя катализатора предпочтительно составляет 10000 – 20000 см-1, особенно предпочтительно составляет 12000 – 16000 см-1.

Способ по изобретению осуществляется в одном или нескольких реакторах, причём реактор или реакторы предпочтительно выполнены трубчатыми (трубчатые реакторы или трубы). Отверстия в реакторе - обычно два отверстия трубчатого реактора - служат входом в реактор для исходного газа и выходом из реактора для получаемого газа, что обеспечивает наличие стороны для впуска газа, стороны для выхода газа и направления газового потока. Например, реактор нагревают в соляной ванне до температуры от 340 до 450 ºC, при этом в результате экзотермической реакции и вероятного присутствия разных слоёв катализатора образуется определенный температурный профиль.

Предпочтительно трубчатый реактор в каждом случае имеет какой-то диаметр (D), при этом имеется в виду внутренний диаметр реактора. Предпочтительно диаметр (D) реактора выбирается в диапазоне от 10 до 50 мм, более предпочтительно от 20 до 40 мм. Трубчатые реакторы имеют длину (L), выбираемую в обычном диапазоне, составляющем, например, от 2 до 5 метров. Длина (L) трубы соответствует при этом части длины трубчатого реактора, заполняемой каталитическими телами.

Реактор в каждом случае заполняется каталитическими телами, катализирующими окисление в газовой фазе орто-ксилола или нафталина. Каталитические тела обычно состоят из инертного носителя, покрытого содержащей ванадий активной композицией, т. е. каталитически активной композицией. Согласно изобретению, необходимо получить по меньшей мере два слоя катализатора, где слой катализатора представляет собой однородную засыпку из каталитических тел в реакторе. Протяжённость этой засыпки в реакторе в осевом направлении или в направлении газового потока соответствует длине Lx соответствующего слоя х катализатора. Если реактор выполнен в виде вертикально установленной трубы, то длина соответствующего слоя катализатора соответствует уровню заполнения соответствующим слоем катализатора. Нумерация слоев х катализатора ведётся со стороны впуска газа в направлении газового потока. Для осуществления реакции через реактор подают, например, ежечасно сверху вниз приблизительно от 2 до 5 ст.м3 воздуха с содержанием от 30 до 100 г орто-ксилола/ст.м3 воздуха при общем давлении около 1,2-1,6 бар. Как правило, слои катализатора могут следовать непосредственно друг за другом, т. е. находиться в контакте, или же могут быть разделены, например слоем инертного вещества.

Первый слой катализатора распложен ближе всего к стороне впуска газа в реактор, и к нему в направлении газового потока непосредственно примыкает по меньшей мере один второй слой из каталитических тел, отличающихся от каталитических тел первого слоя катализатора. Согласно изобретению, первый слой катализатора может иметь меньшую плотность, чем второй слой катализатора.

Первый слой катализатора имеет длину менее 1 м, предпочтительно от 10 до 50 см. Предпочтительно на первый слой катализатора приходится 5–25%, особо предпочтительно 15–25% длины L трубы.

Второй слой катализатора может иметь длину от 0,3 до 3 м, предпочтительно от 0,85 до 2 м, особо предпочтительно от 1 до 2 м. Предпочтительно, чтобы на второй слой катализатора приходилось от 15 до 60%, особо предпочтительно от 20 до 60% или от 30 до 50% длины L трубы.

За вторым слоем катализатора могут следовать в направлении газового потока дополнительные слои катализатора, например третий слой катализатора, непосредственно примыкающий ко второму слою катализатора, и, возможно, четвёртый слой катализатора, непосредственно примыкающий к третьему слою катализатора. Пятый слой катализатора, как правило, не требуется, но также возможен.

Третий слой катализатора может иметь длину менее 1 м, предпочтительно от 50 до 70 см. Предпочтительно, чтобы на третий слой катализатора приходилось приблизительно от 10 до 30% длины L трубы, в частности, в том случае, когда третий слой катализатора является последним, т. е. расположен ближе всего к выходу из реактора, предпочтительно доля третьего слоя катализатора составляет от 20 до 50% от длины L трубы.

Четвёртый слой катализатора может иметь длину от 30 до 150 см, предпочтительно от 55 до 75 см. Предпочтительно, чтобы на долю четвёртого слоя катализатора приходилось приблизительно от 10 до 40%, в частности от 10 до 30%, длины L трубы. В частности, если четвёртый слой катализатора является последним, т. е. располагается ближе всего к выходу из реактора, то доля длины четвёртого слоя катализатора предпочтительно составляет от 15 до 25% от длины L трубы.

Согласно другому особо предпочтительному варианту выполнения доля длины первого слоя катализатора от длины L трубы составляет от 15 до 25%, второго слоя катализатора – от 20 до 50%, третьего слоя катализатора – от 20 до 50% и четвёртого слоя катализатора – от 15 до 25%.

Согласно изобретению, для первого и/или второго слоя катализатора отношение общей поверхности активной композиции к объёму слоя катализатора (OFA/Vx) составляет предпочтительно 10000 – 20000 см-1, особенно предпочтительно 12000 – 16000 см-1. Общая поверхности активной массы OFA рассчитывается по уравнению 1:

,

где: OFA – общая поверхности активной композиции,

mx – общая масса каталитических тел в слое катализатора,

BETA – определяемая методом БЭТ удельная поверхность (ВЕТ, единица измерения (м2/г)) активной композиции в соответствующем слое катализатора.

Общая масса определяется либо путём взвешивания, либо через плотность засыпки по уравнению 2:

,

где: δSchütt - плотность засыпки соответствующего слоя катализатора,

Vx - объём Vx слоя катализатора.

Объём Vx рассчитывается по уравнению 3:

где:

Vx – объём слоя x катализатора,

D - диаметр реактора,

Lx = длина слоя x катализатора.

Отношение общей площади поверхности активной композиции к объёму слоя катализатора между первым и вторым слоями катализатора может отличаться более чем на 5% или более чем на 7%.

Каталитические тела разных слоёв катализатора могут также различаться содержанием в них активной композиции. Согласно изобретению, каталитические тела первого и/или второго слоя катализатора содержат активную композицию в количестве от 1 до 7 мас. %, предпочтительно от 2 до 6 мас. %, более предпочтительно от 3 до 5 мас. %, ещё более предпочтительно менее 4 мас. %, от общей массы каталитических тел. Согласно изобретению, каталитические тела третьего и/или четвёртого слоя катализатора содержат активную композицию в количестве от 3 до 12 мас. %, предпочтительно от 4 до 10 мас. %, от общей массы каталитических тел.

Предпочтительно, чтобы содержание активной композиции в первом слое катализатора превышало её содержание во втором слое катализатора. Так, например, содержание активной композиции в каталитических телах первого слоя катализатора может составлять от 7 до 9 мас. % и, а во втором слое катализатора - от 2 до 6 мас. % от общей массы каталитических тел. В отношении возможных третьего и четвёртого слоёв катализатора предпочтительно, чтобы содержание активной композиции mA возрастало от второго слоя катализатора к четвёртому или от второго слоя катализатора к третьему и оставалось неизменным при переходе от третьего слоя катализатора к четвёртому.

Наряду с ванадием активная композиция может содержать многочисленные промоторы, такие, как, например, щелочные и/или щёлочноземельные металлы, сурьма, фосфор, железо, ниобий, кобальт, молибден, серебро, вольфрам, олово, свинец, цирконий, медь, золото и/или висмут, а также смеси из двух или более этих компонентов. Согласно одному варианту осуществления каталитические тела отдельных слоёв катализатора отличаются составом их активной композиции. В таблице 1 приведён обзор типичного химического состава активной композиции.

Таблица 1. Типичный химический состав активной композиции

Компонент Типичное содержание*
V2O5 0,5 - 30 мас. %, в частности, 1 - 30 мас. %
Sb2O3 или Sb2O5 0 - 10 мас. %
Cs 0 - 2 мас. %
P 0 - 5 мас. %
Nb 0 - 5 мас. %
Дополнительные компоненты:
Li, Na, K, Ba, W, Mo, Y, Ce, Mg, Sn, Bi, Fe, Ag, Co, Ni, Cu, Au и пр.
0 - 5 мас. %
TiO2 Остальное до 100 мас. %

*Данные в процентах приведены в расчете на общую массу активной композиции.

В активной композиции предпочтительно содержится от 5 до 15 мас. % V2O5, от 0 до 5 мас. % Sb2O3, от 0,2 до 0,75 мас. % Cs, от 0 до 5 мас. % Nb2O5 от общей массы активной композиции. Наряду с приведёнными компонентами остальное в активной композиции полностью или преимущественно приходится на TiO2. Такая активная композиция может предпочтительно использоваться, например, в каталитических телах первого или второго слоя катализатора.

В зависимости от слоя катализатора каталитические тела предпочтительно содержат активные композиции разного состава и/или активные композиции отдельных слоёв катализатора различаются своими физико-химическими свойствами. Согласно одному варианту осуществления определяемая методом БЭТ удельная поверхность катализатора или активной композиции составляет приблизительно от 15 до 30 м2/г. Однако, например, активная композиция в каталитических телах может иметь разную определяемую методом БЭТ удельную поверхность в зависимости от слоя катализатора.

Согласно предпочтительному варианту осуществления определяемая методом БЭТ удельная поверхность активной композиции возрастает от первого слоя катализатора к активной композиции четвёртого слоя катализатора. Приемлемыми диапазонами определяемой методом БЭТ удельной поверхности являются, например, 15 – 25 м2/г для первого слоя катализатора, 15 – 30 м2/г для второго слоя катализатора, 15 – 30 м2/г для третьего слоя катализатора и 20 – 45 м2/г для четвёртого слоя катализатора.

Согласно особо предпочтительному варианту осуществления в активной композиции каталитических тел содержится от 5 до 16 мас. % V2O5, от 0 до 5 мас. % Sb2O3, от 0,2 до 0,75 мас. % Cs, от 0 до 1 мас. % Р и от 0 до 3 мас. % Nb2O5 от общей массы активной композиции. Остальное в активной композиции на по крайней мере 90 мас. %, предпочтительно по крайней мере 95 мас. %, более предпочтительно по крайней мере 98 мас. %, в частности по крайней мере 99 мас. %, особо предпочтительно по крайней мере 99,5 мас. %, в частности на 100 мас. % приходится на TiO2. Согласно особо предпочтительному варианту осуществления определяемая методом БЭТ удельная поверхность TiO2 составляет приблизительно от 15 до 25 м2/г.

Согласно особо предпочтительному варианту осуществления активная композиция каталитических тел второго слоя катализатора содержит от 5 до 15 мас. % V2O5, от 0 до 5 мас. % Sb2O3, от 0,2 до 0,75 мас. % Cs, от 0 до 1 мас. % Р и от 0 до 2 мас. % Nb2O5 от общей массы активной композиции. Остальное в активной композиции на по крайней мере 90 мас. %, предпочтительно по крайней мере 95 мас. %, более предпочтительно по крайней мере 98 мас. %, в частности по крайней мере 99 мас. %, особо предпочтительно по крайней мере 99,5 мас. %, в частности на 100 мас. % приходится на TiO2. Согласно особо предпочтительному варианту осуществления определяемая методом БЭТ удельная поверхность TiO2 составляет при этом приблизительно от 15 до 45 м2/г.

Согласно особо предпочтительному варианту осуществления активная композиция каталитических тел третьего слоя катализатора содержит от 5 до 15 мас. % V2O5, от 0 до 4 мас. % Sb2O3, от 0,05 до 0,5 мас. % Cs, от 0 до 1 мас. % Р и от 0 до 2 мас. % Nb2O5 от общей массы активной композиции. Остальное в активной композиции на по крайней мере 90 мас. %, предпочтительно по крайней мере 95 мас. %, более предпочтительно по крайней мере 98 мас. %, в частности по крайней мере 99 мас. %, особо предпочтительно по крайней мере 99,5 мас. %, в частности на 100 мас. % приходится на TiO2. При этом предпочтительно, чтобы определяемая методом БЭТ удельная поверхность TiO2 составила приблизительно от 15 до 25 м2/г.

Согласно особо предпочтительному варианту осуществления активная композиция каталитических тел четвёртого слоя катализатора содержит от 5 до 25 мас. % V2O5, от 0 до 5 мас. % Sb2O3, от 0 до 0,2 мас. % Cs, от 0 до 2 мас. % Р и от 0 до 1 мас. % Nb2O5 от общей массы активной композиции. Остальное в активной композиции на по крайней мере 90 мас. %, предпочтительно по крайней мере 95 мас. %, более предпочтительно по крайней мере 98 мас. %, в частности по крайней мере 99 мас. %, особо предпочтительно по крайней мере 99,5 мас. %, в частности на 100 мас. % приходится на TiO2. Поскольку четвёртый слой катализатора является (последним) слоем катализатора, расположенным ближе всего к стороне выхода газа из реактора, то при этом предпочтительна определяемая методом БЭТ удельная поверхность TiO2, которая несколько больше той же поверхности TiO2 в расположенных ближе к стороне впуска газа слоях катализатора. Предпочтительно, чтобы TiO2 активной композиции четвёртого слоя катализатора составляла приблизительно от 15 до 45 м2/г.

Кроме того каталитические тела отдельных слоёв катализатора могут различаться имманентной активностью, причём разная имманентная активность может вызываться, например, разным составом активной композиции. Согласно изобретению предпочтительно, чтобы каталитические тела первого слоя катализатора обладали более высокой, имманентной активностью по сравнению с каталитическими телами второго слоя катализатора.

Под имманентной активностью каталитического тела Kb подразумевается активность активной композиции при определённой реакции в условиях, при которых реакция протекает в присутствие чрезвычайно малой частицы катализатора и на реакцию не оказывают влияния окружающие частицы. Такие условия соответствовали бы температурному градиенту над реактором при 0 ºC, бесконечной скорости газа в пространстве-времени и бесконечному расстоянию между чрезвычайно малыми частицами катализатора. Такая имманентная активность может быть определена, например, в серии опытов, позволяющих экстраполировать активность каталитического тела в состоянии, соответствующим идеальному, (например, экстраполяция экспериментальных результатов на нулевую конверсию).

Согласно одному варианту осуществления при практическом определении имманентной активности получают каталитические тела с определённой геометрией и определённым содержанием активной композиции. Далее делается допущение, что протекает реакция первого порядка, вне зависимости от порядка, при котором реакция протекает в действительности. В таком случае такое стандартизированное каталитическое тело разбавляется инертными веществами настолько, чтобы разница между температурами на стороне впуска газа и стороне выхода газа составила менее 25 ºC, предпочтительно менее 10 ºC, т. е. реакция будет протекать практически в изотермических условиях, при этом падение давления над реактором составит менее 30 мбар, предпочтительно менее 10 мбар, и показатель конверсии будет задан в диапазоне от 65 до 95%.

Для этого каталитическое тело разбавляется инертными веществами. Геометрия каталитических тел и инертных веществ выбирается такой, чтобы обеспечивалось требуемое незначительное падение давления. Отношение инертных веществ к каталитическим телам выбирается таким, чтобы достигалась требуемая конверсия и одновременно чтобы тепловыделение было настолько незначительно, чтобы соблюдался требуемый незначительный перепад температуры на стороне впуска газа и на стороне выхода газа. Основываясь на объёме, образуемом плотностью засыпки каталитических тел или инертных веществ, предпочтительно выбирают отношение каталитических тел к инертным веществам от 1 : 5 до 1 : 10. Размеры испытательного реактора выбираются с учётом рассмотренной реакции: длина от 1 до 6 метров, диаметр от 18 до 32 мм. Для быстрых реакций выбирается малая длина, для медленно протекающих реакций требуется большее реакционное расстояние для обеспечения требуемых конверсий.

Тогда при определённых скоростях в пространстве-времени и разных определённых температурах замеряется конверсия при реакции, катализируемой активной массой каталитического тела. Затем на основе конверсии рассчитывается основанная на активной композиции константа А* активности катализатора в зависимости от конверсии по уравнению 4 :

,

где:

A*: основанная на активной композиции константа активности активной композиции при определённой температуре и скорости в пространстве-времени;

GHSV: скорость в пространстве-времени [ч-1];

mAktivmasse: количество загруженной в реактор активной композиции [г];

U: конверсия исходного продукта, рассчитываемая по уравнению 5.

Уравнение 5:

,

где:

Mrein: количество исходного продукта [в молях], подаваемого в наполнитель катализатора,

Mraus: количество исходного продукта [в молях], выходящего из наполнителя катализатора.

Затем на основе полученных данных по основанным на активной композиции константам А* как функции конверсии U, путем линейной экстраполяции на нулевую конверсию определяют имманентную активность Aib катализатора. Задаваемые при экстраполяции показатели конверсии выбираются такими, чтобы они располагались в линейном диапазоне зависимости основанной на активной композиции константы активности от конверсии (например, конверсия составляет от 60 до 90%).

Во время работы каталитического устройства образуется определенный температурный профиль. При этом предпочтительно, чтобы температурный профиль был таким, чтобы при окислении в газовой фазе ароматических углеводородов максимальная температура в первом слое катализатора была ниже на 10 – 100ºC, предпочтительно на 20 – 90ºC, наиболее предпочтительно на 30–70ºC, чем температура во втором слое катализатора.

Если присутствует третий слой катализатора, то имманентная активность третьего слоя катализатора предпочтительно превышает активность второго слоя катализатора. Предпочтительно во время реакции образуется температурный профиль, который снижается от второго слоя катализатора к его третьему слою. В частности, температурный профиль таков, что при окислении в газовой фазе углеводородов максимальная температура в третьем слое катализатора ниже на 10–100ºC, предпочтительно на 20 – 90ºC, наиболее предпочтительно на 30 – 70ºC, чем температура во втором слое катализатора.

Если имеется четвёртый слой катализатора, то имманентная активность этого слоя предпочтительно выше активности третьего слоя катализатора. При этом температурный профиль предпочтительно снижается от второго слоя катализатора к четвёртому (а также и к третьему) (T2 > T3 > T3, в каждом случае на основе максимальной температуры в каждом слое). В частности, температурный профиль таков, что при окислении в газовой фазе углеводородов максимальная температура в четвёртом слое катализатора ниже на 10–100ºC, предпочтительно на 20–90ºC, наиболее предпочтительно на 30 – 70ºC, температуры во втором слое катализатора, и на 1 – 50ºC, предпочтительно на 5–25ºC, более предпочтительно на 5 – 10ºC, чем температура в третьем слое катализатора.

Предпочтительно, в частности, чтобы имманентная активность снижалась от первого слоя катализатора ко второму и затем возрастала от второго слоя катализатора к четвёртому (А1 > A2 < A3 < A4, где: А – имманентная активность активной композиции в соответствующем слое). Также предпочтительно, чтобы температурный профиль возрастал от первого слоя катализатора ко второму и снижался от второго слоя катализатора к четвёртому (Т1 < T2 > T3 > T4, в каждом случае на основе максимальной температуры в каждом слое) и во втором слое катализатора создавался температурный максимум.

Каталитические тела состоят из инертного вещества и нанесённой на них активной композиции. Каталитические тела для слоёв катализатора готовят обычным способом, при этом на инертный носитель наносится тонкий слой активного вещества. Для этого на инертный носитель может напыляться, например, суспензия из активной композиции или раствор или суспензия из соединений-предшественников, которые могут превращаться в компоненты активной композиции. Это может происходить, например, при температуре от 80 до 200ºC в кипящем слое. Однако активная композиция может наноситься на инертный носитель, например в некотором подобии барабана для нанесения покрытий.

В процессе нанесения покрытия водный раствор или суспензия из активных компонентов и органического связующего, предпочтительно сополимера из винилацетат/виниллаурата, винилацетата/этилена или стирол/акрилата напыляется через одну или несколько форсунок на подогретый псевдоожиженный носитель. Особенно эффективно наносить распыляемую жидкость на месте максимальной скорости перемещения продукта, в результате чего распыляемое вещество может равномерно распределяться по слою. Процесс напыления длится столь долго, пока либо не будет израсходована суспензия, либо не будет нанесено необходимое количество активных компонентов на носитель. Под активными компонентами подразумеваются компоненты активной композиции, в частности, содержащиеся в активной композиции металлические соединения. Активные компоненты могут применяться в виде оксидов или предшественников-соединений. Под предшественниками-соединениями подразумеваются соединения, которые могут превращаться в компоненты активной композиции, т. е. оксиды, при нагреве на воздухе. Приемлемыми предшественниками-соединениями служат, например, нитраты, сульфаты, карбонаты, ацетаты или хлориды металлов.

Согласно одному варианту осуществления активная композиция в кипящем или псевдоожиженном слое наносится с применением соответствующих связующих, в результате чего образуется катализатор с покрытием. Соответствующие связующие включают в себя известные специалисту органические связующие, предпочтительно сополимеры, предпочтительно в виде водных суспензий винилацетат/виниллаурата, винилацетат/акрилата, стирола, акрилата, винилацетат/малеата и винилацетат/этилена. Особо предпочтительно применять органический полимерный или сополимерный клей, в частности клей из винилацетат/сополимера в качестве связующего средства. Применяемое связующее средство добавляется в активную композицию обычным образом, например в количестве приблизительно от 10 до 20 мас. % от содержания твёрдого вещества в активной композиции. В качестве примера можно сослаться на ЕР 744214.

Определение доли связующего осуществляют путем прокаливания имеющих покрытие каталитических тел при 450 ºC в течение 7 часов, при этом органическое связующее полностью термически разлагается. Сразу после прокаливания определяют долю связующего по уравнению 6:

,

где:

AB – доля связующего,

ME - навеска катализатора перед прокаливанием,

MA – навеска катализатора после прокаливания.

Физико-химическая характеристика активной композиции (БЭТ, химический анализ) выполняется следующим образом: после термического разложения связующего активную композицию отделяют механически посредством грохота от кольцевых носителей. Оставшаяся налипшая на кольцевых носителях часть активной композиции полностью удаляется ультразвуковой обработкой. В заключение промытые кольцевые носители просушивают при 120 ºC в сушильном шкафу и взвешивают. Долю активной композиции определяют после этого по уравнению 7:

,

где:

AA – доля активной композиции,

MA - навеска катализатора после прокаливания,

MT – навеска кольцевых носителей.

Определение удельной поверхности материалов осуществляют методом БЭТ согласно стандарту DIN 66131; метод БЭТ опубликован также в J. Am. Chem. Soc. 60, 309 (1938). Определяемую пробу сушили в кварцевой пробирке при 350ºC в вакууме (F = 50 мл(мин.) в течение 1,5 ч). После этого реактор охладили до комнатной температуры, вакуумировали и окунули в сосуд Дьюара с жидким азотом. Адсорбцию азота производили при 77 К с помощью сорбционной системы RXM 100 (Advanced Scientific Design. Inc.).

Примеры

Каталитические замеры производились на четырёхслойных каталитических устройствах из каталитических тел. Для синтеза каталитических тел были применены два разных типа колец из стеалита в качестве формованных изделий, обозначенных как кольцо 8х6х5 и кольцо 6х5х4. Номенклатура геометрических размеров колец: наружный диаметр (Da) (мм) х высота (Н) (мм) х внутренний диаметр (Di) (мм). Геометрические размеры формованных изделий без покрытия приведены в таблице 2. Формованные изделия без покрытия были помещены в аппарат для нанесения покрытий и на них равномерно наносили активную композицию. В процессе покрытия производилось напыление водной суспензии из активных компонентов и органического связующего через несколько форсунок на подогретый псевдоожиженный носитель до образования слоя из активной композиции толщиной приблизительно от 50 до 150 мкм. В таблице 3 приведены обзор использованных каталитических тел и соответствующий состав активной композиции.

Для формирования слоёв катализатора соответствующие каталитические тела были помещены в охлаждаемую соляной ванной трубу с внутренним диаметром 25 мм и длиной 4 м. В трубе располагалась по центру 3 миллиметровая термическая гильза с встроенным элементом растяжения для измерения температуры.

Для проведения каталитического замера ежечасно через трубу подавалось сверху вниз около 3,7 – 4,0 ст.м3 (стандартных кубических метров) воздуха с содержанием от 30 до 100 г орто-ксилола на ст.м3 воздуха (чистота орто-ксилола > 98%) при общем давлении около 1500 мбар. Замеры проводились при содержании приблизительно от 40 до 100 г орто-ксилола на ст.м3 воздуха и при температуре соляной ванны от 350 до 390ºC.

Выход ангидрида фталевой кислоты подсчитывали по уравнению 8 :

 ,

где: 

A - CO2 в потоке продукта [об.%],

B - CO в потоке продукта [об.%],

H – ангидрид малеиновой кислоты в потоке продукта [мас.%],

E – содержание орто-ксилола в потоке исходного продукта[г/ст.м3/ч/труба],

F – чистота применённого орто-ксилола [мас.%],

G – проскок орто-ксилола по отношению к общему использованному орто-ксилолу [мас.%],

YPA – выход ангидрида фталевой кислоты [мас.%] от общей массы использованного орто-ксилола (мас. %).

Как явствует из уравнения 8, выход ангидрида фталевой кислоты непосредственно зависит от образования трёх наиболее важных побочных продуктов: СО, СО2 и ангидрида малеиновой кислоты.

Таблица 2. Геометрические размеры и свойства формованных изделий без покрытия

Кольцо 8x6x5 Кольцо 6x5x4
Наружный диаметр x высота [cм2] 0,48 0,30
Объём [cм3] 0,184 0,079
Площадь поверхности [cм2] 3,063 1,885
Поверхность/объём [cм-1] 16,7 24,0
Объём/поверхность [cм] 0,060 0,042
Кажущаяся плотность [г/cм3] 2,61 2,61

Таблица 3. Использованные каталитические тела

Наименование Кольцевая форма Доля связующего Доля активной
композиции
БЭТ TiO2 V2O5 Промоторы
(Da x H x Di)1 [мм] [мас.%]3 [мас.%]2 2/г] [мас.%]3 [мас.%]3 [мас.%]4
Сравнительное
испытание 1
A0 8x6x5 2,3 8,5 18 87,4 7,5 5,1
A1 8x6x5 2,3 8,5 18 87,4 7,5 5,1
A2 8x6x5 2,3 8,0 18 89,0 7,5 3,5
A3 8x6x5 2,3 8,0 27 90,6 9,0 0,4
Сравнительное
испытание 2
B0 8x6x5 2,4 8,3 19 87,4 7,5 5,1
B1 8x6x5 2,4 8,6 18 87,3 7,6 5,1
B2.1 8x6x5 2,4 8,0 18 89,1 7,4 3,5
B3.1 8x6x5 2,2 7,9 26 90,6 9,1 0,4
Сравнительное
испытание 3
B0 8x6x5 2,4 8,3 19 87,4 7,5 5,1
C1 8x6x5 1,3 3,1 17 88,0 7,7 4,3
B2.1 8x6x5 2,4 8,0 18 89,1 7,4 3,5
B3.2 8x6x5 2,4 7,9 25 90,2 9,4 0,4
Испытание 1
по изобретению
B0 8x6x5 2,4 8,3 19 87,4 7,5 5,1
D1 8x6x5 2,3 5,2 27 83,6 10,7 5,7
B2.2 8x6x5 2,4 8,0 18 88,0 7,4 3,5
B3.1 8x6x5 2,2 7,9 26 90,6 9,1 0,4
Испытание 2
по изобретению
B0 8x6x5 2,4 8,3 19 87,4 7,5 5,1
E1 6x5x4 2,2 5,3 24 83,7 10,7 5,6
B2.1 8x6x5 2,4 8,0 18 89,1 7,4 3,5
B3.2 8x6x5 2,4 7,9 25 90,2 9,4 0,4

1 Da – наружный диаметр, H - высота, Di – внутренний диаметр

2 – от общей массы каталитического тела

3 – от общей массы активной композиции

4 - преимущественно Sb2O3 наряду с незначительным количеством Nb2O5, P и Cs.

Таблица 4. Параметры заполнения при сравнительном испытании 1

Слой х
катализатора
Катализатор Уровень
заполнения,
Lx
Плотность
засыпки
Кажущаяся плотность Площадь поверхности/
Объём
(инертного вещества)
Кольцевая
форма
OFA/Vx
[cм] [г/cм3] [г/cм3] [cм-1] (Da x H x Di) [мм] [cм-1]
1 A0 40,9 0,92 2,623 16,67 8x6x5 14026
2 A1 160,0 0,91 2,664 16,67 8x6x5 13947
3 A2 60,9 0,91 2,622 16,67 8x6x5 13104
4 A3 59,5 0,91 2,663 16,67 8x6x5 19667

Таблица 5. Параметры заполнения при сравнительном испытании 2

Слой х катализатора Катализатор Уровень заполнения,
Lx
Плотность засыпки Кажущаяся плотность Площадь поверхности/объём (инертного вещества) Кольцевая форма OFA / Vx
[cм] [г/cм3] [г/cм3] [cм-1] (Da x H x Di) [мм] [cм-1]
1 B0 40,0 0,89 2,624 16,67 8x6x5 14089
2 B1 135,3 0,91 2,610 16,67 8x6x5 14065
3 B2.1 60,5 0,90 2,619 16,67 8x6x5 12898
4 B3.1 64,9 0,92 2,643 16,67 8x6x5 18884

Таблица 6. Параметры заполнения при сравнительном испытании 3

Слой х
катализатора
Катализатор Уровень
заполнения,
Lx
Плотность
засыпки
Кажущаяся плотность Площадь поверхности/объём
(инертного вещества)
Кольцевая форма OFA/Vx
[cм] [г/cм3] [г/cм3] [cм-1] (Da x H x Di) [мм] [cм-1]
1 B0 40,3 0,89 2,624 16,67 8x6x5 14089
2 C1 155,0 0,90 2,610 16,67 8x6x5 4844
3 B2.1 60,5 0,90 2,619 16,67 8x6x5 12898
4 B3.2 65,0 0,92 2,620 16,67 8x6x5 18415

Таблица 7. Параметры заполнения при испытании 1 согласно изобретению

Слой х
катализатора
Катализатор Уровень
заполнения,
Lx
Плотность
засыпки
Кажущаяся
плотность
Площадь поверхности/объём
(инертного вещества)
Кольцевая форма OFA/Vx
[cм] [г/cм3] [г/cм3] [cм-1] (Da x H x Di) [мм] [cм-1]
1 B0 41,2 0,89 2,624 16,67 8x6x5 14089
2 D1 154,5 0,90 2,600 16,67 8x6x5 12492
3 B2.2 60,7 0,88 2,573 16,67 8x6x5 12692
4 B3.1 65,4 0,92 2,643 16,67 8x6x5 18884

Таблица 8. Параметры заполнения при испытании 2 по изобретению

Слой х
катализатора
Катализатор Уровень
заполнения,
Lx
Плотность
засыпки
Кажущаяся плотность Площадь поверхности/объём
(инертного вещества)
Кольцевая
форма
OFA/Vx
[cм] [г/cм3] [г/cм3] [cм-1] (Da x H x Di) [мм] [cм-1]
1 B0 39,7 0,89 2,624 16,7 8x6x5 14089
2 E1 155,3 0,96 2,693 24,0 6x5x4 12350
3 B2.1 60,9 0,90 2,619 16,7 8x6x5 12898
4 B3.2 64,3 0,92 2,620 16,7 8x6x5 18415

Таблица 9. Эффективность катализатора при проведении сравнительного испытания 1

TOS Объёмный поток воздуха Содержа-ние орто-ксилола Температура соляной ванны CO CO2 Ангидрид малеиновой кислоты Орто-ксилол Выход ангидрида фталевой кислоты Содержание (CO+CO2)
[ч] [ст.м³] [г/ст.м³/ч/труба] [°C] [об.%]1 [об.%]1 [мас.%]2 [мас.%]2 [мас.%]3 [об.%/г/ст.м3/ч/труба]
178,6 4,0 33,7 379 0,337 0,781 5,0 0,01 108,7 0,0332
203,4 4,0 35,7 378 0,357 0,827 5,1 0,01 108,7 0,0332
705,1 4,0 46,3 371 0,465 1,115 4,9 0,02 108,0 0,0341
728,7 4,0 48,3 370 0,487 1,193 5,0 0,02 107,5 0,0348
752,2 4,0 48,3 370 0,490 1,137 5,0 0,02 108,3 0,0337
2821,4 4,0 79,9 359 0,749 1,785 4,5 0,03 110,5 0,0317
2847,0 4,0 79,9 360 0,752 1,798 4,5 0,03 110,3 0,0319
2867,2 4,0 81,4 360 0,757 1,810 4,5 0,03 110,7 0,0315

Таблица 10. Эффективность катализатора при проведении сравнительного испытания 2

TOS Объёмный поток воздуха Содержание орто-ксилола Температура соляной ванны CO CO2 Ангидрид малеиновой кислоты Орто-ксилол Выход ангидрида фталевой кислоты Содержание (CO+CO2)
[ч] [ст.м³] [г/ст.м³/ч/труба] [°C] [об.%]1 [об.%]1 [мас.%]2 [мас.%]2 [мас.%]3 [об.%/г/ст.м3/ч/труба]
254,3 3,7 73,1 368 0,758 1,712 4,9 0,02 108,4 0,0338
278,4 3,7 73,1 368 0,732 1,671 4,7 0,02 109,3 0,0328
302,5 3,7 73,1 368 0,726 1,670 4,7 0,02 109,5 0,0328
538,1 3,7 82,0 364 0,806 1,866 4,7 0,02 109,6 0,0326
562,1 3,7 83,9 363 0,820 1,958 4,7 0,03 109,2 0,0331
761,3 3,7 90,9 356 0,848 2,048 4,3 0,02 110,6 0,0319
785,3 3,7 90,9 356 0,848 2,056 4,3 0,03 110,6 0,0320
809,3 3,7 90,9 356 0,838 2,038 4,2 0,03 110,9 0,0316

Таблица 11. Эффективность катализатора при проведении сравнительного испытания 3

TOS Объёмный поток воздуха Содержание орто-ксилола Температура соляной ванны CO CO2 Ангидрид малеиновой кислоты Орто-ксилол Выход ангидрида фталевой кислоты Содержание (CO+CO2)
[ч] [ст.м³] [г/ст.м³/ч/труба] [°C] [об.%]1 [об.%]1 [мас.%]2 [мас.%]2 [мас.%]3 [об.%/г/ст.м3/ч/труба]
487,3 4,0 41,6 380 0,394 0,908 3,8 0,01 111,8 0,0313
580,4 4,0 52,1 372 0,464 1,147 3,6 0,02 112,3 0,0309
620,0 4,0 54,1 371 0,490 1,160 4,2 0,02 111,9 0,0305
938,0 4,0 54,1 364 0,509 1,199 4,0 0,02 111,3 0,0315
962,0 4,0 54,1 364 0,504 1,180 4,0 0,02 111,7 0,0311
1051,9 4,0 50,6 361 0,467 1,092 3,9 0,03 112,0 0,0308
1062,0 4,0 50,6 360 0,469 1,097 4,0 0,03 111,7 0,0309

Таблица 12. Эффективность катализатора при проведении испытания 1 согласно изобретению

TOS Объёмный поток воздуха Содержание орто-ксилола Температура соляной ванны CO CO2 Ангидрид малеиновой кислоты Орто-ксилол Выход ангидрида фталевой кислоты Содержание (CO+CO2)
[ч] [ст.м³] [г/ст.м³/ч/труба] [°C] [об.%]1 [об.%]1 [мас.%]2 [мас.%]2 [мас.%]3 [об.%/г/ст.м3/ч/труба]
647,4 4,0 68,0 378 0,604 1,390 4,1 0,02 112,9 0,0293
703,2 4,0 69,9 375 0,613 1,420 4,2 0,03 113,0 0,0291
742,4 4,0 71,0 373 0,599 1,393 4,1 0,02 113,9 0,0280
766,4 4,0 71,0 373 0,610 1,422 4,1 0,02 113,5 0,0286
799,1 4,0 72,1 372 0,573 1,342 4,2 0,03 115,0 0,0265
823,0 4,0 74,0 371 0,602 1,444 4,2 0,03 114,2 0,0276
847,6 4,0 76,0 370 0,634 1,517 4,2 0,03 113,6 0,0283
878,0 4,0 77,9 369 0,640 1,525 4,2 0,03 114,0 0,0278
903,0 4,0 80,1 368 0,649 1,483 4,2 0,02 115,0 0,0266
991,1 4,0 80,9 365 0,645 1,537 3,9 0,03 115,0 0,0270
1037,5 4,0 80,9 362 0,625 1,493 3,9 0,04 115,6 0,0262
1057,3 4,0 80,9 361 0,635 1,580 3,8 0,05 114,8 0,0274
1080,1 4,0 81,5 360 0,636 1,527 3,7 0,02 115,6 0,0266
1102,8 4,0 81,5 360 0,628 1,514 3,7 0,02 115,8 0,0263
1186,0 4,0 76,2 360 0,000 0,000 3,7 0,02 136,9 0,0000
1212,0 4,0 81,2 360 0,598 1,433 3,8 0,02 116,7 0,0250
1224,7 4,0 81,2 360 0,601 1,458 3,8 0,04 116,4 0,0254
1247,5 4,0 81,2 360 0,602 1,447 3,8 0,04 116,6 0,0252
1270,3 4,0 81,2 360 0,602 1,447 3,8 0,04 116,6 0,0252
1354,1 4,0 81,2 354 0,585 1,428 3,5 0,12 117,2 0,0248

Таблица 13. Эффективность катализатора при проведении испытания 2 согласно изобретению

TOS Объёмный поток воздуха Содержание орто-ксилола Температура соляной ванны CO CO2 Ангидрид малеиновой кислоты Орто-ксилол Выход ангидрида фталевой кислоты Содержание (CO+CO2)
[ч] [ст.м³] [г/ст.м³/ч/труба] [°C] [об.%]1 [об.%]1 [мас.%]2 [мас.%]2 [мас.%]3 [об.%/г/ст.м3/ч/труба]
156,2 4,0 43,0 387 0,463 1,019 4,6 0,01 108,2 0,0345
180,4 4,0 47,0 384 0,508 1,115 4,7 0,01 108,0 0,0345
204,3 4,0 51,0 381 0,560 1,230 4,8 0,01 107,5 0,0351
229,5 4,0 55,9 377 0,595 1,317 4,7 0,01 108,3 0,0342
250,5 4,0 59,9 373 0,581 1,318 4,3 0,02 110,7 0,0317
274,5 4,0 59,9 373 0,587 1,332 4,3 0,02 110,5 0,0320
298,5 4,0 59,9 373 0,585 1,335 4,3 0,02 110,5 0,0321
348,5 4,0 66,1 367 0,578 1,408 3,9 0,03 112,6 0,0300
1260,8 4,0 78,0 357 0,636 1,585 3,3 0,08 114,5 0,0285
1284,9 4,0 78,0 357 0,633 1,539 3,2 0,07 115,2 0,0279
1309,0 4,0 78,0 357 0,623 1,511 3,2 0,07 115,6 0,0274
1335,1 4,0 80,9 357 0,636 1,587 3,2 0,09 115,5 0,0275
1383,6 4,0 84,9 356 0,676 1,650 3,5 0,10 115,2 0,0274
1406,4 4,0 84,9 355 0,681 1,663 3,5 0,09 115,0 0,0276
1551,6 4,0 84,9 355 0,677 1,731 3,5 0,13 114,4 0,0284
1578,4 4,0 84,9 355 0,648 1,747 3,5 0,12 114,5 0,0282
1621,3 4,0 84,9 355 0,674 1,717 3,5 0,13 114,5 0,0282

1 на общий объём потока продукта

2 на общую массу потока продукта

3на общую массу использованного орто-ксилола

1. Каталитическое устройство для производства ангидрида фталевой кислоты путем окисления в газовой фазе ароматических углеводородов, содержащее реактор, имеющий сторону впуска исходного газа и сторону выхода получаемого газа, а также первый слой катализатора из каталитических тел и по меньшей мере один второй слой катализатора из каталитических тел, при этом первый слой катализатора расположен на стороне впуска газа, второй слой катализатора расположен за первым слоем катализатора по ходу потока газа, причем указанные каталитические тела содержат наружный слой из активной композиции, отличающееся тем, что содержание активной композиции во втором слое катализатора составляет от 2 до 6 мас. % от общей массы каталитических тел и что в соответствующем слое катализатора отношение общей площади поверхности активной композиции к объему слоя катализатора составляет от 12000 до 16000 см-1.

2. Каталитическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержание активной композиции в первом и/или втором слое катализатора составляет менее 6 мас. %, предпочтительно менее 5 мас. %, особо предпочтительно менее 4 мас. %, от общей массы каталитических тел.

3. Каталитическое устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что в первом слое катализатора отношение общей площади поверхности активной композиции к объему слоя катализатора отличается от аналогичного отношения во втором слое катализатора менее чем на 15%, предпочтительно менее чем на 10%.

4. Каталитическое устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что каталитические тела первого слоя катализатора имеют большее содержание активной композиции, чем каталитические тела второго слоя катализатора, в каждом случае в расчете на массу соответствующих каталитических тел.

5. Каталитическое устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что активная композиция каталитических тел первого слоя катализатора имеет меньшую удельную поверхность БЭТ, чем активная композиция каталитических тел второго слоя катализатора.

6. Каталитическое устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что каталитические тела первого слоя катализатора содержат активную композицию с меньшим процентным содержанием V2O5 в расчете на массу активной композиции, чем каталитические тела второго слоя катализатора.

7. Каталитическое устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что каталитические тела первого слоя катализатора имеют активную композицию с меньшим процентным содержанием промотора в расчете на массу активной композиции, чем каталитические тела второго слоя катализатора.

8. Каталитическое устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что по меньшей мере один третий слой катализатора расположен за вторым слоем катализатора по ходу потока газа и что в третьем слое катализатора отношение общей поверхности активной композиции к объему слоя катализатора отличается от аналогичного отношения в первом слое катализатора менее чем на 15%, предпочтительно менее чем на 10%.

9. Каталитическое устройство по п. 8, отличающееся тем, что каталитические тела второго слоя катализатора имеют меньшее содержание активной композиции, чем каталитические тела третьего слоя катализатора, в каждом случае в расчете на массу каталитических тел.

10. Каталитическое устройство по п. 8 или 9, отличающееся тем, что каталитические тела второго слоя катализатора содержат активную композицию с большей удельной поверхностью БЭТ, чем каталитические тела третьего слоя катализатора.

11. Каталитическое устройство по любому из пп. 8–10, отличающееся тем, что каталитические тела второго слоя катализатора содержат активную композицию с большим процентным содержанием V2O5 в расчете на массу активной композиции, чем каталитические тела третьего слоя катализатора.

12. Каталитическое устройство по любому из пп. 8–11, отличающееся тем, что каталитические тела второго слоя катализатора содержат активную композицию с большим содержанием промотора в расчете на массу активной композиции, чем каталитические тела третьего слоя катализатора.

13. Каталитическое устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что длина первого слоя катализатора в направлении потока газа составляет от 5 до 25% от длины реактора в направлении потока газа.

14. Каталитическое устройство по любому из пп. 8–12, отличающееся тем, что длина второго слоя катализатора в направлении потока газа составляет от 30 до 60% от длины реактора в направлении потока газа.

15. Способ производства ангидрида фталевой кислоты путем окисления в газовой фазе ароматических углеводородов, отличающийся тем, что содержащий ароматический углеводород исходный газ пропускают через каталитическое устройство по любому из предыдущих пунктов.

16. Применение каталитического устройства по любому из пп. 1-14 в производстве ангидрида фталевой кислоты.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к десублимационной технике и может быть использовано в химической и фармацевтической промышленности. Способ десублимации твердых веществ включает загрузку не менее двух видов десублимируемых веществ в сублиматоры, их расплавление и возгонку с образованием разнородных сублимированных паров, взаимодействие сублимированных паров с холодным газом-носителем над верхней секцией парогазораспределительной камеры сублиматора, расположенного соосно парогазораспределительной камере, до состояния пересыщения парогазовых смесей, десублимацию готовой смеси паров с образованием частиц требуемых размеров и отделение готового продукта, при этом перед десублимацией на выходе из каналов верхней секции парогазораспределительной камеры осуществляют начальное смешение паров веществ еще в сублимированной фазе путем направления их потоков под углом навстречу друг к другу, с последующей десублимацией одновременно с окончательным их смешением в одной зоне - зоне смешения-десублимации при взаимодействии с холодным газом-носителем по мере движения в смесителе-десублиматоре.

Изобретение относится к катализаторной компоновке для получения фталевого ангидрида окислением ароматических углеводородов в газовой фазе и к способу получения фталевого ангидрида.
Изобретение относится к органической химии, конкретно к способу получения замещенных диангидридов 7,8-дифенилбицикло[2.2.2]окт-7-ен-2,3,5,6-тетракарбоновых кислот, находящих применение в производстве тугоплавких устойчивых полимеров.
Изобретение относится к способу получения тетрабромфталевого ангидрида бромированием фталевого ангидрида молекулярным бромом в среде концентрированной неорганической кислоты в присутствии окислителя при нагревании, причем с целью упрощения процесса в качестве неорганической кислоты и окислителя используют 95-100% азотную кислоту, а процесс ведут при 45-70°C с последующим выделением целевого продукта известными способами.

Изобретение относится к химии вицинальных дикарбоновых кислот циклоалифатического ряда, а именно к способу получения производных 1-циклогексен-1,2-дикарбоновых кислот общей формулы I: где R1, R2=Н, СН 2, С6Н5; Х=О, NH.

Изобретение относится к производству ортозамещенных бензолполикарбоновых кислот и их внутримолекулярных ангидридов, в частности тримеллитовой кислоты (ТМК) и ее ангидрида (ТМА), пиромеллитовой кислоты (ПМК) и ее диангидрида (ПМДА).
Изобретение относится к применению многослойного катализатора, т.е. .

Изобретение относится к органическому синтезу, в частности к усовершенствованному способу получения внутримолекулярного диангидрида пиромеллитовой кислоты - ценного мономерного сырья для производства термостойких полиимидов, алкидных смол, эффективных пластификаторов, водорастворимых лаков, смазок, клеев и др., путем постадийного окисления дурола до пиромеллитовой кислоты кислородом в среде уксусной кислоты при повышенных температуре и давлении в присутствии солей тяжелых металлов и галоидных соединений, в частности брома, вводимого рассредоточенно на каждую стадию, термической ангидридизацией продуктов окисления в псевдокумоле и последующими очисткой горячей фильтрацией полученного раствора и кристаллизацией, в котором в качестве галоидных соединений используют галоидводородные кислоты Гк ряда HBr, HCl, HF в виде бинарных или тройных смесей (HBr+HCl), (HBr+HF), (HBr+HCl+HF) в соотношении Br:Cl:F, равном 1:(0,15-1,0):(0,01-0,5), и/или HBr, а в качестве металлов катализатора Мк - соли Mn, Со, Zn в виде ацетатов, бромидов, хлоридов или фторидов в соотношении по ионам металлов (Co+Mn):Zn, равном 1:(0,05-0,1) соответственно, при общем соотношении Мк:Гк=1:(1,2-3), при этом окисление осуществляют в 4 ступени в температурном интервале 140-220°С и при давлении 2,0-3,0 МПа таким образом, что температуру на каждой ступени повышают на 10-15°С, а давление снижают на 0,2-0,3 МПа до избыточного давления на 4-ой ступени, превышающего упругость паров реакционной массы не менее чем на 0,25 МПа, и при времени реакции на каждой ступени в пределах 20-60 минут, а очистку ПМДА осуществляют путем перекристаллизации в смешанном растворителе, состоящем из бензола и этилацетата.

Изобретение относится к усовершенствованному способу получения галогенфталевой кислоты, включающему смешивание от 3 до 7 весовых частей уксусной кислоты с 1 весовой частью галоген-орто-ксилола, с от 0,25 до 2 мол.

Настоящее изобретение относится к способу и системе устройств для получения диметилоксалата карбонилированием промышленного синтез-газа при средневысоком и высоком давлении и получения этилегликоля гидрированием диметилоксалата.

Изобретение относится к устройству предварительного смешивания газов, реактору, содержащему указанное устройство, реакционной системе для окислительной дегидрогенизации бутилена, содержащей указанный реактор, и способу производства бутадиена с использованием указанной системы.

Изобретение относится к конструкции контактных аппаратов, предназначенных для каталитического окисления SO2 в SO3. Целью изобретения является повышение надежности конструкции контактного аппарата.

Изобретение относится к катализаторной компоновке для получения фталевого ангидрида окислением ароматических углеводородов в газовой фазе и к способу получения фталевого ангидрида.

Изобретение относится к многослойному реактору с нисходящим потоком, содержащему смесительное устройство, а также применению такого реактора при переработке углеводородов и способу смешения жидкости и газа в данном реакторе.

Изобретение относится к многослойному реактору с нисходящим потоком, содержащему смесительное устройство, а также применению такого реактора при переработке углеводородов и способу смешения жидкости и газа в данном реакторе.

Изобретение относится к смесительному устройству вихревого типа для реактора гидроочистки с нисходящим потоком. Смесительное устройство содержит верхнюю горизонтальную тарелку с внутренней поверхностью, опорную тарелку, параллельно расположенную к верхней тарелке, с внутренней поверхностью и отверстием опорной тарелки, множество изогнутых внутрь лопастей, проходящих вертикально между внутренними поверхностями верхней и опорной тарелок, вертикальное кольцо затвора сливного отверстия, проходящее вертикально от внутренней поверхности опорной тарелки вблизи отверстия опорной тарелки, при этом кольцо затвора имеет верхний край и диаметр, зону смешения и пузырьковый колпачок, проходящий вниз от внутренней поверхности крышки смесителя в зону смешения, при этом пузырьковый колпачок имеет диаметр и нижний край, при этом диаметр пузырькового колпачка меньше, чем диаметр кольца затвора сливного отверстия, а нижний край пузырькового колпачка проходит ниже верхнего края кольца затвора сливного отверстия.

Изобретение относится к области каталитических реакторов с неподвижным слоем, применяемых для операций гидрообработки углеводородной загрузки, а также к способу применения и способу изготовления такого реактора.

Изобретение относится к области нефтехимии, в частности к реакторам с кипящим слоем, в том числе к реакторам получения олефиновых углеводородов C3-C5 дегидрированием соответствующих парафиновых углеводородов, используемых в дальнейшем для получения основных мономеров синтетического каучука, а также при производстве полипропилена, метилтретичнобутилового эфира и пр.

Изобретение относится к распределительному устройству для распределения жидкости и газа в многослойном реакторе с нисходящим потоком, реактору, содержащему такое распределительное устройство, к использованию таких распределительного устройства и реактора при обработке углеводородов и к способу распределения жидкости и газа в многослойном реакторе.

Изобретение относится к каталитически активным массам, которые являются смесью содержащего молибден и ванадий многоэлементного оксида по меньшей мере с одним оксидом молибдена и которые могут быть получены согласно изобретению, их применению для катализа гетерогенно катализируемого парциального газофазного окисления (мет)акролеина до (мет)акриловой кислоты, а также к их применению для получения оболочечных катализаторов, особенно пригодных для указанного катализа.

Изобретение относится к каталитическому устройству для производства ангидрида фталевой кислоты путем окисления в газовой фазе ароматических углеводородов, содержащему реактор, имеющий сторону впуска исходного газа и сторону выхода получаемого газа, а также первый слой катализатора из каталитических тел и по меньшей мере один второй слой катализатора из каталитических тел, при этом первый слой катализатора расположен на стороне впуска газа, второй слой катализатора расположен за первым слоем катализатора по ходу потока газа, причем указанные каталитические тела содержат наружный слой из активной композиции, где содержание активной композиции во втором слое катализатора составляет от 2 до 6 мас. от общей массы каталитических тел и где в соответствующем слое катализатора отношение общей площади поверхности активной композиции к объему слоя катализатора составляет от 12000 до 16000 см-1. Изобретение также относится к способу производства ангидрида фталевой кислоты путем окисления в газовой фазе ароматических углеводородов и к применению каталитического устройства в производстве ангидрида фталевой кислоты. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 табл.

Наверх