[发明专利]用于制备邻苯二甲酸酐的具有优化的空隙率的催化剂布置

说明书

本发明涉及通过芳烃的气相氧化制备邻苯二甲酸酐的催化剂布置，所述催化剂布置包括具有用于反应物气体的气体入口侧和用于产物气体的气体出口侧的反应器以及由催化剂主体构成的第一催化剂区域和至少一个由催化剂主体构成的第二催化剂区域，其中第一催化剂区域设置在气体入口侧且第二催化剂区域设置在第一催化剂区域的在气体流动方向上的下游，并且其中第一催化剂区域的在气体流动方向上的长度小于第二催化剂区域的在气体流动方向上的长度，其特征在于，第一催化剂区域相比于第二催化剂区域具有更高的空隙率。

本发明涉及通过芳烃的气相氧化制备邻苯二甲酸酐的催化剂布置，所述催化剂布置包括具有用于反应物气体的气体入口侧和用于产物气体的气体出口侧的反应器以及由催化剂主体构成的第一催化剂区域和至少一个由催化剂主体构成的第二催化剂区域，其中第一催化剂区域设置在气体入口侧且第二催化剂区域设置在第一催化剂区域的在气体流动方向上的下游，并且其中第一催化剂区域的在气体流动方向上的长度小于第二催化剂区域的在气体流动方向上的长度，其特征在于，第一催化剂区域相比于第二催化剂区域具有更高的空隙率。

通过邻二甲苯和/或萘的催化气相氧化进行邻苯二甲酸酐的大规模制备。为此目的，在反应器中提供适合于反应的催化剂(通常为含钒催化剂)并且引导反应气体通过催化剂。优选使用所谓的管束反应器作为反应器，在所述管束反应器中平行设置多个管并且所述管被冷却剂环绕流动。通常使用盐熔体(例如NaNO₂和KNO₃组成的共熔混合物)作为冷却剂。催化剂以催化剂主体的形式填充在管中。在最简单的情况下使用均相填充层。然后引导反应气体通过填充层，所述反应气体包含含氧气体(通常为空气)和待氧化的烃(通常为邻二甲苯或萘)的混合物。

目前使用基于含V₂O₅-TiO₂的活性物质的工业邻苯二甲酸酐催化剂，所述活性物质以层的形式施加到载体环(通常为滑石)上。烃的氧化剧烈放热，因此特别是在反应器入口的区域中观察到严重的发热，其可能造成烃完全氧化并且造成催化剂失活。为了避免因此而带来的生产量下降，转向于使用结构化的催化剂填充层，即催化剂布置，其中在管中重叠设置具有不同活性的催化剂区域。目前通常使用三区域或四区域的催化剂填充层，其中在反应器入口侧设置具有相对低活性的第一催化剂区域，所述第一催化剂区域之后是具有逐步升高活性的催化剂区域。具有最高活性的催化剂区域则设置在反应器出口侧。所述系统例如由文献WO 99/61434 A1、WO99/61433 A1或WO 2004/103944 A1已知。

近来转向于越来越多地使用具有四个或更多个区域的催化剂系统，其中在反应器入口侧首先设置具有更高活性的相对短的催化剂区域。具有更高活性的该区域之后接连具有更低活性的区域，所述具有更低活性的区域之后是催化剂活性再度升高的其它区域。所述催化剂系统例如由文献WO 2007/134849 A1和WO 2011/032658 A1已知。

WO 2006/092304 A1描述了催化剂通过邻二甲苯和/或萘的气相氧化制备邻苯二甲酸酐的用途，所述催化剂包括至少一个朝向气体入口侧设置的第一催化剂区域，更靠近气体出口侧设置的第二催化剂区域和还更靠近气体出口侧设置或设置在气体出口侧的第三催化剂区域，其中催化剂区域优选各自具有包含TiO₂的活性物质，其特征在于，第一催化剂区域的催化剂活性高于第二催化剂区域的催化剂活性。可以通过本领域技术人员熟知的所有措施调节第一催化剂区域的活性，使其高于之后的第二催化剂区域的活性。根据一个优选的实施方案，可以例如通过升高第一催化剂区域中的填充层密度(例如通过使用所用惰性成形体的另一种(环)几何形状)，从而实现第一催化剂区域中的升高的活性。

WO 2008/077791 A1描述了用于气相氧化的方法，其中引导包含芳烃和分子氧的气态流通过两个或多个催化剂区域。该公开文献还涉及通过使用预置物进行气相反应的催化剂体系。直径乘以高度的乘积或者预置的惰性环和/或催化剂环的体积小于之后的催化剂区域的至少一者，或者每单位体积的预置的惰性环和/或催化剂环的表面积的商大于之后的催化剂区域的至少一者。