Спосіб отримання каталізатора синтезу акрилатних мономерів у газовій фазі

Реферат: Спосіб отримання каталізатора синтезу акрилатних мономерів у газовій фазі включає введення активної фази до носія, висушування та прожарювання каталізатора. Як носій використовують силікагель, активну фазу вводять просочуванням силікагелю водними розчинами сполук бору та фосфору, а також перехідного металу - ванадію, молібдену або вольфраму. Висушують каталізатор протягом 8-10 год., а прожарюють протягом 6-7 год. при температурах 673-723 К з отриманням каталізатора з атомним співвідношенням компонентів B:P:(V aбo Mo, aбo W)=3:l:(0,l-l,0). UA 87760 U (12) UA 87760 U UA 87760 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до каталізу, зокрема каталізаторів газофазної конденсації насичених карбонільних сполук до акрилатних мономерів, які застосовують для виробництва цінних полімерних матеріалів та як проміжні продукти для органічного синтезу. Відомий спосіб отримання каталізатора синтезу акрилатних мономерів у газовій фазі, що включає введення активної фази до носія, просушування та прожарювання каталізатора. Для приготування носія та введення активної фази готують суміш, яка містить водну суспензію оксидів стануму і силіцію та водні розчини карбонату цезію і нітрату амонію. Суміш витримують впродовж однієї години, висушують протягом 12-24 год., подрібнюють та прожарюють при температурі 813 К протягом 8 год. Синтез акрилатних мономерів, зокрема синтез метакрилової кислоти конденсацією пропіонової кислоти з формальдегідом, здійснюють у газовій фазі при температурах 570 623 К, при мольному співвідношенні кислота:формальдегід 1,5:1. У такий спосіб максимальний вихід метакрилової кислоти за пропіоновою кислотою становить 35,0 % при конверсії пропіонової кислоти 40,8 % та селективності утворення метакрилової кислоти 86,0 %. [Patent EP0255395 ЕР, Catalyst for production of alpha, beta-ethylenically unsaturated monocarboxylic acid / Montag, Ruth A. (799 Royal St. George Drive Apartment 618, Naperville, Illinois, 60540, US), Mckenna, Stephen T. (4683 Lake Valley Drive Apt. 1c, Norwood, Massachusetts, US); assignee: Amoco Corporation (200 East Randolph Drive, Chicago, Illinois, 60601, US). - № EP19870306790; filing date: 31.07.1987; publication date: 15.05.1991.]. Проте отриманий даним способом каталізатор характеризується невисокою силою кислотних та основних активних центрів, на яких відбувається реакція альдольної конденсації. Це зумовлює низьку конверсію пропіонової кислоти і, як наслідок, низький вихід метакрилової кислоти, яка є цільовим продуктом реакції. Наслідком порівняно низької селективності утворення метакрилової кислоти (86 %) є збільшення енергетичних витрат на стадії розділення продуктів реакції та втрата частини вихідних реагентів, що зумовлює збільшення витратних коефіцієнтів за сировиною. У зв'язку з висушуванням каталізатора протягом 12-24 год. та прожарюванням каталізатора протягом 8 год. при температурі 813 К, тривалість і енергоємність процесу приготування каталізатора є значними. Крім того, наведені показники ефективності роботи каталізатора отримано при використанні півторакратного надлишку пропіонової кислоти відносно формальдегіду, що зумовлює додаткові енерговитрати на рециркуляцію надлишкової пропіонової кислоти. В основу корисної моделі поставлено задачу створити спосіб отримання каталізатора синтезу акрилатних мономерів у газовій фазі, у якому використання нових носія та активної фази забезпечило б отримання каталізатора з більшою силою кислотних центрів, що збільшить активність каталізатора і дасть можливість в умовах еквімолярного співвідношення реагентів отримати високий вихід акрилатних мономерів при високій селективності їх утворення і при цьому зменшити тривалість та енергоємність процесу приготування каталізатора. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання каталізатора синтезу акрилатних мономерів у газовій фазі, що включає введення активної фази до носія, просушування та прожарювання каталізатора, згідно з корисною моделлю, як носій використовують силікагель, активну фазу вводять просочуванням силікагелю водними розчинами сполук бору та фосфору, а також перехідного металу - ванадію, молібдену або вольфраму, висушують каталізатор протягом 8-10 год., а прожарюють протягом 6-7 год. при температурах 673-723 К з отриманням каталізатора з атомним співвідношенням компонентів P:B:(V або Мо, або W)=3:1:(0,1-1,0). Це дозволить отримати каталізатор з більшою силою кислотних центрів, що збільшить активність каталізатора і дасть можливість отримати акрилатні мономери з високим виходом при еквімолярному співвідношенні вихідних реагентів. Використання твердого високопористого носія - гранульованого силікагелю - дозволяє виключити стадію подрібненнякаталізатора та зменшити тривалість і енергоємність стадії висушування каталізатора. Додаткове зменшення енергоємності процесу приготування каталізатора досягається зменшенням температури прожарювання каталізатора. Заміна компонентів каталізатора на більш активні дозволить отримувати акрилатні мономери, зокрема акрилову та метакрилову кислоти, з високим виходом та селективністю при еквімолярному співвідношенні вихідних реагентів, що значно зменшить енергетичні витрати на рециркуляцію непрореагованих речовин та знизить витратні коефіцієнти за сировиною. Для одержання каталізаторів були використані: Н3ВО3, х.ч.; (NH4)2HPO4, х.ч.; NH4VO3, х.ч.; (NH4)6Mo7O244H2O, х.ч.; 1 UA 87760 U H7(P(W 2O7)6H2O), х.ч.; Силікагель гранульований середньопористий марки КСС-3 ГОСТ 3956-76. Суть корисної моделі ілюструється такими прикладами: Приклад 1 Наважки: 5 1,12 г Н3ВО3 0,80 г (NH4)2HPO4 0,21 г NH4VO3 4,80 г SiO2 3 розчиняють в 40 см дистильованої води при 333 К. Ставлять на киплячу водяну баню, після цього у розчин при перемішуванні додають силікагель на просочування. Водний розчин компонентів каталізатора з силікагелем випаровують на водяній бані при постійному перемішуванні. Потім каталізатор висушують 8 год. при температурі 423 К в сушильній шафі та прожарюють 6 год. при температурі 723 К в муфельній печі. Отримано каталізатор з атомним співвідношенням компонентів B:P:V=3:1:0,3- Масова частка SiO2 в каталізаторі - 80 %. 10 Приклад 2 Наважки: 15 0,95 г Н3ВО3 0,66 г (NH4)2HPO4 0,13 г (NH4)6Mo7O244H2O 4,00 г SiO2 3 розчиняють в 40 см дистильованої води при 298 К. Ставлять на киплячу водяну баню, після цього у розчин при перемішуванні додають силікагель на просочування. Водний розчин компонентів каталізатора з силікагелем випаровують на водяній бані при постійному перемішуванні. Потім каталізатор висушують 8 год. при температурі 423 К в сушильній шафі та прожарюють 6 год. при температурі 673 К в муфельній печі. Отримано каталізатор з атомним співвідношенням компонентів В:Р:Мо=3:1:0,3. Масова частка SiO2 в каталізаторі - 80 %. Приклад 3 Наважки: 20 25 30 35 40 1,59 г Н3ВО3 1,13 г (NH4)2HPO4 0,31 г H7(P(W 2O7)6H2O) 4,80 г SiO2 3 розчиняють в 40 см дистильованої води при 323 К. Ставлять на киплячу водяну баню, після цього у розчин, перемішуючи, додають силікагель на просочування. Водний розчин компонентів каталізатора з силікагелем випаровують на водяній бані при постійному перемішуванні. Потім каталізатор висушують 8 год. при температурі 423 К в сушильній шафі та прожарюють 6 год. при температурі 673 К в муфельній печі. Отримано каталізатор з атомним співвідношенням компонентів B:P:W=3:1:0,3- Масова частка SiO2 в каталізаторі - 80 %. Приклад 4 3 г каталізатора, одержаного за прикладом 1, завантажують у реактор проточного типу з імпульсною подачею реагентів, який являє собою трубку з нержавіючої сталі діаметром 12 мм. Здійснюють газофазну конденсацію пропіонової кислоти з формальдегідом при мольному співвідношенні формальдегід:пропіонова кислота 1:1. При температурі 593 К і часі контакту 12 с досягнуто вихід метакрилової кислоти за пропіоновою кислотою 39,4 % при конверсії пропіонової кислоти 48,9 %, селективність утворення метакрилової кислоти 80,5 %. Приклад 5 Аналогічно здійснюють газофазну конденсацію пропіонової кислоти з формальдегідом в метакрилову кислоту на каталізаторі, одержаному за прикладом 2. При температурі 593 К і часі контакту 12 с досягнуто вихід метакрилової кислоти за пропіоновою кислотою 40,2 % при конверсії пропіонової кислоти 46,1 %, селективність утворення метакрилової кислоти 87,2 %. Приклад 6 Аналогічно здійснюють газофазну конденсацію пропіонової кислоти з формальдегідом в метакрилову кислоту на каталізаторі, одержаному за прикладом 3. При температурі 593 К і часі контакту 12 с досягнуто вихід метакрилової кислоти за пропіоновою кислотою 44,1 % при конверсії пропіонової кислоти 47,1 %, селективність утворення метакрилової кислоти 83,7 %. Приклад 7 Аналогічно здійснюють газофазну конденсацію оцтової кислоти з формальдегідом в акрилову кислоту на каталізаторі, одержаному за прикладом 3. При температурі 653 К, часі 2 UA 87760 U 5 10 контакту 12 с досягнуто вихід акрилової кислоти 50,7 % при конверсії оцтової кислоти 57,1 %, селективність утворення акрилової кислоти 88,8 %. Приклад 8 Аналогічно здійснюють газофазну конденсацію оцтової кислоти з формальдегідом в акрилову кислоту на каталізаторі, одержаному за прикладом 3. При температурі 653 К, часі контакту 4 с досягнуто вихід акрилової кислоти 45,7 % при конверсії оцтової кислоти 51,8 %, селективність утворення акрилової кислоти 88,1 %. Прожарювання каталізатора менше 6-7 год. при температурах 673-723 К не забезпечує повного перетворення вихідних компонентів у активну фазу каталізатора. У зазначених умовах досягається повне перетворення вихідних компонентів в активну фазу, тому збільшення тривалості прожарювання є недоцільним. Оптимальним за складом є каталізатор з атомним співвідношенням компонентів B:P:(V або Мо, або W)=3:1:(0,1-1,0). Зменшення вмісту металу в каталізаторі нижче зазначеного інтервалу знижує його активність, а збільшення не супроводжується помітним зростанням активності каталізатора, а тому є недоцільним. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб отримання каталізатора синтезу акрилатних мономерів у газовій фазі, що включає введення активної фази до носія, висушування та прожарювання каталізатора, який відрізняється тим, що як носій використовують силікагель, активну фазу вводять просочуванням силікагелю водними розчинами сполук бору та фосфору, а також перехідного металу - ванадію, молібдену або вольфраму, висушують каталізатор протягом 8-10 год., а прожарюють протягом 6-7 год. при температурах 673-723 К з отриманням каталізатора з атомним співвідношенням компонентів B:P:(V aбo Mo, aбo W)=3:l:(0,l-l,0). 25 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3