前方層を使用して気相酸化するための触媒系及び方法
本発明は、芳香族炭化水素及び分子酸素を含んでなるガス状流を、２つの又はそれを上回る触媒層に通すことによって気相酸化する方法に関する。さらに、本発明は、前方層を使用して気相反応するための触媒系に関する。前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの直径×高さの積、又は前記体積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも大きい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、芳香族炭化水素及び分子酸素を含んでなるガス状流を、２つの又はそれを上回る触媒層(Katalysatorlagen)に通すことによって気相酸化する方法に関する。さらに、本発明は、前方層(Vorlage)を使用して気相反応するための触媒系に関する。
【０００２】
多数のカルボン酸及び／又は無水カルボン酸は、ベンゼン、キシレン類、ナフタレン、トルエン又はジュレンのような芳香族炭化水素を固定床反応器中で接触気相酸化することによって、工業的に製造される。このようにして、例えば安息香酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸又はピロメリト酸無水物を得ることができる。一般的に、含酸素ガスと酸化すべき出発物質との混合物を、触媒の床(Schuettung)が存在する管に通す。温度制御のために、前記管は、熱媒体、例えば溶融塩によって包囲されている。
【０００３】
過剰の反応熱が熱媒体によって導出されるにも関わらず、触媒床中では、局所的な温度極大値（ホットスポット）の形成となりうるものであり、そこでは前記触媒床のその他の部分よりも高い温度に支配される。これらのホットスポットは、出発物質の完全燃焼のような副反応、又は反応生成物から、分離不可能な又は大きな費用を伴ってのみ分離可能な、望ましくない副生物の形成をまねく。
【０００４】
そのうえ、前記触媒は、特定のホットスポット温度を上回ると不可逆的に損傷されうる。故に、この方法を開始する際に、酸化すべき炭化水素でのガス状流のローディング(Beladung)は、初めに極めて低く保持されなければならず、かつゆっくりとのみ上昇されることができる。最終的な生産状態はしばしば数週間後にはじめて達成される。
【０００５】
近年、芳香族炭化水素の酸化には、多層触媒系が使用されてきた（例えば独国特許出願公開(DE-A)第40 13 051号明細書、独国特許出願公開(DE-A)第198 23 262号明細書、欧州特許出願公開(EP-A)第1 063 222号明細書、国際公開(WO)第2005/115616号、欧州特許出願公開(EP-A)第1 084 115号明細書、独国特許出願公開(DE-A)第103 23 818号明細書、独国特許出願公開(DE-A)第103 23 461号明細書、独国特許出願公開(DE-A)第103 23 817号明細書）。その場合の目的は、個々の触媒層の活性を反応進行に、反応器軸に沿って適合させることである。それにより、有用生成物の高い収率及び同時に望ましくない中間生成物又は副生物のできるだけ低い収率を達成することが可能である。通常、反応器入口の方にある第一の層の触媒は、最も低い活性を有する、それというのも、反応器入口近くの領域中で、最も高い出発物質濃度、ひいては最も大きい反応速度が生じるからである。前記化学反応の際に遊離する熱により、反応ガスは、反応により生成したエネルギーが冷却剤へ放出されるエネルギーとちょうど同じであるところまで加熱される。第一の触媒層中での高すぎる活性は、ホットスポット温度の制御されない上昇をまねき、これは通常、選択率減少又はそれどころか前記反応の制御不可能な進行をまねきうる。
【０００６】
個々の触媒層の活性の設計の際に顧慮されなければならない別の局面は、第一の触媒層中のホットスポットの位置である。運転時間が増加するにつれて、触媒活性は低下するので、より高い割合の未反応炭化水素又は部分酸化された中間体が、前記触媒床のさらに下流にある領域へ達する。前記反応は、それゆえますます反応器出口へ移動し、かつホットスポットの位置は、ますますさらに反応器出口の方向へシフトする。このことは、それどころか、ホットスポットが、第一の触媒層から第二の触媒層又は後に続く触媒層へ移動することをまねきうる。ホットスポットのこの移動は、有用生成物収率が著しく低下する結果となる。
【０００７】
触媒失活に対して、熱媒体の温度を上昇させることによって限られた範囲内で対抗することができる。熱媒体の温度の上昇及び／又はホットスポットのシフトは、多層の触媒系の場合に、ガス混合物が後方にある触媒層中へ入る温度の上昇をまねく。後方にある触媒層は通例、確かにより活性であるが、しかしあまり選択的ではないので、望ましくない過剰酸化及び他の副反応が増加する。挙げた２つの作用は、運転期間と共に生成物収率もしくは選択率の低下を生じさせる。そのような場合に、完全な触媒交換は、さらなる運転と比較して経済的により意義深くなりうる。
【０００８】
技術水準に記載された活性構造化された触媒系にとって不利であるのは、そのような構造化された触媒系の使用にも関わらず、前記触媒の寿命が、特に前記ガス流の方向へのホットスポットの移動が増加することに関して、満足できないことである。さらにガス出口側へのより活性な触媒層中でのホットスポットのポジショニングは、さらに、望ましくない副生物を回避するための前記触媒の選択率の精密調節の可能性を制限する。
【０００９】
国際公開(WO)第2006/92305号、国際公開(WO)第2006/92304号及び出願番号 06112510.0を有する欧州特許出願明細書は、この問題を、常用の触媒層の前方の、ガス入口の方にある活性な触媒層の使用によって解決する。活性な前方層は、反応器ガスのより迅速な加熱及びそれゆえ前記化学反応のより早期の開始を引き起こすので、ホットスポットが技術水準からの系と比較してさらにガス入口の方へ形成される。
【００１０】
しかしながら、より活性な前方層の欠点は、３つないし４つの後続の触媒層のための活性材料懸濁液に加えて、前方層のための別の活性材料懸濁液が調製されなければならないことにある。さらに、反応器入口での極めて活性な第一の層は、安全面のリスクが高まることを意味する、それというのも、前記反応は反応器入口での高い出発物質含分のために制御不可能になりうるからである。
【００１１】
技術水準のさらなる欠点は、反応器入口でのガス温度が、塩浴温度をはるかに下回ることである。この範囲内で、塩浴温度調節が過剰の熱の除去に役立つのではなくて、むしろ逆に前記反応ガスを加熱するのに役立つ。通常、前記反応ガスを加熱するためには、充填されていない空の管、球状の不活性材料が充填された管又は触媒が充填された管が使用される。球状の不活性材料の欠点は、前記反応器を介しての高い圧力損失にある。
【００１２】
本発明の課題はそれに応じて、芳香族炭化水素を気相酸化する方法及びこの方法を実施するための触媒系を提供することにあり、前記方法において、反応器入口での反応ガスの加熱が、技術水準におけるよりも迅速に行われるか、もしくは前記方法において、反応器入口での反応ガスの加熱が、国際公開(WO)第2006/92305号、国際公開(WO)第2006/92304号又は出願番号06112510.0を有する欧州特許出願明細書の発明を使用したのと匹敵しうる時間内に行われるが、しかしその際にこのより迅速な加熱の達成がより単純に実施されることができ、かつ高められた安全面のリスクを必然的に伴わない。より迅速な加熱により、前記反応のより迅速な"開始"が達成されることができ、その際にホットスポットはさらにガス入口の方へ形成される。さらなる課題はそれに応じて、ホットスポットが技術水準におけるよりもさらにガス入口の方へ形成される触媒系を示すことにあった。最後に、より長い運転時間を高い収率水準で達成する触媒系が示されるべきである。
【００１３】
前記課題は、少なくとも１つの芳香族炭化水素及び分子酸素を含んでなるガス状流を、前記ガス状流の流れ方向に直列に配置され、その際に隣接した触媒層中の触媒の活性が互いに異なる少なくとも２つの触媒層に通すことによる気相酸化方法によって解決され、前記方法は、
触媒層及び／又は不活性層が前記ガスの流れ方向の反対側で隣接した触媒層の前方にあり、
ここで前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも大きい
ことによって特徴付けられる。
【００１４】
前方にある触媒層及び／又は不活性層はそれに応じて、前記触媒系の第一の層（ガス入口の方にある）を表す。
【００１５】
前方層中に、多様な不活性リング及び／又は触媒リングの混合物が存在していてもよい。前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの挙げられた記載は、それぞれ平均積、平均体積又は平均指数を基準としている。
【００１６】
有利に、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つ、特に全ての後続の触媒層のそれよりも小さい。
【００１７】
"直径"という概念は、本発明の範囲内で、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの平均外径を意味している。
【００１８】
"体積"という概念は、本発明の範囲内で、前記リングの幾何学的体積を意味している。
【００１９】
有利に、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積は、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つ、特に全ての後続の触媒層よりも小さい。
【００２０】
前方にある触媒リングの体積は、例えば完全な触媒リング全体に延びているノッチ又はスリットによって、低下されることができる。特に好ましくは、前記体積は、前記リングの（各正面(Stirnseite)で）上側の複数のノッチ及び下側の複数のノッチによって低下される。極めて特に好ましくは、前記体積は、前記リングの（各正面で）上側の２つ、３つ、４つ又は５つの対称的に配置されるノッチ及び下側の２つ、３つ、４つ又は５つの対称的に配置されるノッチによって低下される。さらに極めて特に好ましくは、前記体積は、前記リングの（各正面で）上側の２つの対称的なノッチ及び下側の２つの対称的なノッチによって低下され、ここで上側のノッチ及び下側のノッチは同一であるが、９０°だけ回転している。これらのノッチは図１ａに説明されている。さらに極めて特に好ましくは、前記体積は、前記リングの（各正面で）上側の３つの対称的なノッチ及び下側の３つの対称的なノッチによって低下され、ここで上側のノッチ及び下側のノッチは同一である。これらのノッチは図１ｂに説明されている。
【００２１】
有利に、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つ、特に全ての後続の触媒層よりも大きい。
【００２２】
有利に、前方にある不活性層及び／又は触媒層の後方に、少なくとも３つの別の触媒層、好ましくは３〜５つの別の触媒層が続く。
【００２３】
触媒層として、本質的には均一な活性を有する、すなわち本質的には均一な、前記活性材料の組成、活性材料含分及び充填密度（前記反応器に充填する際の不可避のゆらぎを除く）を有する触媒の床が存在するとみなされる。連続した触媒層はそれゆえ、含まれている触媒の活性の点で相違する。当業者には、触媒活性を制御する多様な手段が知られている。
【００２４】
有利に、前記触媒層の活性は、前方にある不活性層及び／又は触媒層の後の第一の触媒層から、連続的に最後の触媒層まで（流れ方向へ見て）増加する。しかしまた、低い活性を有する触媒からなるか又は不活性材料からなる中間層が、一体化されていてよい（例えば出願番号06008816.8を有する欧州特許出願明細書参照）。
【００２５】
有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも１つの後続の触媒層の直径×高さの積よりも少なくとも５〜１０％小さい。有利に、前記積は少なくとも１０〜２０％小さい。有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの直径×高さの積は４５mm2以下、好ましくは４０mm2以下である。前方にある不活性リング又は触媒リングの直径×高さの積は有利に、１５〜４５mm2、好ましくは２５〜４０mm2である。有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの直径は３〜８mm、好ましくは５〜７mmである。有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの高さは３〜８mm、好ましくは５〜７mmである。有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの内径は、１〜６mm、好ましくは３〜５mmである。
【００２６】
有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの体積は、少なくとも１つの後続の触媒層の体積よりも少なくとも５〜１０％小さい。有利に、前記体積は少なくとも１０〜２０％小さい。有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの体積は、１７０mm3以下、好ましくは１１０mm3以下である。前方にある不活性リング又は触媒リングの体積は、有利に２５〜１７０mm3、好ましくは６０〜１１０mm3である。
【００２７】
有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１つの後続の触媒層の体積当たりの表面積の指数よりも少なくとも５〜１０％大きい。有利に、体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１０〜２０％大きい。有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、１８０mm-1以上、好ましくは２００mm-1以上である。前方にある不活性リング又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、有利に１８０〜５００mm-1、好ましくは２００〜３００mm-1である。
【００２８】
有利に、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングは、ゼロの活性ないし後続の第一の触媒層の活性までを有する。特に好ましくは、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングは、ゼロの活性又は後続の第一の触媒層の活性のいずれかを有する。
【００２９】
触媒もしくは触媒層の活性は、同一の条件下に（特に触媒体積、体積基準の空間速度（gas hourly space velocity, ＧＨＳＶ）もしくは空気量、熱媒体の温度、ガス状流の炭化水素ローディングに関して）試験設備中で測定される転化率であると理解される。触媒もしくは触媒層の転化率が高ければ高いほどその活性も一層高くなる。この方法は、特に、活性の比較のためもしくは相対的な触媒活性の決定のために適している。
【００３０】
当業者には、触媒層の活性を制御する方法は十分に知られている。例えば、前記触媒の活性／選択率は、前記活性材料への助触媒の添加により、前記触媒のＢＥＴ表面積の調節により、前記活性材料含分により、すなわち管体積当たりの前記活性材料により、個々の触媒成形体間の空間により又は不活性物質の含量により変えることができる。
【００３１】
不活性な前方層の場合に、これは、例えば触媒担体としても使用されるような不活性材料からなる。適した担体材料は、例えば石英（ＳｉＯ2）、磁器、酸化マグネシウム、二酸化スズ、炭化ケイ素、ルチル、礬土（Ａｌ2Ｏ3）、ケイ酸アルミニウム、ステアタイト（ケイ酸マグネシウム）、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸セリウム又はこれらの担体材料の混合物である。不活性な前方層は、繊維又は金属線からなる織物、編物又はメリヤスも含むことができる。
【００３２】
不活性材料及び／又は触媒材料の前方層を含めた全ての触媒層の全長は、通常２．５〜４m、好ましくは２．８〜３．４mである。前記前方層の長さは有利に０．０５〜１m、好ましくは０．１〜０．５m、特に０．１５〜０．４mである。それに応じて、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの床長は有利に、全床長の１．５〜４０％、好ましくは２．５〜２０％、特に３．５〜１５％である。
【００３３】
有利に、前方にある不活性層及び／又は触媒層を有する三層触媒系中で、前記触媒床の全長を基準として、不活性層及び／又は触媒層は１〜４０％、好ましくは５〜２５％、特に１０〜２０％を有する。後続の第一の触媒層は有利に、前記触媒床の全長を基準として、１５〜７５％、好ましくは２５〜６０％、特に３０〜５０％を有する。後続の第二の触媒層は有利に、前記触媒床の全長を基準として、５〜４５％、好ましくは１０〜４０％、特に１５〜３０％を有する。後続の第三の触媒層は同じように有利に、前記触媒床の全長を基準として、５〜４５％、好ましくは１０〜４０％、特に１５〜３０％を有する。
【００３４】
有利に、前方にある不活性層及び／又は触媒層を有する三層触媒系中で、前方にある触媒層の床長は５cm〜１２０cm、好ましくは１５cm〜７５cm、特に３０cm〜６０cmであり、後続の第一の触媒層の床長は４５cm〜２２５cm、好ましくは７５cm〜１８０cm、特に９０cm〜１５０cmであり、後続の第二の触媒層の床長は１５cm〜１３５cm、好ましくは３０cm〜１２０cm、特に４５cm〜９０cmであり、かつ後続の第三の触媒層の床長は１５cm〜１３５cm、好ましくは３０cm〜１２０cm、特に４５cm〜９０cmである。
【００３５】
三層触媒系の触媒組成は、例えば国際公開(WO)第2004/103561号のp.7に記載されている。
【００３６】
有利に、前方にある不活性層及び／又は触媒層を有する四層触媒系中で、前方にある不活性層及び／又は触媒層は、前記触媒床の全長を基準として、１〜４０％、好ましくは５〜２５％、特に１０〜２０％を有する。後続の第一の触媒層は有利に、前記触媒床の全長を基準として、１５〜７５％、好ましくは２５〜６０％、特に３０〜５０％を有する。後続の第二の触媒層は有利に、前記触媒床の全長を基準として、５〜４５％、好ましくは５〜３０％、特に１０〜２０％を有する。後続の第三の触媒層は有利に、前記触媒床の全長を基準として、５〜４５％、好ましくは５〜３０％、特に１０〜２５％を有する。後続の第四の触媒層は同じように有利に、前記触媒床の全長を基準として、５〜４５％、好ましくは５〜３０％、特に１０〜２５％を有する。
【００３７】
有利に、前方にある不活性層及び／又は触媒層を有する四層触媒系中で、前方にある不活性層及び／又は触媒層の床長は５cm〜１２０cm、好ましくは１５cm〜７５cm、特に３０cm〜６０cmであり、後続の第一の触媒層の床長は４５cm〜２２５cm、好ましくは７５cm〜１８０cm、特に９０cm〜１５０cmであり、後続の第二の触媒層の床長は１５cm〜１３５cm、好ましくは１５cm〜９０cm、特に３０cm〜６０cmであり、後続の第三の触媒層の床長は１５cm〜１３５cm、好ましくは１５cm〜９０cm、特に３０cm〜７５cmであり、かつ後続の第四の触媒層の床長は１５cm〜１３５cm、好ましくは１５cm〜９０cm、特に３０cm〜７５cmである。
【００３８】
四層触媒系の触媒組成は、例えば、国際公開(WO)第2004/103561号のp.8に又は出願番号06114230.3を有する欧州特許出願明細書のp.5及び6に記載されている。
【００３９】
有利に、前方にある触媒層中で、ホットスポットは形成されない。
【００４０】
特に好ましくは、前方層は２つの領域へ区分される。ガス入口の方にある第一の領域は、不活性材料の床を有するのに対し、第二の領域は、流れ方向の下流に（他の触媒層の方にある）触媒材料の床を有し、
ここで前方にある不活性リング及び触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び触媒リングの体積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも大きい。
【００４１】
有利に、前方層の不活性層の第一の領域は、５〜２５cm、好ましくは１０〜２０cmを占める。前方層の触媒材料床の第二の領域は、有利に１０〜７５cm、好ましくは３０〜５０cmを占める。それに応じて、前方層の不活性層の第一の領域は、全ての前方層の有利に５〜７０％、好ましくは１５〜４０％を占める。前方層の触媒材料床の第二の領域は、最後に全ての前方層の有利に３０〜９５％、好ましくは６０〜８５％を占める。前方にある触媒層の活性は有利に、後続の第一の触媒層の活性に相当する。
【００４２】
前方層に加えて、場合により、前記管束反応器の個々の管を介しての圧力損失平衡化のために、別の不活性材料及び／又は触媒材料が使用されることができる。
【００４３】
本発明による方法は、ベンゼン、キシレン類、トルエン、ナフタレン又はジュレン（１，２，４，５−テトラメチルベンゼン）のような芳香族Ｃ6〜Ｃ10−炭化水素を、無水マレイン酸、無水フタル酸、安息香酸及び／又はピロメリト酸二無水物のようなカルボン酸及び／又は無水カルボン酸に気相酸化するのに特に適している。本方法は、ｏ−キシレン及び／又はナフタレンから無水フタル酸を製造するのに特に適している。
【００４４】
本発明による方法の実施は、当業者に知られており、かつ例えば国際公開(WO)第2004/103561号のp.6及び7に記載されている。
【００４５】
本発明による方法は、触媒床の最初に反応ガスの迅速な加熱を引き起こす。
【００４６】
国際公開(WO)第2006/92305号、国際公開(WO)第2006/92304号及び出願番号06112510.0を有する欧州特許出願明細書とは異なり、本発明において、反応ガスは確かに同じように塩浴温度を下回って加熱されるが、しかし前方層中のガス温度が塩浴温度を上回った場合に、安全面のリスクが高まることにはならない。
【００４７】
さらに、本発明は、少なくとも１つの芳香族炭化水素及び分子酸素を含んでなるガス状流を気相酸化する方法を実施するための、但し触媒系がガス状流の流れ方向に直列に配置される少なくとも２つの触媒層を有し、その際に隣接した触媒層中の前記触媒の活性が互いに異なるが、但し触媒層及び／又は不活性層が前記ガスの流れ方向の反対側で隣接した触媒層の前方にある触媒系に関し、
ここで前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積は、少なくとも１つの次の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも大きい。
【００４８】
本発明により、最初のホットスポットが反応器入口の極めて近くに形成される触媒系が提供される。反応器入口の方にある触媒床のより多くの利用により、より長い運転時間が達成されることができる。さらに、挙げられた望ましくない副反応は、ホットスポットがより活性な触媒層へ移動することにより、技術水準からの触媒系の場合よりもより後の時点ではじめて生じる。
【００４９】
本発明は、添付した図１ａ及び１ｂ及び以下の実施例によって、より詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】リングのノッチを示す図。
【実施例】
【００５１】
触媒１：US 6586361による、例９（すなわち"触媒lie"）、列８、８×６×５mm（外径×高さ×内径）の幾何学的形状を有する
触媒２：US 6586361による、例１０（すなわち"触媒III"）、列８、８×６×５mm（外径×高さ×内径）の幾何学的形状を有する。
【００５２】
前方層：
前方層１：５×３×２mm（外径×高さ×内径）の幾何学的形状を有する不活性なステアタイトリング
前方層２：７×７×４mm（外径×高さ×内径）の幾何学的形状を有する不活性なステアタイトリング、これは各正面に図１ａに記載の１．５mm×１．５mmの刻み目を有するノッチを有する。
前方層３：ステアタイトリング上の活性材料１０．１％、その際に前記組成は触媒１の組成に相当し、７×７×４ mm（外径×高さ×内径）の幾何学的形状を有する
前方層４：８×６×５mm（外径×高さ×内径）の幾何学的形状を有する不活性なステアタイトリング。
【００５３】
触媒系試験：
試験１：本発明による、流れ方向の触媒系：前方層１ １０cm、触媒１ １７０cm、触媒２ １３０cm
試験２：本発明による、流れ方向の触媒系：前方層２ １０cm、触媒１ １７０cm、触媒２ １３０cm
試験３：本発明による、流れ方向の触媒系：前方層２ １０cm、前方層３ ４０cm、触媒１ １７０cm、触媒２ １３０cm
試験４：本発明によらない、流れ方向の触媒系：前方層４ １０cm、触媒１ １７０cm、触媒２ １３０cm。
【００５４】
触媒系試験の実施：
４つの触媒系を、ｏ−キシレン７０g/Nm3のローディングで試験した。３５５℃の同じ塩浴温度で、以下の、第１表にまとめられたホットスポット位置が測定された。
【００５５】
【表１】
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、芳香族炭化水素及び分子酸素を含んでなるガス状流を、２つの又はそれを上回る触媒層(Katalysatorlagen)に通すことによって気相酸化する方法に関する。さらに、本発明は、前方層(Vorlage)を使用して気相反応するための触媒系に関する。
【０００２】
多数のカルボン酸及び／又は無水カルボン酸は、ベンゼン、キシレン類、ナフタレン、トルエン又はジュレンのような芳香族炭化水素を固定床反応器中で接触気相酸化することによって、工業的に製造される。このようにして、例えば安息香酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸又はピロメリト酸無水物を得ることができる。一般的に、含酸素ガスと酸化すべき出発物質との混合物を、触媒の床(Schuettung)が存在する管に通す。温度制御のために、前記管は、熱媒体、例えば溶融塩によって包囲されている。
【０００３】
過剰の反応熱が熱媒体によって導出されるにも関わらず、触媒床中では、局所的な温度極大値（ホットスポット）の形成となりうるものであり、そこでは前記触媒床のその他の部分よりも高い温度に支配される。これらのホットスポットは、出発物質の完全燃焼のような副反応、又は反応生成物から、分離不可能な又は大きな費用を伴ってのみ分離可能な、望ましくない副生物の形成をまねく。
【０００４】
そのうえ、前記触媒は、特定のホットスポット温度を上回ると不可逆的に損傷されうる。故に、この方法を開始する際に、酸化すべき炭化水素でのガス状流のローディング(Beladung)は、初めに極めて低く保持されなければならず、かつゆっくりとのみ上昇されることができる。最終的な生産状態はしばしば数週間後にはじめて達成される。
【０００５】
近年、芳香族炭化水素の酸化には、多層触媒系が使用されてきた（例えば独国特許出願公開(DE-A)第40 13 051号明細書、独国特許出願公開(DE-A)第198 23 262号明細書、欧州特許出願公開(EP-A)第1 063 222号明細書、国際公開(WO)第2005/115616号、欧州特許出願公開(EP-A)第1 084 115号明細書、独国特許出願公開(DE-A)第103 23 818号明細書、独国特許出願公開(DE-A)第103 23 461号明細書、独国特許出願公開(DE-A)第103 23 817号明細書）。その場合の目的は、個々の触媒層の活性を反応進行に、反応器軸に沿って適合させることである。それにより、有用生成物の高い収率及び同時に望ましくない中間生成物又は副生物のできるだけ低い収率を達成することが可能である。通常、反応器入口の方にある第一の層の触媒は、最も低い活性を有する、それというのも、反応器入口近くの領域中で、最も高い出発物質濃度、ひいては最も大きい反応速度が生じるからである。前記化学反応の際に遊離する熱により、反応ガスは、反応により生成したエネルギーが冷却剤へ放出されるエネルギーとちょうど同じであるところまで加熱される。第一の触媒層中での高すぎる活性は、ホットスポット温度の制御されない上昇をまねき、これは通常、選択率減少又はそれどころか前記反応の制御不可能な進行をまねきうる。
【０００６】
個々の触媒層の活性の設計の際に顧慮されなければならない別の局面は、第一の触媒層中のホットスポットの位置である。運転時間が増加するにつれて、触媒活性は低下するので、より高い割合の未反応炭化水素又は部分酸化された中間体が、前記触媒床のさらに下流にある領域へ達する。前記反応は、それゆえますます反応器出口へ移動し、かつホットスポットの位置は、ますますさらに反応器出口の方向へシフトする。このことは、それどころか、ホットスポットが、第一の触媒層から第二の触媒層又は後に続く触媒層へ移動することをまねきうる。ホットスポットのこの移動は、有用生成物収率が著しく低下する結果となる。
【０００７】
触媒失活に対して、熱媒体の温度を上昇させることによって限られた範囲内で対抗することができる。熱媒体の温度の上昇及び／又はホットスポットのシフトは、多層の触媒系の場合に、ガス混合物が後方にある触媒層中へ入る温度の上昇をまねく。後方にある触媒層は通例、確かにより活性であるが、しかしあまり選択的ではないので、望ましくない過剰酸化及び他の副反応が増加する。挙げた２つの作用は、運転期間と共に生成物収率もしくは選択率の低下を生じさせる。そのような場合に、完全な触媒交換は、さらなる運転と比較して経済的により意義深くなりうる。
【０００８】
技術水準に記載された活性構造化された触媒系にとって不利であるのは、そのような構造化された触媒系の使用にも関わらず、前記触媒の寿命が、特に前記ガス流の方向へのホットスポットの移動が増加することに関して、満足できないことである。さらにガス出口側へのより活性な触媒層中でのホットスポットのポジショニングは、さらに、望ましくない副生物を回避するための前記触媒の選択率の精密調節の可能性を制限する。
【０００９】
国際公開(WO)第2006/92305号、国際公開(WO)第2006/92304号及び出願番号 06112510.0を有する欧州特許出願明細書は、この問題を、常用の触媒層の前方の、ガス入口の方にある活性な触媒層の使用によって解決する。活性な前方層は、反応器ガスのより迅速な加熱及びそれゆえ前記化学反応のより早期の開始を引き起こすので、ホットスポットが技術水準からの系と比較してさらにガス入口の方へ形成される。
【００１０】
しかしながら、より活性な前方層の欠点は、３つないし４つの後続の触媒層のための活性材料懸濁液に加えて、前方層のための別の活性材料懸濁液が調製されなければならないことにある。さらに、反応器入口での極めて活性な第一の層は、安全面のリスクが高まることを意味する、それというのも、前記反応は反応器入口での高い出発物質含分のために制御不可能になりうるからである。
【００１１】
技術水準のさらなる欠点は、反応器入口でのガス温度が、塩浴温度をはるかに下回ることである。この範囲内で、塩浴温度調節が過剰の熱の除去に役立つのではなくて、むしろ逆に前記反応ガスを加熱するのに役立つ。通常、前記反応ガスを加熱するためには、充填されていない空の管、球状の不活性材料が充填された管又は触媒が充填された管が使用される。球状の不活性材料の欠点は、前記反応器を介しての高い圧力損失にある。
【００１２】
本発明の課題はそれに応じて、芳香族炭化水素を気相酸化する方法及びこの方法を実施するための触媒系を提供することにあり、前記方法において、反応器入口での反応ガスの加熱が、技術水準におけるよりも迅速に行われるか、もしくは前記方法において、反応器入口での反応ガスの加熱が、国際公開(WO)第2006/92305号、国際公開(WO)第2006/92304号又は出願番号06112510.0を有する欧州特許出願明細書の発明を使用したのと匹敵しうる時間内に行われるが、しかしその際にこのより迅速な加熱の達成がより単純に実施されることができ、かつ高められた安全面のリスクを必然的に伴わない。より迅速な加熱により、前記反応のより迅速な"開始"が達成されることができ、その際にホットスポットはさらにガス入口の方へ形成される。さらなる課題はそれに応じて、ホットスポットが技術水準におけるよりもさらにガス入口の方へ形成される触媒系を示すことにあった。最後に、より長い運転時間を高い収率水準で達成する触媒系が示されるべきである。
【００１３】
前記課題は、少なくとも１つの芳香族炭化水素及び分子酸素を含んでなるガス状流を、前記ガス状流の流れ方向に直列に配置され、その際に隣接した触媒層中の触媒の活性が互いに異なる少なくとも２つの触媒層に通すことによる気相酸化方法によって解決され、前記方法は、
触媒層及び／又は不活性層が前記ガスの流れ方向の反対側で隣接した触媒層の前方にあり、
ここで前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも大きい
ことによって特徴付けられる。
【００１４】
前方にある触媒層及び／又は不活性層はそれに応じて、前記触媒系の第一の層（ガス入口の方にある）を表す。
【００１５】
前方層中に、多様な不活性リング及び／又は触媒リングの混合物が存在していてもよい。前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの挙げられた記載は、それぞれ平均積、平均体積又は平均指数を基準としている。
【００１６】
有利に、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つ、特に全ての後続の触媒層のそれよりも小さい。
【００１７】
"直径"という概念は、本発明の範囲内で、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの平均外径を意味している。
【００１８】
"体積"という概念は、本発明の範囲内で、前記リングの幾何学的体積を意味している。
【００１９】
有利に、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積は、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つ、特に全ての後続の触媒層よりも小さい。
【００２０】
前方にある触媒リングの体積は、例えば完全な触媒リング全体に延びているノッチ又はスリットによって、低下されることができる。特に好ましくは、前記体積は、前記リングの（各正面(Stirnseite)で）上側の複数のノッチ及び下側の複数のノッチによって低下される。極めて特に好ましくは、前記体積は、前記リングの（各正面で）上側の２つ、３つ、４つ又は５つの対称的に配置されるノッチ及び下側の２つ、３つ、４つ又は５つの対称的に配置されるノッチによって低下される。さらに極めて特に好ましくは、前記体積は、前記リングの（各正面で）上側の２つの対称的なノッチ及び下側の２つの対称的なノッチによって低下され、ここで上側のノッチ及び下側のノッチは同一であるが、９０°だけ回転している。これらのノッチは図１ａに説明されている。さらに極めて特に好ましくは、前記体積は、前記リングの（各正面で）上側の３つの対称的なノッチ及び下側の３つの対称的なノッチによって低下され、ここで上側のノッチ及び下側のノッチは同一である。これらのノッチは図１ｂに説明されている。
【００２１】
有利に、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つ、特に全ての後続の触媒層よりも大きい。
【００２２】
有利に、前方にある不活性層及び／又は触媒層の後方に、少なくとも３つの別の触媒層、好ましくは３〜５つの別の触媒層が続く。
【００２３】
触媒層として、本質的には均一な活性を有する、すなわち本質的には均一な、前記活性材料の組成、活性材料含分及び充填密度（前記反応器に充填する際の不可避のゆらぎを除く）を有する触媒の床が存在するとみなされる。連続した触媒層はそれゆえ、含まれている触媒の活性の点で相違する。当業者には、触媒活性を制御する多様な手段が知られている。
【００２４】
有利に、前記触媒層の活性は、前方にある不活性層及び／又は触媒層の後の第一の触媒層から、連続的に最後の触媒層まで（流れ方向へ見て）増加する。しかしまた、低い活性を有する触媒からなるか又は不活性材料からなる中間層が、一体化されていてよい（例えば出願番号06008816.8を有する欧州特許出願明細書参照）。
【００２５】
有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも１つの後続の触媒層の直径×高さの積よりも少なくとも５〜１０％小さい。有利に、前記積は少なくとも１０〜２０％小さい。有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの直径×高さの積は４５mm2以下、好ましくは４０mm2以下である。前方にある不活性リング又は触媒リングの直径×高さの積は有利に、１５〜４５mm2、好ましくは２５〜４０mm2である。有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの直径は３〜８mm、好ましくは５〜７mmである。有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの高さは３〜８mm、好ましくは５〜７mmである。有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの内径は、１〜６mm、好ましくは３〜５mmである。
【００２６】
有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの体積は、少なくとも１つの後続の触媒層の体積よりも少なくとも５〜１０％小さい。有利に、前記体積は少なくとも１０〜２０％小さい。有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの体積は、１７０mm3以下、好ましくは１１０mm3以下である。前方にある不活性リング又は触媒リングの体積は、有利に２５〜１７０mm3、好ましくは６０〜１１０mm3である。
【００２７】
有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１つの後続の触媒層の体積当たりの表面積の指数よりも少なくとも５〜１０％大きい。有利に、体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１０〜２０％大きい。有利に、前方にある不活性リング又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、１８０mm-1以上、好ましくは２００mm-1以上である。前方にある不活性リング又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、有利に１８０〜５００mm-1、好ましくは２００〜３００mm-1である。
【００２８】
有利に、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングは、ゼロの活性ないし後続の第一の触媒層の活性までを有する。特に好ましくは、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングは、ゼロの活性又は後続の第一の触媒層の活性のいずれかを有する。
【００２９】
触媒もしくは触媒層の活性は、同一の条件下に（特に触媒体積、体積基準の空間速度（gas hourly space velocity, ＧＨＳＶ）もしくは空気量、熱媒体の温度、ガス状流の炭化水素ローディングに関して）試験設備中で測定される転化率であると理解される。触媒もしくは触媒層の転化率が高ければ高いほどその活性も一層高くなる。この方法は、特に、活性の比較のためもしくは相対的な触媒活性の決定のために適している。
【００３０】
当業者には、触媒層の活性を制御する方法は十分に知られている。例えば、前記触媒の活性／選択率は、前記活性材料への助触媒の添加により、前記触媒のＢＥＴ表面積の調節により、前記活性材料含分により、すなわち管体積当たりの前記活性材料により、個々の触媒成形体間の空間により又は不活性物質の含量により変えることができる。
【００３１】
不活性な前方層の場合に、これは、例えば触媒担体としても使用されるような不活性材料からなる。適した担体材料は、例えば石英（ＳｉＯ2）、磁器、酸化マグネシウム、二酸化スズ、炭化ケイ素、ルチル、礬土（Ａｌ2Ｏ3）、ケイ酸アルミニウム、ステアタイト（ケイ酸マグネシウム）、ケイ酸ジルコニウム、ケイ酸セリウム又はこれらの担体材料の混合物である。不活性な前方層は、繊維又は金属線からなる織物、編物又はメリヤスも含むことができる。
【００３２】
不活性材料及び／又は触媒材料の前方層を含めた全ての触媒層の全長は、通常２．５〜４m、好ましくは２．８〜３．４mである。前記前方層の長さは有利に０．０５〜１m、好ましくは０．１〜０．５m、特に０．１５〜０．４mである。それに応じて、前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの床長は有利に、全床長の１．５〜４０％、好ましくは２．５〜２０％、特に３．５〜１５％である。
【００３３】
有利に、前方にある不活性層及び／又は触媒層を有する三層触媒系中で、前記触媒床の全長を基準として、不活性層及び／又は触媒層は１〜４０％、好ましくは５〜２５％、特に１０〜２０％を有する。後続の第一の触媒層は有利に、前記触媒床の全長を基準として、１５〜７５％、好ましくは２５〜６０％、特に３０〜５０％を有する。後続の第二の触媒層は有利に、前記触媒床の全長を基準として、５〜４５％、好ましくは１０〜４０％、特に１５〜３０％を有する。後続の第三の触媒層は同じように有利に、前記触媒床の全長を基準として、５〜４５％、好ましくは１０〜４０％、特に１５〜３０％を有する。
【００３４】
有利に、前方にある不活性層及び／又は触媒層を有する三層触媒系中で、前方にある触媒層の床長は５cm〜１２０cm、好ましくは１５cm〜７５cm、特に３０cm〜６０cmであり、後続の第一の触媒層の床長は４５cm〜２２５cm、好ましくは７５cm〜１８０cm、特に９０cm〜１５０cmであり、後続の第二の触媒層の床長は１５cm〜１３５cm、好ましくは３０cm〜１２０cm、特に４５cm〜９０cmであり、かつ後続の第三の触媒層の床長は１５cm〜１３５cm、好ましくは３０cm〜１２０cm、特に４５cm〜９０cmである。
【００３５】
三層触媒系の触媒組成は、例えば国際公開(WO)第2004/103561号のp.7に記載されている。
【００３６】
有利に、前方にある不活性層及び／又は触媒層を有する四層触媒系中で、前方にある不活性層及び／又は触媒層は、前記触媒床の全長を基準として、１〜４０％、好ましくは５〜２５％、特に１０〜２０％を有する。後続の第一の触媒層は有利に、前記触媒床の全長を基準として、１５〜７５％、好ましくは２５〜６０％、特に３０〜５０％を有する。後続の第二の触媒層は有利に、前記触媒床の全長を基準として、５〜４５％、好ましくは５〜３０％、特に１０〜２０％を有する。後続の第三の触媒層は有利に、前記触媒床の全長を基準として、５〜４５％、好ましくは５〜３０％、特に１０〜２５％を有する。後続の第四の触媒層は同じように有利に、前記触媒床の全長を基準として、５〜４５％、好ましくは５〜３０％、特に１０〜２５％を有する。
【００３７】
有利に、前方にある不活性層及び／又は触媒層を有する四層触媒系中で、前方にある不活性層及び／又は触媒層の床長は５cm〜１２０cm、好ましくは１５cm〜７５cm、特に３０cm〜６０cmであり、後続の第一の触媒層の床長は４５cm〜２２５cm、好ましくは７５cm〜１８０cm、特に９０cm〜１５０cmであり、後続の第二の触媒層の床長は１５cm〜１３５cm、好ましくは１５cm〜９０cm、特に３０cm〜６０cmであり、後続の第三の触媒層の床長は１５cm〜１３５cm、好ましくは１５cm〜９０cm、特に３０cm〜７５cmであり、かつ後続の第四の触媒層の床長は１５cm〜１３５cm、好ましくは１５cm〜９０cm、特に３０cm〜７５cmである。
【００３８】
四層触媒系の触媒組成は、例えば、国際公開(WO)第2004/103561号のp.8に又は出願番号06114230.3を有する欧州特許出願明細書のp.5及び6に記載されている。
【００３９】
有利に、前方にある触媒層中で、ホットスポットは形成されない。
【００４０】
特に好ましくは、前方層は２つの領域へ区分される。ガス入口の方にある第一の領域は、不活性材料の床を有するのに対し、第二の領域は、流れ方向の下流に（他の触媒層の方にある）触媒材料の床を有し、
ここで前方にある不活性リング及び触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び触媒リングの体積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも大きい。
【００４１】
有利に、前方層の不活性層の第一の領域は、５〜２５cm、好ましくは１０〜２０cmを占める。前方層の触媒材料床の第二の領域は、有利に１０〜７５cm、好ましくは３０〜５０cmを占める。それに応じて、前方層の不活性層の第一の領域は、全ての前方層の有利に５〜７０％、好ましくは１５〜４０％を占める。前方層の触媒材料床の第二の領域は、最後に全ての前方層の有利に３０〜９５％、好ましくは６０〜８５％を占める。前方にある触媒層の活性は有利に、後続の第一の触媒層の活性に相当する。
【００４２】
前方層に加えて、場合により、前記管束反応器の個々の管を介しての圧力損失平衡化のために、別の不活性材料及び／又は触媒材料が使用されることができる。
【００４３】
本発明による方法は、ベンゼン、キシレン類、トルエン、ナフタレン又はジュレン（１，２，４，５−テトラメチルベンゼン）のような芳香族Ｃ6〜Ｃ10−炭化水素を、無水マレイン酸、無水フタル酸、安息香酸及び／又はピロメリト酸二無水物のようなカルボン酸及び／又は無水カルボン酸に気相酸化するのに特に適している。本方法は、ｏ−キシレン及び／又はナフタレンから無水フタル酸を製造するのに特に適している。
【００４４】
本発明による方法の実施は、当業者に知られており、かつ例えば国際公開(WO)第2004/103561号のp.6及び7に記載されている。
【００４５】
本発明による方法は、触媒床の最初に反応ガスの迅速な加熱を引き起こす。
【００４６】
国際公開(WO)第2006/92305号、国際公開(WO)第2006/92304号及び出願番号06112510.0を有する欧州特許出願明細書とは異なり、本発明において、反応ガスは確かに同じように塩浴温度を下回って加熱されるが、しかし前方層中のガス温度が塩浴温度を上回った場合に、安全面のリスクが高まることにはならない。
【００４７】
さらに、本発明は、少なくとも１つの芳香族炭化水素及び分子酸素を含んでなるガス状流を気相酸化する方法を実施するための、但し触媒系がガス状流の流れ方向に直列に配置される少なくとも２つの触媒層を有し、その際に隣接した触媒層中の前記触媒の活性が互いに異なるが、但し触媒層及び／又は不活性層が前記ガスの流れ方向の反対側で隣接した触媒層の前方にある触媒系に関し、
ここで前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積は、少なくとも１つの次の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも大きい。
【００４８】
本発明により、最初のホットスポットが反応器入口の極めて近くに形成される触媒系が提供される。反応器入口の方にある触媒床のより多くの利用により、より長い運転時間が達成されることができる。さらに、挙げられた望ましくない副反応は、ホットスポットがより活性な触媒層へ移動することにより、技術水準からの触媒系の場合よりもより後の時点ではじめて生じる。
【００４９】
本発明は、添付した図１ａ及び１ｂ及び以下の実施例によって、より詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】リングのノッチを示す図。
【実施例】
【００５１】
触媒１：US 6586361による、例９（すなわち"触媒lie"）、列８、８×６×５mm（外径×高さ×内径）の幾何学的形状を有する
触媒２：US 6586361による、例１０（すなわち"触媒III"）、列８、８×６×５mm（外径×高さ×内径）の幾何学的形状を有する。
【００５２】
前方層：
前方層１：５×３×２mm（外径×高さ×内径）の幾何学的形状を有する不活性なステアタイトリング
前方層２：７×７×４mm（外径×高さ×内径）の幾何学的形状を有する不活性なステアタイトリング、これは各正面に図１ａに記載の１．５mm×１．５mmの刻み目を有するノッチを有する。
前方層３：ステアタイトリング上の活性材料１０．１％、その際に前記組成は触媒１の組成に相当し、７×７×４ mm（外径×高さ×内径）の幾何学的形状を有する
前方層４：８×６×５mm（外径×高さ×内径）の幾何学的形状を有する不活性なステアタイトリング。
【００５３】
触媒系試験：
試験１：本発明による、流れ方向の触媒系：前方層１ １０cm、触媒１ １７０cm、触媒２ １３０cm
試験２：本発明による、流れ方向の触媒系：前方層２ １０cm、触媒１ １７０cm、触媒２ １３０cm
試験３：本発明による、流れ方向の触媒系：前方層２ １０cm、前方層３ ４０cm、触媒１ １７０cm、触媒２ １３０cm
試験４：本発明によらない、流れ方向の触媒系：前方層４ １０cm、触媒１ １７０cm、触媒２ １３０cm。
【００５４】
触媒系試験の実施：
４つの触媒系を、ｏ−キシレン７０g/Nm3のローディングで試験した。３５５℃の同じ塩浴温度で、以下の、第１表にまとめられたホットスポット位置が測定された。
【００５５】
【表１】
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの芳香族炭化水素及び分子酸素を含んでなるガス状流を、前記ガス状流の流れ方向に直列に配置され、その際に隣接した触媒層中の触媒の活性は互いに異なる少なくとも２つの触媒層に通すことにより気相酸化する方法であって、
触媒層及び／又は不活性層が前記ガスの流れ方向の反対側で隣接した触媒層の前方にあり、
ここで前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも大きい
ことを特徴とする、気相酸化方法。
【請求項２】
前方にある不活性リング又は触媒リングの直径×高さの積が、少なくとも１つの後続の触媒層よりも少なくとも５〜１０％小さいか、又は
前方にある不活性リング又は触媒リングの体積が、少なくとも１つの後続の触媒層よりも少なくとも５〜１０％小さいか、又は
前方にある不活性リング又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数が、少なくとも１つの後続の触媒層よりも少なくとも５〜１０％大きい、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前方にある不活性リング又は触媒リングの直径×高さの積が４５mm2以下であるか、又は
前方にある不活性リング又は触媒リングの体積が１７０mm3以下であるか、又は
前方にある不活性リング又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数が１８０mm-1以上である、
請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記体積を、前記リングの各正面でのノッチにより低下させる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの床長が、全床長の２．５〜２０％である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前方にある不活性層又は触媒層がゼロの活性又は後続の第一の触媒層の活性を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前方にある触媒層及び／又は不活性層が、不活性材料からなる領域及び触媒材料からなる領域を含み、その際に不活性材料からなる領域がガス入口の方にある、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
不活性材料領域が前方層の全長の１５〜４０％を構成する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
ｏ−キシレン及び／又はナフタレンから無水フタル酸を製造する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの芳香族炭化水素及び分子酸素を含んでなるガス状流を気相酸化する方法を実施するための、但し触媒系がガス状流の流れ方向に直列に配置される少なくとも２つの触媒層に通し、その際に隣接した触媒層中の触媒の活性が互いに異なり、但し、触媒層及び／又は不活性層が前記ガスの流れ方向の反対側で隣接した触媒層の前方にある、触媒系であって、
ここで前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも大きい、
気相酸化方法を実施するための触媒系。
【請求項１】
少なくとも１つの芳香族炭化水素及び分子酸素を含んでなるガス状流を、前記ガス状流の流れ方向に直列に配置され、その際に隣接した触媒層中の触媒の活性は互いに異なる少なくとも２つの触媒層に通すことにより気相酸化する方法であって、
触媒層及び／又は不活性層が前記ガスの流れ方向の反対側で隣接した触媒層の前方にあり、
ここで前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも大きい
ことを特徴とする、気相酸化方法。
【請求項２】
前方にある不活性リング又は触媒リングの直径×高さの積が、少なくとも１つの後続の触媒層よりも少なくとも５〜１０％小さいか、又は
前方にある不活性リング又は触媒リングの体積が、少なくとも１つの後続の触媒層よりも少なくとも５〜１０％小さいか、又は
前方にある不活性リング又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数が、少なくとも１つの後続の触媒層よりも少なくとも５〜１０％大きい、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前方にある不活性リング又は触媒リングの直径×高さの積が４５mm2以下であるか、又は
前方にある不活性リング又は触媒リングの体積が１７０mm3以下であるか、又は
前方にある不活性リング又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数が１８０mm-1以上である、
請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記体積を、前記リングの各正面でのノッチにより低下させる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの床長が、全床長の２．５〜２０％である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前方にある不活性層又は触媒層がゼロの活性又は後続の第一の触媒層の活性を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前方にある触媒層及び／又は不活性層が、不活性材料からなる領域及び触媒材料からなる領域を含み、その際に不活性材料からなる領域がガス入口の方にある、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
不活性材料領域が前方層の全長の１５〜４０％を構成する、請求項７記載の方法。
【請求項９】
ｏ−キシレン及び／又はナフタレンから無水フタル酸を製造する、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの芳香族炭化水素及び分子酸素を含んでなるガス状流を気相酸化する方法を実施するための、但し触媒系がガス状流の流れ方向に直列に配置される少なくとも２つの触媒層に通し、その際に隣接した触媒層中の触媒の活性が互いに異なり、但し、触媒層及び／又は不活性層が前記ガスの流れ方向の反対側で隣接した触媒層の前方にある、触媒系であって、
ここで前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの直径×高さの積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも小さいか、又は
前方にある不活性リング及び／又は触媒リングの体積当たりの表面積の指数は、少なくとも１つの後続の触媒層よりも大きい、
気相酸化方法を実施するための触媒系。
【公表番号】特表２０１０−５１３３８０（Ｐ２０１０−５１３３８０Ａ）
【公表日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４１９９４（Ｐ２００９−５４１９９４）
【出願日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０６３８１０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０７７７９１
【国際公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【出願人】（５０８０２０１５５）ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア (2,842)
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＳＦ ＳＥ
【住所又は居所原語表記】Ｄ−６７０５６ Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１２日（２００７．１２．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０６３８１０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０７７７９１
【国際公開日】平成２０年７月３日（２００８．７．３）
【出願人】（５０８０２０１５５）ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア (2,842)
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＳＦ ＳＥ
【住所又は居所原語表記】Ｄ−６７０５６ Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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