10.2.2 . Получение малеинового ангидрида окислением бутана

Первая промышленная установка окисления н-бутана в малеиновый ангидрид была построена "Монсанто" в 1974 г. Впоследствии фирмы "Амоко", "Эшленд", "Денка Кемикал", "Байер и Хюльс", а затем "Шеврон", "Мобил Ойл", "Петротекс", "Стандард Ойл" также освоили промышленный процесс получения малеинового ангидрида, базирующийся на окислении н-бутана. Окисление н-бутана осуществляют в газовой фазе в (трубчатом реакторе) на неподвижном слое катализатора, созданного на основе соединений ванадия, железа и фосфора, нанесенных на алюмосиликат. Соотношение количеств ванадия и фосфора варьируется в широких пределах, но оптимальным является соотношение V:Р, равное 1: (1-1,2). В качестве промоторов применяют цинк, цирконий, кобальт, титан, кремний. Эффективность катализаторов существенно возрастает при приготовлении их из неводных сред, в частности при использовании пропилового, бутилового и изобутилового спирта, тетрагидрофурана. Применение органических растворителей улучшает структурные характеристики катализаторов, в первую очередь увеличивает их удельную поверхность, что приводит к увеличению их активности.

Важным условием хорошей работы катализатора является степень окисления в нем ванадия, которая должно лежать в интервале +4,1 – +4,6. Такое состояние ванадия достигается контролируемой обработкой катализатора при высокой температуре восстанавливающим агентом, например водородом, метаном, сероводородом, сероуглеродом.

Окисление н-бутана происходит в соответствии со схемой:

Основная реакция сопровождается побочной реакцией горения сырья:

Одним из преимуществ использования в качестве сырья бутана является то обстоятельство, что число атомов углерода в бутане и малеиновом ангидриде совпадает, тогда как в случае бензола дополнительно образуются два моля СО2, хотя окисление углеводородов С4 протекает с меньшей селективностью и с образованием большего количества продуктов. Тепловой эффект реакции окисления бутана в малеиновый ангидрид ниже, чем при окислении бензола, но суммарное тепловыделение в процессе остается значительным за счет сгорания побочных продуктов реакции до СО и СО2.

Условия окисления бензола и бутана различаются мало и поэтому реконструкция установок для перехода от бензола к бутану является минимальной. Различия касаются стадии выделения малеинового альдегида и связаны в основном с существенно большей концентрацией воды в реакционной смеси в случае окисления бутана.