DE102005034004A1 - Catalyst with bimodal distribution of the particles of the catalytically active material, process for its preparation and for its regeneration and use of the catalyst - Google Patents
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Abstract
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Katalysator, der einen Träger und ein katalytisch aktives Material enthält. Die Partikel des katalytisch aktiven Materials sind dabei bimodal größenverteilt. Die Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials und die Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials liegen gleichmäßig vermischt in der katalytisch aktiven Schicht des Katalysators vor. Das katalytisch aktive Material beträgt 50 Gew.-% oder weniger, bezogen auf den Katalysator. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung oder zur Regenerierung eines erfindungsgemäßen Katalysators. Ein auf einem Träger befindliches katalytisch aktives Material wird dabei in einem ersten Schritt koaguliert. In einem weiteren Schritt wird ein weiteres katalytisch aktives Material auf den Träger aufgebracht. DOLLAR A Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung des katalytisch aktiven Materials zur Dehydrierung von fünf- oder sechsgliedrigen kohlenstoffhaltigen Molekülringen zu aromatischen Verbindungen.The subject of the present invention is a catalyst which contains a support and a catalytically active material. The particles of the catalytically active material are bimodally distributed in size. The fraction of the larger particles of the catalytically active material and the fraction of the smaller particles of the catalytically active material are uniformly mixed in the catalytically active layer of the catalyst. The catalytically active material is 50% by weight or less, based on the catalyst. DOLLAR A The invention also relates to a method for producing or regenerating a catalyst according to the invention. A catalytically active material located on a carrier is coagulated in a first step. In a further step, a further catalytically active material is applied to the carrier. DOLLAR A The invention further relates to the use of the catalytically active material for the dehydrogenation of five- or six-membered carbon-containing molecular rings to give aromatic compounds.
Description
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Katalysator, der einen Träger und ein katalytisch aktives Material enthält. Die Partikel des katalytisch aktiven Materials sind dabei bimodal größenverteilt. Die Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials und die Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials liegen gleichmäßig vermischt in der katalytisch aktiven Schicht des Katalysators vor. Das katalytisch aktive Material beträgt 50 Gew.-% oder weniger bezogen auf den Katalysator.Of the The present invention is a catalyst comprising a carrier and a catalytically active material. The particles of the catalytic active material are distributed bimodal size. The fraction of larger particles of the catalytically active material and the fraction of the smaller ones Particles of the catalytically active material are uniformly mixed in the catalytically active layer of the catalyst. The catalytic active material is 50% by weight or less based on the catalyst.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung oder zur Regenerierung eines erfindungsgemäßen Katalysators. Ein auf einem Träger befindliches katalytisch aktives Material wird dabei in einem ersten Schritt koaguliert. In einem weiteren Schritt wird ein weiteres katalytisch aktives Material auf den Träger aufgebracht.The Invention further relates to a process for the preparation or for the regeneration of a catalyst according to the invention. One on one carrier befindliches catalytically active material is doing in a first Step coagulates. In a further step, another catalytically active material applied to the carrier.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung des katalytisch aktiven Materials zur Dehydrierung von fünf- oder sechsgliedrigen kohlenstoffhaltigen Molekülringen zu aromatischen Verbindungen.The The invention further relates to the use of the catalytically active Material for the dehydration of five or six-membered carbon-containing molecular rings to aromatic compounds.
Katalysatoren mit einer bimodalen Größenverteilung des katalytisch aktiven Materials sind bekannt, so beispielsweise Sayari at al. (Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 58 (4) (1992) 285 to 298). Sayari et al. weisen aber daraufhin, dass eine bimodale Größenverteilung mit einer Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials, die homogen über den Träger verteilt ist, und einer Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials, die nur an der äußeren Ober fläche des Trägermaterials angeordnet sind, systematisch in den Katalysatoren auftritt.catalysts with a bimodal size distribution the catalytically active material are known, such as Sayari at al. (Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 58 (4) (1992) 285 to 298). Sayari et al. but point out that a bimodal size distribution with a fraction of the smaller particles of the catalytically active Materials that are homogeneous over the carrier is distributed, and a fraction of the larger particles of the catalytic active material, the only on the outer surface of the support material are arranged systematically occurs in the catalysts.
Tsang et al. (Fullerenes and Fullerene Nanostructure, Proceedings of the International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials, 10th, Kirchberg, Austria, March 2 to 9 1996, page 250 to 254, Editor: Kuzmany, H.) zeigt einen Kohlenstoffnanotubekatalysator mit Palladium als katalytisch aktivem Material. Die aussen auf den Nanotubes angeordneten Palladiumpartikel weisen einen Durchmesser von 20 bis 28 nm auf. Die an der Innenseite der Nanotubes angeordneten kleineren Palladiumpartikel weisen dagegen einen mittleren Durchmesser von ungefähr 2,6 nm auf. Es liegt also keine gleichmäßige Verteilung der bimodal verteilten Palladiumpartikel auf dem Träger vor. Tsang et al. führen die gute katalytische Aktivität dabei gerade auf die kleineren Palladiumpartikel, die an der Innenseite der Nanotubes angeordnet sind, zurück.Tsang et al. (Fullerenes and Fullerene Nanostructure, Proceedings of the International Winter School on Electronic Properties of Novel Materials, 10th, Kirchberg, Austria, March 2 to 9 1996, page 250 to 254, Editor: Kuzmany, H.) shows a carbon nanotube catalyst with palladium as catalytically active material. The outside arranged on the nanotubes Palladium particles have a diameter of 20 to 28 nm. The smaller palladium particles arranged on the inside of the nanotube on the other hand have a mean diameter of about 2.6 nm on. So there is no even distribution the bimodal distributed palladium particles on the support. Tsang et al. to lead the good catalytic activity just on the smaller palladium particles on the inside the nanotubes are arranged back.
Es ist weiterhin bekannt, dass ein deaktivierter Katalysator regeneriert werden kann. Man ist dabei im Allgemeinen bemüht, ein Koagulieren des katalytisch aktiven Materials beispielsweise durch ein Glühen des Trägers zu verhindern, da die koagulierten Partikel des katalytisch aktiven Materials grundsätzlich eine schlechtere katalytische Wirksamkeit zeigen.It It is also known that regenerates a deactivated catalyst can be. It is generally endeavored to coagulate the catalytic active material, for example, by annealing the carrier to prevent, as the coagulated particles of the catalytically active material in principle a worse show catalytic activity.
Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Katalysator bereitzustellen mit einer hohen Standzeit, mit einer hohen katalytischen Aktivität und mit einer hohen erwünschten Selektivität. Der Träger des Katalysators sollte weiterhin einen geringen Abrieb aufweisen.It It was an object of the present invention to provide a catalyst with a long service life, with a high catalytic activity and with a high desired Selectivity. The carrier of the catalyst should continue to have low abrasion.
Es war weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Regenerierung eines Katalysators bereitzustellen. Insbesondere sollten aufwendig zu produzierende Träger wieder regeneriert werden. Das Verfahren sollte möglichst kostengünstig sein durch wenige Verfahrensschritte und durch die Entbehrlichkeit von chemischen Stoffen, wie Lösungsmitteln. Weiterhin sollte eine mehrmalige Regenerierung des Trägermaterials möglich sein.It was a further object of the present invention to provide a process for the regeneration of a catalyst. In particular, consuming carrier to be produced should be regenerated again. The process should be as cost-effective as possible by a few process steps and the dispensability of chemical substances such as solvents. Furthermore, a repeated regeneration of the carrier be possible.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst durch Bereitstellung des eingangs beschriebenen Katalysators und eines Verfahrens zu der Herstellung oder zu der Regenerierung des erfindungsgemäßen Katalysators.These Problem was solved by the invention Provision of the catalyst described above and a Process for the preparation or the regeneration of the catalyst according to the invention.
Das katalytisch aktive Material kann ein Stoff der Gruppen 7 bis 11 des Periodensystems sein. Es gilt das Periodensystem nach IUPAC zum Zeitpunkt vonm 4. Februar 2005. Damit sind insbesondere die Elemente Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au gemeint gemeint. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das katalytisch aktive Material Palladium.The catalytically active material can be a substance of groups 7 to 11 of the periodic table. The periodic table according to IUPAC applies at the time of 4 February 2005. In particular, the Elements Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au meant meant. In a particularly preferred embodiment is the catalytically active material palladium.
Das
katalytisch aktive Material kann in sämtlichen Formen auf den Träger aufgebracht
werden. Das Aufbringen ist in metallischer beziehungsweise in elementarer
Form bei spielsweise durch ein Aufdampfen möglich. Das katalytisch aktive
Material kann aber auch in einer kovalent gebundener Form aufgebracht
werden. Es ist auch ein Aufbringen in einer elektrostatisch gebundenen
Form möglich.
Ein Beispiel ist das Aufbringen in Form eines Salzes oder in Form
eines Komplexes des katalytisch aktiven Materials. Das weitere katalytisch
aktive Material kann beispielsweise mit dem in
Ein Oxidträger wird bevorzugt mit einer wässrigen salpetersauren Pd(NO3)2-Lösung getränkt. Der Pd-Gehalt einer Pd(NO3)2-Lösung beträgt dabei im Allgemeinen 5 Gew.-% bis 20 Gew.-%, bevorzugt 10 Gew.-% bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 11 Gew.-% bis 13 Gew.-% bezogen auf die Lösung.An oxide support is preferably impregnated with an aqueous nitric acid Pd (NO 3 ) 2 solution. The Pd content of a Pd (NO 3 ) 2 solution is generally 5% by weight to 20% by weight, preferably 10% by weight to 15% by weight, particularly preferably 11% by weight 13 wt .-% based on the solution.
Jeder Tränkschritt mit einer Pd(NO3)2-Lösung erhöht in einer weiteren Ausführungsform den Pd-Gehalt des Träger um 1 Gew.-% oder weniger, bevorzugt von 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% bezogen auf den Träger.In a further embodiment, each impregnation step with a Pd (NO 3 ) 2 solution increases the Pd content of the support by 1% by weight or less, preferably from 0.1% by weight to 0.5% by weight on the carrier.
Die Tränkung kann auch mit anderen, dem Fachmann bekannten Pd-Salzen bzw. – Komplexen erfolgen, wie Nitrosylnitrate, Halogenide, Carbonate, Carboxylate, Acetylacetonate, Chlorokomplexe, Nitritkomplexe oder Aminkomplexe.The impregnation can also be used with other Pd salts or complexes known to those skilled in the art such as nitrosyl nitrates, halides, carbonates, carboxylates, Acetylacetonates, chloro complexes, nitrite complexes or amine complexes.
Das katalytisch aktive Material liegt im Allgmeinen in der aktiven Form auf dem Träger vor. Diese aktive Form ist abhängig von dem jeweils gewählten katalytisch aktiven Material.The Catalytically active material is generally in the active form on the carrier in front. This active form is dependent from the one chosen catalytically active material.
Das katalytisch aktive Material ist im Allgemeinen in der reduzierten Form aktiv. Das katalytisch aktive Material muss folglich im Falle von kovalent oder elektrostatisch gebundenen Formen des katalytisch aktiven Materials in der Regel reduziert werden.The Catalytically active material is generally in the reduced state Form active. The catalytically active material must therefore in the case of covalently or electrostatically bonded forms of the catalytic active material is usually reduced.
Diese Reduzierung kann beispielsweise durch Hitzebehandlung unter reinem Hz, beispielsweise bei Pd(NO3)2 bei 230°C bis 300°C, bevorzugt bei 240°C bis 260°C für 2 bis 3 h, vorzugsweise für 1 h bis 3 h erfolgen. Die Reduzierung ist aber auch durch CO, Hydrazin und alle anderen dem Fachmann bekannten Reduktionsverfahren möglich.This reduction can be carried out for example by heat treatment under pure Hz, for example in Pd (NO 3 ) 2 at 230 ° C to 300 ° C, preferably at 240 ° C to 260 ° C for 2 to 3 h, preferably for 1 h to 3 h , The reduction is also possible by CO, hydrazine and all other reduction methods known in the art.
Es kann nur ein katalytisch aktives Material, beispielsweise Pd auf den Träger aufgebracht werden. Es können aber auch mehrere katalytisch aktive Elemente, beispielsweise zwei, drei oder vier verschiedene Elemente in kovalent oder in elektrostatisch gebundener oder in elementarer Form auf den Träger aufgebracht werden.It can only a catalytically active material, such as Pd on the carrier be applied. It can but also several catalytically active elements, for example two, three or four different elements in covalent or in electrostatic bonded or in elemental form are applied to the carrier.
Das katalytisch aktive Material liegt im Allgemeinen in solchen Mengen vor, dass eine katalytische Aktivität gewährleistet wird. Dies ist abhängig vom jeweiligen katalytisch aktiven Material beispielsweise bei Pd in der Regel bei einem Gehalt des katalytisch aktiven Materials von 0,1 Gew.-% oder mehr bevorzugt bei 0,3 Gew.-% und besonders bevorzugt bei 0,5 Gew.-% oder mehr bezogen auf den Katalysator der Fall.The Catalytically active material is generally present in such amounts that a catalytic activity is ensured. This depends on respective catalytically active material, for example in Pd in usually at a content of the catalytically active material of 0.1 wt% or more preferably at 0.3 wt%, and more preferably at 0.5 wt .-% or more based on the catalyst of the case.
Das katalytisch aktive Material beträgt 50 Gew.-% oder weniger, bevorzugt 10 Gew.-% oder weniger und besonders bevorzugt 5 Gew.-% oder weniger und insbesondere 1 Gew.-% oder weniger bezogen auf den Katalysator.The catalytically active material is 50% by weight or less, preferably 10% by weight or less, and especially preferably 5% by weight or less, and more preferably 1% by weight or less based on the catalyst.
Als Träger sind grundsätzlich alle bezüglich der zu katalysierenden Reaktion inerten Stoffe möglich. Ein erfindungsgemäßer Träger ist im Allgemeinen ein Feststoff, der bis zur Sintertemperatur des katalytisch aktiven Materials hitzestabil ist.When carrier are basically all concerning the inert gas to be catalyzed reaction possible. An inventive carrier is generally a solid which is up to the sintering temperature of the catalytically active Material is heat stable.
Ein erfindungsgemäßer Träger kann ausgewählt sein aus der Gruppe Metalloxide, Nitrite, Carbide, Silikate, Alumosilikate, Spinelle oder Kohlenstoffe. Ein erfindungsgemäßer Träger kann aber auch aus mehr als nur einem Material bestehen. Die Metalloxide werden dabei bevorzugt als ein erfindungsgemäßer Träger eingesetzt. Die bevorzugten Träger sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung α-Al2O3 oder ZrO2.A support according to the invention may be selected from the group metal oxides, nitrites, carbides, silicates, aluminosilicates, spinels or carbons. However, a carrier according to the invention can also consist of more than one material. The metal oxides are preferably used as a carrier according to the invention. The preferred carriers in the context of the present invention are α-Al 2 O 3 or ZrO 2 .
Ein
erfindungsgemäßer α-Al2O3-Träger wird
bevorzugt gemäß
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Katalysator als Schalenkatalysator ausgeformt. Unter Schalenkatalysator ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Katalysator zu verstehen, bei dem das katalytisch aktive Material nur in der äußeren Schicht vorkommt. Unter dieser äusseren Schicht versteht man die äusseren 600 μm oder weniger, bevorzugt die äusseren 400 μmm oder weniger und insbesondere die äusseren 200 μm des Trägers.In a particularly preferred embodiment According to the invention, the catalyst is shaped as a shell catalyst. Under coated catalyst is in connection with the present Invention to understand a catalyst in which the catalytic active material only in the outer layer occurs. Under this outer Layer is the outer one 600 μm or less, preferably the outer ones 400 μmm or less and in particular the outer 200 μm of the carrier.
Eine bimodale Größenverteilung der Partikel des katalytisch aktiven Materials liegt vor, wenn die mittleren Durchmesser der Partikel des katalytisch aktiven Materials derart verteilt sind, dass sie zwei Maximas ausbilden.A bimodal size distribution the particle of the catalytically active material is present when the average diameter of the particles of the catalytically active material are distributed so that they form two Maximas.
Die Messung dieser Maximas erfolgt im Falle von Edelmetallen der Gruppe 10 als katalytisch aktivem Material, wie beispielsweise Pd, bevorzugt durch eine CO-Chemisorption nach DIN 66136-3. Ein durch die CO-Chemisorption erhaltenes Spektrum führt nach J.R. Anderson (Structure of Metallic Katalysts, London 1975, p. 358-364) zur Dispersität. Die mittleren Durchmesser der Partikel des katalytisch aktiven Materials können aus der Dispersität ebenfalls nach J.R. Anderson errechnet werden.The Measurement of this maximas occurs in the case of precious metals of the group 10 is preferred as the catalytically active material, such as Pd by CO chemisorption according to DIN 66136-3. A spectrum obtained by CO chemisorption leads to J.R. Anderson (Structure of Metallic Catalysts, London 1975, p. 358-364) for dispersity. The middle one Diameter of the particles of the catalytically active material can be out the dispersity also according to J.R. Anderson be calculated.
Die Dispersität beschreibt den prozentualen Anteil der Atome, die sich an der Oberfläche der Partikel des katalytisch aktiven Materials befinden, bezogen auf die gesamte Anzahl der Atome des katalytisch aktiven Materials, die sich auf dem Träger eines erfindungsgemäßen Katalysators befinden.The dispersity describes the percentage of atoms that attach to the surface of the Particles of the catalytically active material are based on the total number of atoms of the catalytically active material, who are on the carrier a catalyst according to the invention are located.
Die DIN 66136-3 ist bestimmungsgemäß für die Chemisorption hinsichtlich der Metalle Platin und Kupfer anwendbar. Die DIN 66136-3 wird im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung entsprechend auf Pd angewendet. Die Chemisorption erfolgt bevorzugt mit einem einzelnen Anaylsegas. Dieses Analysegas ist vorzugsweise CO. Es handelt sich dann um die sog. CO-Chemisorption. Helium kann dabei vorzugsweise als Trägergas für das CO verwendet. Ein Vergleich des Wärmeleitfähigkeitsdetektor-Signals einer Injektion (Schleife) mit dem Signal einer manuell durchgeführten Injektion dient als Calibrierung (Gasspritze). Die gravimetrische Kontrolle kann durch Füllen der Schleife mit Wasser erfolgen. Dies ist in Punkt 3.4.1 der DIN 66136-3 beschrieben. Es ist empfehlenswert, den Katalysator vor der CO-Chemisorptionsmessung bei 200°C für 30 min unter Hz zu reduzieren. Die Rampe beträgt dabei vorzugsweise 5°C/min. Das H2 kann dann vorzugsweise mit Helium weggespült werden. Die Auswertung der Messergebnisse der oben beschriebenen CO-Chemisorption nach Anderson gründet auf der Annahme, dass es sich bei den Partikeln des katalytisch aktiven Materials um sphärische Partikel handelt. Sphärisch bedeutet kugelig.The standard DIN 66136-3 is applicable for chemisorption with regard to the metals platinum and copper. DIN 66136-3 is applied to Pd in the context of the present invention. The chemisorption is preferably carried out with a single Anaylsegas. This analysis gas is preferably CO. This is the so-called CO chemisorption. Helium can be used preferably as a carrier gas for the CO. A comparison of the thermal conductivity detector signal of an injection (loop) with the signal of a manually performed injection serves as a calibration (gas syringe). The gravimetric control can be done by filling the loop with water. This is described in point 3.4.1 of DIN 66136-3. It is recommended to reduce the catalyst before CO chemisorption measurement at 200 ° C for 30 min below Hz. The ramp is preferably 5 ° C / min. The H 2 can then preferably be washed away with helium. The evaluation of the measurement results of the Anderson CO chemisorption described above is based on the assumption that the particles of the catalytically active material are spherical particles. Spherical means spherical.
Die Dispersität und der mittlere Durchmesser der Partikel der Fraktion der kleineren Partikel des kataytisch aktiven Materials eines erfindungsgemäßen Katalysators lassen sich beispielsweise insbesondere im Falle von Pd als katalytisch aktivem Material wie folgt ermitteln. Das katalytisch aktive Material wird erstmals auf den Träger beispielsweise in der in Vergleichsbeispiel 1 beschriebenen Art und Weise aufgebracht. Daran schließt sich eine CO-Chemisorptionsmessung. Diese CO-Chemisorptionsmessung ergibt den mittleren Durchmesser und die Dispersität der Partikel der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials. Ein solcher Wert ist beispielsweise in Tabelle 2 zum erfindungsgemäßen Beispiel 1 an den Katalalysatoren α2 bis α8 zu sehen. Der Anteil des nachgetränkten katalytisch aktiven Materials, der auf den Partikeln der Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials bei dem Aufbringen eines weiteren katalytisch aktiven Materials fällt, wurde bei der Berechnung des mittleren Durchmessers und der Dispersion vernachlässtigt, da diese Fläche in der Regel nur 10 % der Fläche der Partikel der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials ausmacht. Dies ist an Tabelle 2, Spalte Dispersität, Unterspalte Pd-Metalloberfläche zu sehen.The dispersity and the mean diameter of the particles of the smaller fraction Particles of the catalytically active material of a catalyst according to the invention can be, for example, especially in the case of Pd as catalytic determine active material as follows. The catalytically active material is the first time on the carrier for example, in the manner described in Comparative Example 1 and manner applied. This is followed by a CO chemisorption measurement. This CO chemisorption measurement gives the mean diameter and the dispersity the particle of the fraction of the smaller particles of the catalytic active material. Such a value is for example in table 2 for the inventive example 1 to the catalysis analyzers α2 to α8 too see. The proportion of the imbibed catalytically active material on the particles of the fraction the larger particles of the catalytically active material in the application of another catalytically active material falls, was used in the calculation of the mean diameter and the dispersion vernachlässtigt, there this area usually only 10% of the area the particle of the fraction of the smaller particles of the catalytic active material. This is at Table 2, column Dispersity, subcolumns Pd metal surface to see.
Die Dispersität und der mittlere Durchmesser der Partikel der Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials lässt sich beispielsweise insbesondere im Falle von Pd als katalytisch aktivem Material wie folgt ermitteln. Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren der Kalzinierung führt zur Koagulation der Partikel des kataly tisch aktiven Materials. Eine anschließende CO-Chemisorptionsmessung nach dem oben beschriebenen Verfahren ergibt dann die Dispersität und den durchschnittlichen Durchmesser der Partikel der Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials. Ein solcher Wert ist beispielsweise in der ersten Zeile von Tabelle 2 zum Beispiel 1 beim Katalysator V5 zu sehen.The dispersity and the mean diameter of the particles of the fraction of the larger particles of the catalytically active material can be determined, for example, in particular in the case of Pd as the catalytically active material as follows. The method of calcination described in Example 1 results in the coagulation of the particles of the catalytically active material. A subsequent CO chemisorption measurement according to the method described above then gives the dispersity and the average diameter of the particles of the fraction of the larger particles of the catalytically active material. Such a value can be seen, for example, in the first row of Table 2, for example, 1 in the catalyst V5.
Diese beiden durch die oben beschriebenen CO-Chemisorption ermittelten Maximas können beispielsweise durch eine Transmissionselektronenmikroskopaufnahme bestätigt werden. Es wird dabei im Allgemeinen eine TEM-Hellfeld-Abbildung in Durchsicht gemacht. Als Messgerät für eine TEM mit Feldemissionsquelle eignet sich beispielsweise ein FEI-Tecnai F20 des Herstellers FEI, Holland.These both determined by the CO chemisorption described above Maximas can for example, by a transmission electron micrograph approved become. It is generally a TEM bright field image made in review. As measuring device for a TEM with field emission source For example, a FEI-Tecnai F20 from the manufacturer FEI is suitable, Holland.
Die Fixierung des Katalysators kann dabei durch eine Einbettung in Kunstharz erfolgen. Die Ultradünnschnitte (auf Wasser abflottiert) können mit einem Microtom Leica-Ultracut des Herstellers Leica gemacht werden.The Fixation of the catalyst can be achieved by embedding in synthetic resin respectively. The ultrathin cuts (floated on water) with a Microtom Leica Ultracut made by the manufacturer Leica.
Die Verifizierung des katalytisch aktiven Materials kann durch eine EDXS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy) erfolgen. Die EDXS ist insbesondere bei einer Kernladungszahl größer 7 geeignet. HAADF-STEM-Aufnahmen (High Angle Annular Dark Field-Scanning TEM) können komplementär zu den TEM-Aufnahmen zur besseren Lokalisierung der Partikel des katalytisch aktiven Materials vorgenommen werden.The Verification of the catalytically active material can by a EDXS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy). The EDXS is especially suitable for an atomic number greater than 7. HAADF-STEM photographs (High Angle Annular Dark Field Scanning TEM) can be complementary to the TEM recordings for better localization of the particles of the catalytically active Materials are made.
Die Transmissionselektronenmikroskopaufnahmen zeigen erfindungsgemäß zwei verschiedene Fraktionen der Partikel des katalytisch aktiven Materials.The Transmission electron micrographs according to the invention show two different Fractions of the particles of the catalytically active material.
Das Maximum der Fraktion der größeren Partikel sowie deren Dispersität sind deutlich von dem Maximum der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials sowie deren Dispersität unterscheidbar.The Maximum of the fraction of larger particles and their dispersity are clearly from the maximum of the fraction of smaller particles the catalytically active material and their dispersibility distinguishable.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Maximum der Partikel der kleineren Fraktion des katalytisch aktiven Materials von 1 nm bis 10 nm, besonders bevorzugt von 3 nm bis 7 nm. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt das Maximum der größeren Fraktion der Partikel des katalytisch aktiven Materials von 50 nm bis 100 nm, bevorzugt von 60 nm bis 80 nm.In a preferred embodiment is the maximum of the particles of the smaller fraction of the catalytic active material from 1 nm to 10 nm, more preferably from 3 nm to 7 nm. In a further embodiment of the invention, the maximum is the larger fraction the particle of the catalytically active material from 50 nm to 100 nm, preferably from 60 nm to 80 nm.
Die Dispersität der Partikel der kleineren Fraktion des katalytisch aktiven Materials beträgt in einer besonderen Ausführungsform 10 % oder mehr, bevorzugt 15 % oder mehr und besonders bevorzugt 20 % oder mehr und insbesondere 25 % oder mehr. Die Dispersität der Partikel der größeren Fraktion des katalytisch aktiven Materials beträgt im Allgemeinen 10 % oder weniger, bevorzugt 5 % oder weniger und besonders bevorzugt 2 % oder weniger.The dispersity the particle of the smaller fraction of the catalytically active material is in a particular embodiment 10% or more, preferably 15% or more, and more preferably 20% or more and especially 25% or more. The dispersity of the particles the larger fraction of the catalytically active material is generally 10% or less, preferably 5% or less, and more preferably 2% Or less.
Die Messung dieser Maximas erfolgt dabei durch CO-Chemisorption nach DIN 66136-3. Diese wird im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung auch entsprechend auf Pd angewendet. Die CO-Chemisorption erfolgt mit einem einzelnen Analysegas, dem CO. Es handelt sich dann um die sog. CO-Chemisorption. Helium wird als Trägergas für das CO verwendet. Ein Vergleich des Wärmeleitfähigkeitsdetektor-Signals einer Injektion (Schleife) mit dem Signal einer manuell durchgeführten Injektion dient als Calibrierung (Gasspritze). Die gravimetrische Kontrolle erfolgt durch Füllen der Schleife mit Wasser. Dies ist in Punkt 3.4.1 der DIN 66136-3 beschrieben. Der Katalysator wird vor der CO-Chemisorptionsmessung bei 200°C für 30 min unter H2 reduziert. Die Rampe beträgt dabei 5°C/min.The measurement of this Maximas takes place by CO chemisorption according to DIN 66136-3. This is also applied to Pd in the context of the present invention. The CO chemisorption is carried out with a single analysis gas, the CO. This is the so-called CO chemisorption. Helium is used as a carrier gas for the CO. A comparison of the thermal conductivity detector signal of an injection (loop) with the signal of a manually performed injection serves as a calibration (gas syringe). The gravimetric control is done by filling the loop with water. This is described in point 3.4.1 of DIN 66136-3. The catalyst is reduced before the CO Chemisorptionsmessung at 200 ° C for 30 min under H 2 . The ramp is 5 ° C / min.
Die
Berechnung der Dispersität
aus dem Chemisorptionsspektrum erfolgte nach Anderson mit folgenden
Parametern:
DPd = N/Gesamtzahl der
Pd-Atome in den Pd-PartikelnThe calculation of the dispersity from the chemisorption spectrum was carried out according to Anderson with the following parameters:
D Pd = N / total number of Pd atoms in the Pd particles
N ist die Anzahl der Pd-Atome an der Oberfläche eines Pd-Partikels. N wird ermittelt durch die in der CO-Chemisorption gemessene CO-Absorptionsmenge pro g Katalysator.N is the number of Pd atoms on the surface of a Pd particle. N becomes determined by the CO absorption amount measured in CO chemisorption per g of catalyst.
Die
Berechnung der mittleren Durchmesser der Partikel des katalytisch
aktiven Materials erfolgte nach Anderson mit folgender Formel:
- VPd
- effektives Volumen eines Pd-Atoms in einem Pd-Partikel
- aPd
- effektive Fläche eines Pd-Atoms, welches sich an der Oberfläche eines Pd-Partikels befindet
- DPd
- Dispersität bezogen auf die letzte Tränkung mit Pd, siehe Tabelle 2 zum Beispiel 1.
- dPd
- Durchmesser
- V Pd
- effective volume of a Pd atom in a Pd particle
- a pd
- effective area of a Pd atom located on the surface of a Pd particle
- D Pd
- Dispersity based on the last impregnation with Pd, see Table 2 for example 1.
- d Pd
- diameter
aPd wurde nach Anderson S. 296 angenommen
als 1,27·1019 Atome pro m2.
vPd berechnet sich nach der Formel:
In einer besonderen Ausführungsform beträgt der mittlere Durchmesser der Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials das zehnfache oder mehr des mittleren Durchmessers der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials.In a particular embodiment is the mean diameter of the fraction of the larger particles of the catalytic active material ten times or more of the mean diameter the fraction of the smaller particles of the catalytically active material.
Die Messung dieses Durchmessers der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials erfolgt dabei nach derselben CO-Chemisorption und nach derselben Auswertung, nach der die Messung der Maximas erfolgte.The Measurement of this diameter of the fraction of the smaller particles the catalytically active material is carried out after the same CO chemisorption and according to the same evaluation, according to the measurement of Maximas took place.
In einer weiteren Ausführungsform liegen die Fraktion der größeren Partikel und die Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials monodispers vor. Unter monodispers versteht man im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine niedrige Abweichung vom Mittelwert der Durchmesser innerhalb einer Fraktion der Partikel des katalytisch aktiven Materials. Eine niedrige Abweichung liegt im Allgemeinen vor, wenn der durch CO-Chemisorption gemessene mittlere Durchmesser der Partikel des katalytisch aktiven Materials um 20 % oder weniger, bevorzugt um 15 % oder weniger und besonders bevorzugt um 10 % oder weniger und insbesondere um 5 % oder weniger überschritten oder um 20 % oder weniger, bevorzugt um 15 % oder weniger und besonders bevorzugt um 10 % oder weniger und insbesondere um 5 % oder weniger unterschritten wird.In a further embodiment are the fraction of larger particles and the fraction of the smaller particles of the catalytically active Materials monodisperse in front. Monodisperse is understood in context with the present invention a low deviation from the mean the diameter within a fraction of the particles of the catalytic active material. A low deviation is generally when the measured by CO Chemisorption mean diameter of Particles of the catalytically active material by 20% or less, preferably by 15% or less, and more preferably by 10% or less and in particular by 5% or less, or by 20% or less, preferably 15% or less, and more preferably by 10% or less and in particular by 5% or less becomes.
Diese
Unterschreitung oder diese Überschreitung
können
beispielsweise auch durch die oben beschriebene Transmissionselektronenmikroskopie
festgestellt werden. Eine erfindungsgemäße monodisperse Verteilung
des Durchmessers der Partikel der Fraktion der größeren Partikel
des katalytisch aktiven Materials und der Fraktion der kleineren
Partikel des katalytisch aktiven Materials ist beispielsweise in
Beispiel 1,
In einer weiteren Ausführungsform liegen die Partikel des katalytisch aktiven Materials sphäroidisch mit einem Verhältnis des kleinsten zum größten Durchmessers eines Partikels von 0,5 bis 1, bevorzugt von 0,7 bis 1 und besonders bevorzugt von 0,9 bis 1 vor.In a further embodiment the particles of the catalytically active material are spheroidal a relationship from the smallest to the largest diameter a particle of 0.5 to 1, preferably 0.7 to 1 and especially preferably from 0.9 to 1 before.
Unter einer gleichmäßigen Vermischung der Fraktionen der kleineren Partikel und der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials versteht man im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass die Partikel keine größenabhängige bevorzugte Anordnung aufweisen. Die Partikelgröße des katalytisch aktiven Materials bestimmt also in der Regel nicht die Anordnung auf dem Träger. Es sind also im Allgemeinen keine Flächen auf der Oberfläche des Trägers zu beobachten, auf denen nur Partikel der Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials vorkommen. Es sind im Allgemeinen auch keine Flächen auf der Oberfläche des Trägers zu beobachten, auf denen nur Partikel der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials vorkommen. Eine natürliche Grenze bildet selbstverständlich die Oberflächenstruktur des Katalysators. Die Verteilung ist folglich im Allgemeinen gleichmäßig unter Beachtung der physikalischen Grenzen, die durch die Oberflächenstruktur des Trägers vorgegeben sind.Under a uniform mixing the fractions of the smaller particles and the larger particles of the catalytic active material is understood in the context of the present Invention that the particles no size-dependent preferred arrangement exhibit. The particle size of the catalytic active material therefore usually does not determine the arrangement on the carrier. So there are generally no surfaces on the surface of the carrier to observe, on which only particles of the fraction of the larger particles of the catalytically active material occur. They are in general also no surfaces on the surface of the carrier to observe, on which only particles of the fraction of the smaller ones Particles of the catalytically active material occur. A natural border forms of course the surface structure of the catalyst. The distribution is therefore generally uniformly below Attention to the physical limits created by the surface structure of the carrier are predetermined.
In einer bevorzugten Ausführungsform lässt die physikalische Struktur des Trägers eine gleichmäßige Verteilung der Partikel der Fraktion der größeren Partikel und der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials in der katalytisch aktiven Schicht des Katalysators zu. Dies kann beispielsweise für Zeolithe oder für Nanotubes unter Umständen nicht gegeben sein.In a preferred embodiment lets the physical structure of the carrier a uniform distribution the particle of the fraction of the larger particles and the fraction of the smaller particles of the catalytically active Material in the catalytically active layer of the catalyst too. This can be for example Zeolites or for Nanotubes under circumstances not be given.
Eine
gleichmäßige Vermischung
der Fraktion der kleineren Partikel und der Fraktion der größeren Partikel
des katalytisch aktiven Materials ist beispielsweise dann gegeben,
wenn man mit der eingangs beschriebenen Transmissionselektronenmikroskopie
eine Verteilung der Partikel des katalytisch aktiven Materials wie in
der
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators. Dabei wird in einem ersten Schritt ein auf einem Träger befindliches katalytisch aktives Material auf dem Träger koaguliert. In einem zweiten Schritt wird ein katalytisch aktives Material auf diesen Träger mit dem koagulierten katalytisch aktiven Material aufgebracht.One Another object of the present invention is a method for the preparation of a catalyst according to the invention. It will in a first step, a supported on a carrier catalytically active Material on the support coagulated. In a second step, a catalytically active Material on this carrier applied with the coagulated catalytically active material.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Koagulation durch Sintern des auf einem Träger befindlichen katalytisch aktiven Materials. Unter Sintern versteht man eine thermische Behandlung bei 50 % oder mehr, bevorzugt bei 60 % oder mehr bezogen auf die absolute Schmelztemperatur.In a particularly preferred embodiment In the present invention coagulation is by sintering on a support located catalytically active material. Under sintering understands a thermal treatment at 50% or more, preferably at 60% or more based on the absolute melting temperature.
Die Koagulation der Partikel des katalytisch aktiven Materials kann aber auch bei höheren Temperaturen erfolgen.The Coagulation of the particles of the catalytically active material can but also at higher Temperatures occur.
Ein Koagulieren der Partikel des katalytisch aktiven Materials durch Sintern des katalytisch aktiven Materials erfolgt in der Regel so lange bis die Partikel des katalytisch aktiven Materials koaguliert sind. Die Dauer des Sinterns ist dabei im Allgemeinen abhängig von der Art des katalytisch aktiven Materials. Beispielsweise können die Partikel bei Palladium als katalytisch aktivem Material auch bei Temperaturen von 900°C oder mehr auf einem Träger beispielsweise für 2 h durch Kalzinieren koaguliert werden. Es kann aber auch abhängig vom katalytisch aktiven Material auch kürzer oder länger gesintert werden.One Coagulating the particles of the catalytically active material Sintering of the catalytically active material usually takes place in this way long until the particles of the catalytically active material coagulate are. The duration of sintering is generally dependent on the nature of the catalytically active material. For example, the Particles in palladium as catalytically active material also at Temperatures of 900 ° C or more on a carrier for example Be coagulated by calcining for 2 hours. It can also be dependent on catalytically active material are also sintered for shorter or longer.
Als
Träger
wird vorzugsweise ein nach
Unter
CIM-Träger
ist im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung oxidischer Träger zu verstehen, welcher
durch Sinterung eines Oxidpulvers unter Zuhilfenahme eines Polymerbildners
hergestellt wird. Einzelheiten der Herstellung lehrt entweder
Für die Herstellung eines solchen α-Al2O3-CIM-Trägers wird beispielsweise α-Al2O3-Pulver mit einer Partikelgröße von 0,2 μm bis 4 μm, bevorzugt von 0,5 μm bis 1,0 μm mit einem Polymerbildner geknetet, aufgeschmolzen und über einen Schwerwalzenextruder zu einem Granulat mit der Größe von 1 mm bis 10 mm, bevorzugt von 3 mm bis 6 mm verarbeitet. In einem weiteren Produktionsschritt wird der Grünling vorzugsweise durch Pyrolyse vom polymeren Binder befreit und anschließend kalziniert. Ein so entstandener CIM-Träger zeichnet sich durch eine besonders enge Porenradienverteilung aus.For the preparation of such an α-Al 2 O 3 -CIM carrier, for example, α-Al 2 O 3 powder having a particle size of 0.2 .mu.m to 4 .mu.m, preferably from 0.5 .mu.m to 1.0 .mu.m with a Polymer former kneaded, melted and processed via a Schwerwalzene extruder to a granulate with the size of 1 mm to 10 mm, preferably from 3 mm to 6 mm. In a further production step, the green compact is preferably freed from the polymeric binder by pyrolysis and then calcined. A resulting CIM carrier is characterized by a particularly narrow pore radius distribution.
Der fertig gestellte Träger kann dann insbesondere mit einer Palladiumsalzlösung, besonders bevorzugt mit Pd(NO3)2, getränkt werden. Der Pd-Gehalt der Pd(NO3)2 kann in weiten Bereichen variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Palladiumgehalt der Palladiumnitratlösung 0,05 Gew.-% bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,12 Gew.-% bis 0,14 Gew.-% bezogen auf den erfindungsgemäßen Katalysator.The finished carrier can then be impregnated in particular with a palladium salt solution, particularly preferably with Pd (NO 3 ) 2 . The Pd content of Pd (NO 3 ) 2 can vary within wide limits. In a preferred embodiment, the palladium content of the palladium nitrate solution is 0.05% by weight to 2% by weight, more preferably 0.12% by weight to 0.14% by weight, based on the catalyst according to the invention.
Der so getränkte Katalysator kann anschließend getrocknet werden. Die Trocknung kann mit einer Vielzahl von geeigneten Trocknungsverfahren erfolgen. Die Trocknung erfolgt dabei vorzugsweise schonend für den Träger. Dies ist beispielsweise bei einem Trocknen unter leichter Erwärmung in einem schwachen Luftstrom unter ständigem Drehen der Fall. Die Restfeuchtigkeit des Trägers beträgt im Allgemeinen 1 Gew.-% oder weniger bezogen auf den Träger α.Of the Soaked Catalyst can subsequently be dried. Drying can be done with a variety of suitable Drying done. The drying is preferably carried out gentle on the carrier. This is, for example, during drying with slight heating in a weak stream of air with constant turning the case. The Residual moisture of the carrier is generally 1% by weight or less based on the carrier α.
Ein Sintern des katalytisch aktiven Materials auf dem Träger kann zu Spannungen und Rissen im Träger führen. Diese Spannungen und Risse können beispielsweise durch ein Tempern im Anschluss an das Trocknen beseitigt werden. Ein Tempern kann auch der Zersetzung der Nitrate zu den entsprechenden Oxiden dienen. Tempern bedeutet das Erhitzen des Katalysators über einen längeren Zeitraum hinweg. Das Temperaturprofil beim Tempern ist dabei bevorzugt in Abhängigkeit vom Material des Trägers und vom katalytisch aktiven Material eines erfindungsgemäßen Katalysators zu bestimmen.One Sintering of the catalytically active material on the support can to tensions and cracks in the carrier to lead. These tensions and cracks can eliminated, for example, by annealing following drying become. Annealing may also be the decomposition of nitrates to the serve corresponding oxides. Annealing means heating the Catalyst over a longer one Period. The temperature profile during annealing is preferred dependent on from the material of the carrier and the catalytically active material of a catalyst according to the invention to determine.
Ein
nach
Ein weiteres katalytisch aktives Material kann grundsätzlich jedes katalytisch aktive Material sein. Es werden vorzugsweise die oben aufgeführten katalytisch aktiven Materialien verwendet. Ein besonders bevorzugtes katalytisch aktives Material ist Pd.One more catalytically active material can basically be any be catalytically active material. They are preferably the ones above listed used catalytically active materials. A particularly preferred catalytically active material is Pd.
Ein weiteres katalytisch aktives Material ist in einer bevorzugten Ausführungsform das stofflich chemisch gleiche katalytisch aktive Material wie das koagulierte katalytisch aktive Material. In einer bevorzugten Ausführungsform wird Pd koaguliert und Pd als weiteres katalytisch aktives Material aufgebracht.One Another catalytically active material is in a preferred embodiment the chemically identical catalytically active material as the coagulated catalytically active material. In a preferred embodiment Pd is coagulated and Pd as another catalytically active material applied.
Eine Koagulation des katalytisch aktiven Materials und das anschließende Aufbringen eines katalytisch aktiven Material kann einmal erfolgen. Die Koagulation und das anschließende Aufbringen des katalytisch aktiven Materials können aber auch zwei-, drei, vier-, fünf-, sechs-, sieben-, acht-, neun- oder zehnmal oder mehr als zehnmal erfolgen. Dabei erhöht sich der Gehalt an dem katalytisch aktiven Material des Trägers. Das Koagulieren und das Aufbringen eines weiteren katalytisch aktiven Materials sind im Allgemeinen so oft möglich, bis das katalytisch aktive Material in wirtschaftlich unrentablen Mengen im Katalysator vorliegt.A Coagulation of the catalytically active material and the subsequent application a catalytically active material can take place once. The coagulation and the subsequent one Applying the catalytically active material can also be two, three, four five-, six, seven, eight, nine or ten times or more than ten times respectively. It increases the content of the catalytically active material of the carrier. The coagulation and applying a further catalytically active material are generally so often possible until the catalytically active material in economically unprofitable Quantities in the catalyst is present.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einem frischen Katalysator vorgenommen werden. Unter einem frischen Katalysator ist im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Katalysator zu verstehen, der noch nicht zur Katalyse eingesetzt wurde. Es handelt sich dabei im Allgemeinen um einen neu hergestellten Katalysator ohne wesentliche Verunreinigungen durch Nebenprodukte der zu katalysierenden Reaktion und insbesondere ohne organische Ablagerungen.The inventive method can be done with a fresh catalyst. Under a fresh catalyst is in the context of the present invention in particular, to understand a catalyst that is not yet catalysis was used. It is generally one newly prepared catalyst without significant impurities by by-products of the reaction to be catalyzed, and in particular without organic deposits.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich
aber auch zur Regenerierung eines deaktivierten Katalysators einsetzen.
Unter einem deaktiviertem Katalysator versteht man einen Katalysator,
der beispielsweise nach dem in
Ein solcher deaktivierter Katalysator wird erfindungsgemäß durch ein Koagulieren des auf dem Träger befindlichen katalytisch aktiven Materials und in einem weiteren Schritt durch ein Aufbringen eines weiteren katalytisch aktiven Materials auf den Träger regeneriert.One Such deactivated catalyst is inventively by a coagulation of the on-carrier catalytically active material and in a further step an application of another catalytically active material the carrier regenerated.
Das Koagulieren erfolgt beispielsweise durch eine Hitzebehandlung bei der Sintertemperatur des katalytisch aktiven Materials eines erfindungsgemäßen Katalysators. Das Sintern erfolgt in der Regel über einen solchen Zeitraum, der ein Koagulieren der Partikel des katalytisch aktiven Materials ermöglicht.The Coagulation takes place, for example, by means of a heat treatment the sintering temperature of the catalytically active material of a catalyst according to the invention. Sintering usually takes place over such a period, coagulating the particles of the catalytically active material allows.
Ein
deaktivierten α-Al2O3-Träger, der
nach
Dabei ist erfindungsgemäß eine Regenerierung möglich. Es können aber auch mehrere Regenerierungen stattfinden. Ein deaktivierter Katalysator kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren regeneriert werden und anschließend im Betrieb zum Einsatz kommen bis eine weitere Deaktivierung vorgenommen wird. Daraufhin kann der zum zweiten mal deaktivierte Katalysator nach dem erfindungsgemäßen Verfahren regeneriert werden, so dass er ein zweites mal zum Einsatz kommen kann. Es sind zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, aber auch zehn oder mehr Regenerierungsschritte möglich.there is a regeneration according to the invention possible. It can but also several regenerations take place. A disabled one Catalyst can be regenerated by the process according to the invention and subsequently are used during operation until a further deactivation is made becomes. Thereupon, the second time deactivated catalyst according to the inventive method be regenerated so that it will be used a second time can. There are two, three, four, five, six, seven, eight, nine, but also ten or more regeneration steps possible.
Ein
nach
Unter
einer guten katalytischen Performance ist im Allgemeinen eine Selektivität für das erwünschte Produkt
von 90 % oder mehr, insbesondere von 94 % oder mehr, besonders bevorzugt
von 98 % oder mehr zu verstehen. Ein nach
Diese überraschend gute katalytische Performance eines erfindungsgemäß regenerierten Katalysators ist in einer weiteren Ausführungsform auch nach einer Belastung des Katalysators noch vorhanden. Die katalytische Performance wird im Allgemeinen nicht wesentlich mehr durch eine Belastung verschlechtert als bei einem frischen Katalysator. Der erfindungsgemäß regenerierte Träger zeigt also im Allgemeinen keine wesent lich anderen Alterungserscheinungen oder sogar ein besseres Alterungsverhalten als ein frischer Katalysator.This surprising good catalytic performance of a regenerated according to the invention Catalyst is in a further embodiment also after a Loading of the catalyst still available. The catalytic performance is generally not significantly worse by a burden as with a fresh catalyst. The inventively regenerated carrier So, in general, does not show any significant aging phenomena or even a better aging behavior than a fresh catalyst.
Diese gute katalytische Performance des erfindungsgemäß regenerierten Katalysators ist insbesondere deswegen überraschend, weil nach der klassischen Regeneriermethode mit einem Abrennen der kohlenstoffhaltigen Ablagerungen durch O2-enthaltende Regeneriergase bei 400°C bis 500°C nur eine schlechtere katalytische Performance als mit einem frischen Katalysator erreicht wird (Applied Heterogeneous Catalysis; Le Page J F, C L; 1987 Editions Technip, Paris; Seite 69).This good catalytic performance of the catalyst regenerated according to the invention is particularly surprising, because according to the classic Regeneriermethode with a removal of the carbonaceous deposits by O 2 -containing regenerating gases at 400 ° C to 500 ° C only a worse catalytic performance is achieved than with a fresh catalyst (Applied Heterogeneous Catalysis, Le Page JF, CL, 1987 Editions Technip, Paris; page 69).
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regenerierung eines deaktivierten Katalysators ist im Allgemeinen kostengünstig, da nur wenige Verfahrensschritte zum Einsatz kommen. Weiterhin sind in der Regel zusätzliche chemische Stoffe, wie Lösungsmittel, entbehrlich.The inventive method for regeneration of a deactivated catalyst is generally cost-effective, because only a few process steps are used. Furthermore are usually additional chemical substances, such as solvents, dispensable.
Ein
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellter Katalysator weist in einer weiteren Ausführungsform
im großtechnischen
Betrieb eine verbesserte Standzeit auf. Eine verbesserte Standzeit
bedeutet im Allgemeinen eine Standzeit von 30 Tagen oder mehr, insbesondere
von 40 Tagen oder mehr, besonders bevorzugt von 50 Tagen oder mehr
und insbesondere von 50 Tagen bis 60 Tagen bei der oben beschriebenen Feed-Menge. Ein erfindungsgemäß regenerierter
oder ein nach
Diese lange Standzeit eines erfindungsgemäß regenerierten Katalysators ist in einer weiteren Ausführungsform ohne einen wesentlichen Abfall der katalytischen Performance zu erzielen.These long service life of a catalyst regenerated according to the invention is in a further embodiment without a significant drop in catalytic performance achieve.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung insbesondere in der Form der Koagulation der Partikel des katalytisch aktiven Materials durch Glühen oder Sintern zeigt der erfindungsgemäße Katalysator einen verringerten Abrieb. Unter einem verringerten Abrieb versteht man den durch eine mechanische Bewegung anfallenden Staub. Die Abriebsneigung eines Katalysators wird im Allgemeinen in einem Drehtrommeltest nach ASTM 4058 gemessen.In a further embodiment of the present invention especially in the form of coagulation the particle of the catalytically active material by annealing or Sintering shows the catalyst of the invention a reduced abrasion. Under a reduced abrasion understands the dust produced by a mechanical movement. The tendency to abrasion of a catalyst is generally in a rotary drum test measured according to ASTM 4058.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in einer weiteren Ausführungsform eine kostengünstige Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators. Der gleiche Träger kann mehrere Male verwendet werden. Es sind beispielsweise ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, aber auch zehn oder mehr Regenerierungszyklen möglich.The inventive method allows in a further embodiment a cost-effective production a catalyst according to the invention. The same carrier can be used several times. There are, for example, one, two three four five, six, seven, eight, nine, but also ten or more regeneration cycles possible.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
der Herstellung oder der Regenerierung eines erfindungsgemäßen Katalysators
kann eine Wiederverwendung eines Katalysator mit einer erwünschten
Qualität
ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren
macht somit in einer weiteren Ausführungsform von den Qualitätsschwankungen einer
Katalysatorherstellung beispielsweise nach
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht weiterhin eine kostengünstige Wiedergewinnung des katalytisch aktiven Materials. Eine mehrmalige erfindungsgemäße Regenierung eines Katalysators führt zu einer Anreicherung des katalytisch aktiven Materials auf dem Träger. Ein so angereichertes katalytisch aktives Material kann dann kostengünstig wiedergewonnen werden.The inventive method allows continue a cost-effective Recovery of the catalytically active material. A multiple Inventive regeneration a catalyst leads to an enrichment of the catalytically active material on the Carrier. Such enriched catalytically active material can then be recovered inexpensively become.
Es ist weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Katalysator bereitzustellen, der erhältlich ist oder regenerierbar ist, indem in einem ersten Schritt ein auf einem Träger befindliches katalytisch aktives Material auf dem Träger koaguliert wird und ein weiteres katalytisch aktives Material in einem weiteren Schritt auf diesen Träger aufgebracht wird.It is still the subject of the present invention, a catalyst to provide that available is or regenerable by a in a first step on a carrier catalytically active material coagulated on the carrier and another catalytically active material in a further step on this carrier is applied.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen Katalysators. Ein erfindungsgemäßer Katalysator oder ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter oder regenerierter Katalysator ist im Allgemeinen in Abhängigkeit vom katalytisch aktiven Material und vom Träger für eine Vielzahl von Rekationstypen einsetzbar.One Another object of the present invention relates to the use a catalyst according to the invention. A catalyst according to the invention or one according to the method of the invention produced or regenerated catalyst is in general dependent on of the catalytically active material and carrier for a variety of reaction types used.
Es sind beispielsweise Hydrierungen oder Dehydrierungen möglich. Weitere mögliche zu katalysierende Reaktionstypen umfassen Oxidationsreaktionen an Pd-Pt Katalysatoren, reduktive Aminierung von Carbonylgruppen, Isomerisierungsreaktionen einschließlich Gerüstumlagerung und Doppelbindungsisomerisierungen, Wassergas-Shift-Reaktionen, Metathesen an Rhenium-Katalysatoren oder Wasserdampf-Reformierungen von Kohlenwasserstoffen (auch autotherm).It For example, hydrogenations or dehydrations are possible. Further possible Catalysing reaction types include oxidation reactions Pd-Pt catalysts, reductive amination of carbonyl groups, isomerization reactions including skeletal rearrangement and double bond isomerizations, water gas shift reactions, metathesis on rhenium catalysts or steam reforming of hydrocarbons (also autothermic).
So
kann ein erfindungsgemäßer Katalysator
oder ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellter oder regenerierter Katalysator für die Dehydrierung von 5- oder
6-gliedrigen kohlenstoffhaltigen Molekülringen zu aromatischen Verbindungen
eingesetzt werden. Insbesondere kann dafür die Ausführungsform eines nach
In
einer besonderen Ausführungsform
wird ein insbesondere nach
Ein
insbesondere nach
Ein
insbesondere nach
Es werden folgende Abkürzungen verwendet:It become the following abbreviations used:
Für die nachfolgenden Vergleichsbeispiele und für die nachfolgenden erfindungsgemäßen Beispiele wurden folgende Substanzen und folgende Verfahren eingesetzt:
- – Träger α-Al2O3-Träger hergestellt
gemäß
mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von ca. 7 m2/g, einem Porendurchmesser von 100 nm und einem Porenvolumen von 0,23 cm3/gDE 19 533 665 - – Träger β: handelsüblicher ZrO2-Träger mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 70 m2/g, einem Porendurchmesser von 20 nm und einem Porenvolumen von 0,27 cm3/g
- – Katalytisch aktives Material: Pd diente bei allen Versuchen als katalytisch aktives Material
- – Vergleichskatalysatoren V1 bis V4: ein Träger α mit Pd, wobei das Pd erstmals nach dem Verfahren in Vergleichsbeispiel 1 auf den Träger α aufgebracht wurde.
- – Erfindungsgemäße Katalysatoren α1 bis α8: ein Träger α mit Pd, wobei das Pd erstmals nach dem Verfahren in Vergleichsbeispiel 1 aufgebracht wurde. Dieser Träger wurde zusätzlich nach dem erfindungsgemäßen Beispiel 1 behandelt.
- – Erfindungsgemäßer Katalysator β: ein Träger β mit Pd, wobei das Pd erstmals nach dem Verfahren in Vergleichsbeispiel 1 aufgebracht wurde. Dieser Träger wurde zusätzlich nach dem erfindungsgemäßen Beispiel 1 behandelt.
- Carrier α-Al 2 O 3 supports prepared according to
with a BET specific surface area of about 7 m 2 / g, a pore diameter of 100 nm and a pore volume of 0.23 cm 3 / gDE 19 533 665 - Carrier β: commercially available ZrO 2 support with a BET specific surface area of 70 m 2 / g, a pore diameter of 20 nm and a pore volume of 0.27 cm 3 / g
- - Catalytically active material: Pd served as catalytically active material in all experiments
- Comparative Catalysts V1 to V4: a carrier α with Pd, the Pd being first applied to carrier α by the method in Comparative Example 1.
- - Catalysts according to the invention α1 to α8: a support α with Pd, the Pd was first applied by the method in Comparative Example 1. This support was additionally treated according to Example 1 of the invention.
- Inventive catalyst β: a carrier β with Pd, the Pd being first applied by the method in Comparative Example 1. This support was additionally treated according to Example 1 of the invention.
Die einzelnen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Katalysatoren in Abgrenzung zu den Vergleichskatalysatoren sind im Überblick in der Tabelle 1 dargestellt.The individual embodiments the catalysts of the invention in contrast to the comparative catalysts are in overview shown in Table 1.
Vergleichsbeispiel 1: Herstellung eines Vergleichskatalysator V1Comparative Example 1 Preparation of a Comparative Catalyst V1
Das
Ausgangsmaterial war ein Träger α, auf den
noch kein katalytisch aktives Material aufgebracht worden war. Dieser
Träger α wurde zunächst bei
950°C in
Luft geglüht.
Der Träger α wurde anschließend mit einer
Pd(NO3)2-Lösung mit
einem Pd-Gehalt von 0,13 Gew.-% bezogen auf den Träger α getränkt. Das
Tränkvolumen
entsprach 95 bezogen auf die Wasseraufnahme des Trägers α. Der feuchte
Katalysator wurde anschließend
bei 120°C
bis zu einer Restfeuchtigkeit von 0,2 Gew.-% bezogen auf den Katalysator
getrocknet.
Die Fixierung des Katalysators erfolgte dabei durch eine Einbettung in Kunstharz. Die Ultradünnschnitte (auf Wasser abflottiert) wurden mit einem Microtom Leica-Ultracut des Herstellers Leica gemacht.The Fixation of the catalyst was carried out by embedding in synthetic resin. The ultrathin cuts (floated on water) with a microtome Leica Ultracut made by the manufacturer Leica.
Die Verifizierung des katalytisch aktiven Materials erfolgte per EDXS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy). Eine EDXS ist insbesondere bei einer Kernladungszahl größer 7 geeignet.The Verification of the catalytically active material was carried out by EDXS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy). An EDXS is particular suitable for an atomic number greater than 7.
Es
wurden Pd-Partikel mit einem Durchmesser von 1 nm bis 3 nm beobachtet.
Pd-Partikel mit
einem Durchmesser von bis zu 8 nm wurden sehr vereinzelt beobachtet.
Die
Vergleichsbeispiel 2: Selektivität des Vergleichskatalysator V2 nach einer BelastungComparative Example 2: selectivity of the comparative catalyst V2 after a load
Der Vergleichskatalysator V2 wurde nach dem Vergleichsbeispiel 1 hergestellt. Der Vergleichskatalysator V2 war länger als 50 Tage in einer großtechnischen Anlage zur Dehydrierung von TCMH zu TMP bei einem Feed von 0,12 kg TMCH pro Liter Katalysator pro Stunde im Einsatz. Dieser Vergleichskatalysator V2 wurde in 2 h auf 450°C erhitzt und für 5 h bei 450°C getempert. Es wurde ein Aktivitätstest nach dem erfindungsgemäßen Beispiel 4 durchgeführt. Die TMP-Selektivität betrug 89,8 %.Of the Comparative Catalyst V2 was prepared according to Comparative Example 1. The comparative catalyst V2 was more than 50 days in a large scale Plant for the dehydration of TCMH to TMP at a feed of 0.12 kg TMCH per liter of catalyst per hour in use. This comparative catalyst V2 became 450 ° C in 2 h heated and for 5 h at 450 ° C annealed. It became an activity test according to the example of the invention 4 performed. The TMP selectivity was 89.8%.
Vergleichsbeispiel 3: Herstellung eines Vergleichskatalysators V3Comparative Example 3 Preparation of a Comparative Catalyst V3
Ein Träger β wurde mit einer Pd(NO3)2-Lösung mit einem Pd-Gehalt von 0,13 Gew.-% bezogen auf den Träger β getränkt. Der Vergleichskatalysator V3 wurde dabei auf 120°C (2,3°C/min) aufgeheizt. Diese Temperatur wurde für 6 h gehalten. Der Vergleichskatalysator V3 wurde anschließend auf 450°C aufgeheizt (2,6°C/min) und für 135 min bei dieser Temperatur kalziniert.A support β was impregnated with a Pd (NO 3 ) 2 solution having a Pd content of 0.13% by weight based on the support β. The comparative catalyst V3 was heated to 120 ° C (2.3 ° C / min). This temperature was held for 6 h. The comparative catalyst V3 was then heated to 450 ° C (2.6 ° C / min) and calcined for 135 min at this temperature.
Vergleichsbeispiel 4: Herstellung eines höher beladenen Vergleichskatalysators V4Comparative Example 4 Producing a higher loaded comparative catalyst V4
Ein Träger α wurde in 2 h in Luft auf 900°C erhitzt und weitere 2 h bei 900°C geglüht. Dieser Träger α wurde nach dem Abkühlen mit einer Pd(NO3)2-Lösung mit einem Pd-Gehalt von 0,26 Gew.-% (V4,1) getränkt. Ein anderer Träger α wurde ebenfalls nach dem Abkühlen mit einer Pd(NO3)2-Lösung mit einem Pd-Gehalt von 0,52 Gew.-% (V4,2) getränkt. Die Gew.-% Angaben beziehen sich auf den Träger α. Das Tränkvolumen entsprach dabei 95 % bezogen auf die Wasseraufnahme des Trägers α. Die feuchten Vergleichskatalysatoren V4 wurden anschließend unter leichter Erwärmung in einem schwachen Luftstrom angetrocknet und dabei ständig gedreht. Die Vergleichskatalysatoren V4 wurden danach für 2 h bei 120°C getrocknet, in 2 h auf 350°C aufgeheizt und für weitere 4 h bei dieser Temperatur getempert.A carrier α was heated in 2 h in air at 900 ° C and calcined at 900 ° C for a further 2 h. This support α was impregnated after cooling with a Pd (NO 3 ) 2 solution having a Pd content of 0.26 wt .-% (V4.1). Another support α was also soaked after cooling with a Pd (NO 3 ) 2 solution having a Pd content of 0.52 wt% (V 4.2). The wt .-% information refers to the carrier α. The impregnation volume corresponded to 95% based on the water absorption of the carrier α. The wet comparative catalysts V4 were then dried with slight warming in a small stream of air and thereby constantly rotated. The comparative catalysts V4 were then dried for 2 h at 120 ° C, heated to 350 ° C in 2 h and annealed for a further 4 h at this temperature.
Erfindungsgemäßes Beispiel 1: Erfindungsgemäßer Katalysator α1Inventive example 1: Inventive catalyst α1
Ein Vergleichskatalysator 1 wurde in 2 h in Luft auf 900°C erhitzt und weitere 2 h bei 900°C geglüht. Der so erhaltene Katalysator wurde nach dem Abkühlen mit einer Pd(NO3)2-Lösung mit einem Pd-Gehalt von 0,13 Gew.-% bezogen auf den Träger α getränkt. Das Tränkvolumen entsprach dabei 95 % bezogen auf die Wasseraufnahme des Trägers α. Der so getränkte Katalysator wurde anschließend unter leichter Erwärmung (bei 40 bis 50°C über 10 min) in einem schwachen Luftstrom angetrocknet und dabei ständig gedreht. Danach wurde der Katalysator für 2 h bei 120°C getrocknet, in 2 h auf 350°C aufgeheizt und für weitere 4 h bei dieser Temperatur getempert.A comparative catalyst 1 was heated in 2 h in air at 900 ° C and calcined at 900 ° C for a further 2 h. After cooling, the catalyst thus obtained was impregnated with a Pd (NO 3 ) 2 solution having a Pd content of 0.13% by weight, based on the carrier α. The impregnation volume corresponded to 95% based on the water absorption of the carrier α. The catalyst so impregnated was then dried with gentle heating (at 40 to 50 ° C for 10 min) in a gentle stream of air and thereby rotated constantly. Thereafter, the catalyst was dried for 2 h at 120 ° C, heated to 350 ° C in 2 h and annealed for a further 4 h at this temperature.
Es waren homogen verteilte, kristalline Pd-Partikel mit einem Durchmesser von ca. 1 nm bis 5 nm und Pd-Partikel mit einem Durchmesser von ca. 40 nm bis 80 nm zu sehen. Es ist eine Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials zu sehen. Weiterhin ist eine Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials zu sehen. Der erfindungsgemäße Katalysator α1 zeigt folglich eine bimodale Verteilung der Partikel des katalytisch aktiven Material.It were homogeneously distributed, crystalline Pd particles with a diameter from about 1 nm to 5 nm and Pd particles with a diameter of 40 nm to 80 nm can be seen. It is a fraction of the larger particles of the catalytically active material. Furthermore, a faction to see the smaller particle of the catalytically active material. The catalyst of the invention α1 thus shows a bimodal distribution of the particles of the catalytically active material.
Beispiel 2: Pd-Gehalt, Pd-Oberfläche und Größenverteilung von den erfindungsgemäß regenerierten Katalysatoren α2 bis α8.Example 2: Pd content, Pd surface and size distribution regenerated by the invention Catalysts α2 to α8.
Ein Vergleichskatalysator V1 war länger als 50 Tage in einer großtechnischen Anlage zur Dehydrierung von TMCH zu TMP im Einsatz 0,12 kg TMCH pro Liter Katalysator pro Stunde. Dieser Katalysator wurde danach nach dem erfindungsgemäßen Verfahren von Beispiel 1 geglüht und mit Pd(NO3)2-Lösung getränkt. Das Glühen und das anschließende Tränken wurde insgesamt 7 mal an demselben Katalysator wiederholt. Eine Probe zur Messung wurde nach jedem Glühen und nach jedem weiteren Tränken zurückbehalten (erfindungsgemäß regenerierte Katalysatoren α2 bis α8). Die Messergebnisse nach jedem Glühen und nach jedem anschließenden Tränken sind in Tabelle 2 zu sehen.A comparative catalyst V1 was used for longer than 50 days in a large-scale plant for the dehydrogenation of TMCH to TMP in use 0.12 kg TMCH per liter of catalyst per hour. This catalyst was then annealed according to the inventive method of Example 1 and impregnated with Pd (NO 3 ) 2 solution. The annealing and subsequent soaking was repeated a total of 7 times on the same catalyst. A sample for measurement was retained after each annealing and after each further impregnation (regenerated catalysts α2 to α8 according to the invention). The measurement results after each annealing and after each subsequent impregnation are shown in Table 2.
Die Metalloberflächen der erfindungsgemäßen Katalysatoren und des Vergleichsversuchs wurden mittels CO-Chemisorption nach DIN 66136-3 bestimmt. Die DIN 66136-3 ist bestimmungsgemäß für die Chemisorption hinsichtlich der Metalle Platin und Kupfer anwendbar. Die DIN 66136-3 wird im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung entsprechend auf Pd angewendet. Die Chemisorption erfolgt mit einem einzelnen Anaylsegas. Dieses Analysegas war CO. Es handelte sich um die sog. CO-Chemisorption. Helium wurde dabei als Trägergas für das CO verwendet. Ein Vergleich des Wärmeleitfähigkeitsdetektor-Signals einer Injektion (Schleife) mit dem Signal einer manuell durchgeführten Injektion diente als Calibrierung (Gasspritze). Die gravimetrische Kontrolle erfolgte durch Füllen der Schleife mit Wasser erfolgen. Dies ist in Punkt 3.4.1 der DIN 66136-3 beschrieben. Die Proben wurden vor der Messung bei 200°C für 30 min unter H2 reduziert. Die Temperaturampe betrug dabei 5°C/min. Danach wurde mit He für 30 min gespült und anschließend unter He bei 35°C gemessen. Das nur geglühte (und nicht nachgetränkte) Material besaß dabei nur eine sehr geringe Oberfläche und damit auch eine geringe Dispersität. Unter Dispersität ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung der prozentuale Anteil derjenigen Pd-Atome eines erfindungsgemäßen Katalysators zu verstehen, die sich an der Oberfläche der Pd-Partikel befinden, bezogen auf die gesamte Pd-Menge eines erfindungsgemäßen Katalysators.The metal surfaces of the catalysts according to the invention and of the comparative experiment were determined by CO chemisorption according to DIN 66136-3. The DIN 66136-3 is intended for Chemi sorption with respect to the metals platinum and copper applicable. DIN 66136-3 is applied to Pd in the context of the present invention. The chemisorption is carried out with a single Anaylsegas. This analysis gas was CO. It was the so-called CO chemisorption. Helium was used as carrier gas for the CO. A comparison of the thermal conductivity detector signal of an injection (loop) with the signal of a manually performed injection served as a calibration (gas syringe). The gravimetric control was done by filling the loop with water. This is described in point 3.4.1 of DIN 66136-3. The samples were reduced before measurement at 200 ° C for 30 minutes under H 2 . The temperature lamp was 5 ° C / min. He was then rinsed with He for 30 min and then measured under He at 35 ° C. The only annealed (and not soaked) material had only a very small surface and thus a low dispersity. In the context of the present invention, dispersity is to be understood as meaning the percentage of those Pd atoms of a catalyst according to the invention which are located on the surface of the Pd particles, based on the total Pd amount of a catalyst according to the invention.
Der
Durchmesser der einzelnen Pd-Partikel wurde nach Anderson (Anderson,
J.R., Structure of Metallic Catalysts, Academic Press, London 1975,
p. 360) aus der Dispersität
wie folgt berechnet. Dabei wurde angenommen, dass es sich bei den
Pd-Partikel um rein sphärische
Partikel handelt.
DPd = N/Gesamtzahl
der Pd-Atome in den Pd-PartikelnThe diameter of the individual Pd particles was calculated from the dispersity according to Anderson (Anderson, JR, Structure of Metallic Catalysts, Academic Press, London 1975, p. It was assumed that the Pd particles are purely spherical particles.
D Pd = N / total number of Pd atoms in the Pd particles
N ist die Anzahl der Pd-Atome an der Oberfläche eines Pd-Partikels. N wird ermittelt durch die in der CO-Chemisorption gemessene CO-Absorptionsmenge pro g Katalysator.N is the number of Pd atoms on the surface of a Pd particle. N becomes determined by the CO absorption amount measured in CO chemisorption per g of catalyst.
Die
Berechnung der mittleren Durchmesser der Partikel des katalytisch
aktiven Materials erfolgte nach Anderson mit folgender folgenden
Formel:
- VPd
- effektives Volumen eines Pd-Atoms in einem Pd-Partikel
- aPd
- effektive Fläche eines Pd-Atoms, welches sich an der Oberfläche eines Pd-Partikels befindet
- DPd
- Dispersität bezogen auf die letzte Tränkung mit Pd, siehe Tabelle 2 zum Beispiel 1.
- dPd
- Durchmesser
- V Pd
- effective volume of a Pd atom in a Pd particle
- a pd
- effective area of a Pd atom located on the surface of a Pd particle
- D Pd
- Dispersity based on the last impregnation with Pd, see Table 2 for example 1.
- d Pd
- diameter
aPd wurde nach Anderson S. 296 angenommen
als 1,27·1019 Atome pro m2.
VPd berechnet sich nach der Formel:
Der
so berechnete Wert von 62 nm wurde durch die in der TEM-Aufnahme
in
Das
darauffolgende Aufbringen des katalytisch aktiven Materials durch
die Nachtränkung
erhöhte
die gemessene Metalloberfläche
um eine Größenordnung.
Diese Zunahme der Metalloberfläche
war auf das Pd der Nachtränkung
zurückzuführen. Tabelle
1 zeigt die Dispersität „Gesamt", die sich auf die
gesamte Pd-Menge eines erfindungsgemäßen Katalysators bezieht. Tabelle
1 zeigt weiterhin die Dispersität „Nachtränkung", die sich nur auf
die nachgetränkte
Pd-Menge eines erfindungsgemäßen Katalysators
bezieht. Es wurden jeweils 0,13 Gew.-% Pd bezogen auf das Katalysatormaterial
nachgetränkt.
Die gemessene Metalloberfläche des
Pd bleibt auch für
die anschließenden
Tränk-
und Glühschritte
in etwa gleich. Die aus der Dispersität „Nachtränkung" berechneten Durchmesser der Pd-Partikel
eines erfindungsgemäßen Katalysators
bestätigten die
in
Beispiel 3: Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators β mit einem Träger βExample 3: Production a catalyst according to the invention β with a Carrier β
Ein Vergleichskatalysator V3 mit einem Pd-Gehalt von 1 Gew.-% bezogen auf den Träger β wurde in 2 h in Luft auf 900°C erhitzt und weitere 2 h bei 900°C geglüht. Der so erhaltene Katalysator wurde nach dem Abkühlen mit einer Pd(NO3)2-Lösung mit einem Pd-Gehalt von 1 Gew.-% bezogen auf den Träger β getränkt. Das Tränkvolumen entsprach dabei 95 % der Wasseraufnahme des Trägers β. Der feuchte Katalysator β wurde anschließend unter leichter Erwärmung in einem schwachen Luftstrom angetrocknet. Dieser Katalysator wurde danach für 2 h bei 120°C getrocknet, in 127 min auf 450°C aufgeheizt und für weitere 135 min bei dieser Temperatur getempert.A comparative catalyst V3 with a Pd content of 1 wt .-% based on the support β was heated in 2 h in air at 900 ° C and calcined at 900 ° C for a further 2 h. The catalyst thus obtained, after cooling, was impregnated with a Pd (NO 3 ) 2 solution having a Pd content of 1% by weight, based on the support β. The impregnation volume corresponded to 95% of the water absorption of the carrier β. The moist catalyst β was then dried with gentle heating in a gentle stream of air. This catalyst was then dried for 2 h at 120 ° C, heated to 450 ° C in 127 min and annealed for a further 135 min at this temperature.
Beispiel 4: TMP-Selektivität eines erfindungsgemäßen Katalysators α1 und eines Vergleichskatalysators V1 nach einer BelastungExample 4: TMP selectivity of a Inventive catalyst α1 and a Comparative catalyst V1 after a load
Ein Vergleichskatalysator V1 und ein erfindungsgemäßer Katalysator α1 wurden in einem Rohrreaktor mit einem inneren Durchmesser von 21 mm auf die jeweilige Aktivität bezüglich der TMCH-Dehydrierung untersucht. 35 ml des Katalysators wurde in einen Rohrreaktor gefüllt und für 2 h bei 250°C unter reinem H2 aktiviert. Die TMCH-Dosierung wurde anschließend bei Normaldruck und 300°C eingeschaltet und auf 30 ml/h gestellt. Der Vorlagekolben für die Produktsammlung wurde nach einer Einfahrzeit von 1 h gewechselt und das gebildete Reaktionsprodukt, TMP, eine Stunde lang gesammelt, dann gewogen und auf den TMCH, Anon und TMP-Gehalt hin analysiert (Probe „vor Belastung"). Die TMCH-Feedmenge wurde für eine Belastungsfahrt im weiteren Verlauf jeweils nach einer Stunde auf den doppelten Wert erhöht und der Vorlagekolben für die Produktsammlung gewechselt. Nach zweimaliger Erhöhung der Belastung wurde abschließend die anfängliche Belastung für eine weitere Stunde gefahren (Probe „nach Belastung"). Die Produktqualität vor dieser und nach dieser Belastung wurden verglichen. Der erfindungsgemäßer Katalysator α1 zeigte eine TMCH-Selektivität von 97,2 % vor der Belastung und von 96,2 % nach der Belastung. Der Vergleichskatalysator V1 erreichte bei gleichen Versuchsbedingungen nur eine TMP-Selektivität von 93,9 % vor der Belastung und 91,9 % nach der Belastung. Die TMP-Selektivität wurde mit einem Gaschromatographfließinjektionsverfahren des Hewlett-Packard HP 5890 Siries 2 gemessen.A comparative catalyst V1 and a catalyst according to the invention α1 were tested in a tubular reactor with an inner diameter of 21 mm on the respective activity with respect to the TMCH dehydrogenation. 35 ml of the catalyst was placed in a tube reactor and activated for 2 h at 250 ° C under pure H 2 . The TMCH dosage was then switched on at normal pressure and 300 ° C and set to 30 ml / h. The receiver flask for the product collection was changed after a break-in period of 1 h and the formed reaction product, TMP, collected for one hour, then weighed and analyzed for the TMCH, anone and TMP content (sample "before loading"). The amount of feed was then increased to twice the value for one load run after one hour each time and the original piston for the product collection was changed, and after two times the load was increased, the initial load was continued for another hour ("after load" sample). Product quality before and after this load was compared. The inventive catalyst α1 showed a TMCH selectivity of 97.2% before loading and 96.2% after loading. Comparative catalyst V1 achieved only TMP selectivity of 93.9% before load and 91.9% after load under the same experimental conditions. TMP selectivity was measured by a Hewlett-Packard HP 5890 Siries 2 gas chromatograph flow injection method.
Tabelle 3: TMP-Selektivität eines Vergleichskatalysators V1 und eines erfindungsgemäßen Katalysators α1 vor der und nach der in Beispiel 4 beschriebenen Belastung. Table 3: TMP selectivity of a comparative catalyst V1 and a catalyst according to the invention α1 before and after the loading described in Example 4.
Beispiel 5: TMP-Selektivität von den erfindungsgemäßen Katalysatoren α2 bis α8Example 5: TMP selectivity of the catalysts according to the invention α2 to α8
Die erfindungsgemäß regenierten Katalysatoren α2 bis α8 wurden dem in Beispiel 4 beschriebenen Test unterzogen. Tabelle 2 zeigt die erhaltenen Ergebnisse.The regenerated according to the invention Catalysts α2 were up to α8 subjected to the test described in Example 4. Table 2 shows the results obtained.
Die TMP-Selektivität nahm bei allen erfindungsgemäß regenerierten Katalysatoren um 1 bis 2 % nach der Belastungsfahrt ab. Ein erneutes Koagulieren des Pd und ein weiteres Aufbringen des Pd stellten die ursprüngliche katalytische Aktivität eines erfindungsgemäßen Katalysators wieder her. Das wiederholte Koagulieren und das wiederholte weitere Aufbringen des katalytisch aktiven Materials führten zu einem sukzessiven Anstieg der Pd-Konzentration. Die katalytische Performance blieb aber überraschenderweise im wesentlichen unbeeinträchtigt. Die Vergleichskatalysatoren V4,1 und V4,2 wurden nicht zwischengetempert. Die Vergleichskatalysatoren V4,1 und V4,2 zeigten deutlich stärkere TMP-Selektivitätseinbrüche im Vergleich zu den erfindungsgemäß regenerierten Katalysatoren mit demselben Pd-Gehalt (erfindungsgemäße Katalysatoren α2 und α4).The TMP selectivity took in all inventively regenerated Catalysts by 1 to 2% after the load driving off. Another one Coagulating the Pd and another application of the Pd posed the original catalytic activity a catalyst according to the invention come back. The repeated coagulation and the repeated further Application of the catalytically active material led to a successive increase the Pd concentration. The catalytic performance, however, surprisingly remained essentially undisturbed. Comparative catalysts V4,1 and V4,2 were not tempered. Comparative catalysts V4.1 and V4.2 showed significantly greater TMP selectivity drops in comparison regenerated according to the invention Catalysts with the same Pd content (inventive catalysts α2 and α4).
Beispiel 6: Cyklohexanon-Dehydrierungsaktivität eines erfindungsgemäßen Katalysators und eines VergleichskatalysatorsExample 6: cyclohexanone dehydrogenation activity of a catalyst according to the invention and a comparative catalyst
Ein Vergleichskatalysator V1 und ein erfindungsgemäßer Katalysator α1 wurden in der Apparatur des erfindungsgemäßen Beispiels 4 auf ihre Aktivität hinsichtlich der Dehydrierung von Cyklohexanon zum Phenol untersucht. Alle Parameter (Druck, Temperatur, H2-Strom, Reduktion) außer den eingestellten Feedbelastungen waren identisch zu den Bedingungen in dem erfindungsgemäßen Beispiel 4. Im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Beispiel 4 wurde in diesem Beispiel die Feedbelastung in 2 Schritten jeweils halbiert. Anschließend wurde der Versuch mit der ursprünglichen Belastung abgeschlossen. Jede Belastung wurde für 1 Stunde gehalten. Tabelle 4 zeigt die Phenol- und Cyklohexanon-Konzentrationen des Dehydrierproduktes als eine Funktion der Katalysatorbelastung.One Comparative catalyst V1 and a catalyst according to the invention were α1 in the apparatus of Example 4 according to the invention in terms of their activity dehydrogenation of cyclohexanone to phenol. All parameters (Pressure, temperature, H2-current, reduction) except the set feed loads were identical to the conditions in the example of the invention 4. In contrast to Example 4 of the invention was in this Example: the feed load is halved in 2 steps. Subsequently was the attempt with the original one Burden completed. Each load was held for 1 hour. table Figure 4 shows the phenol and cyclohexanone concentrations of the dehydrogenation product as a function of catalyst loading.
Tabelle 4: Ergebnisse der Cyklohexanon-Dehydrierversuche für einen Vergleichskatalysator V1 und für einen erfindungsgemäßen Katalysator α1 Table 4: Results of cyclohexanone dehydrogenation experiments for a comparative catalyst V1 and for a catalyst according to the invention α1
Beispiel 7: Katalytische Performance eines erfindungsgemäßen Katalysators β und eines Vergleichskatalysators V3 für die Dehydrierung von 3-MPIP zu 3-PIC.Example 7: Catalytic Performance of a catalyst according to the invention β and a Comparative catalyst V3 for the dehydrogenation of 3-MPIP to 3-PIC.
Der Vergleichskatalysator V3 und der erfindungsgemäße Katalysator β wurden der Dehydrierung von 3-MPIP zu 3-PIC untersucht. Für diesen Zweck wurden 100 ml des jeweiligen Katalysators in einen Reaktor gefüllt. Anschließend erfolgte eine Aktivierung für 4 h bei 100°C in einer 20 Vol.-% H2 (in N2) Atmosphäre und anschließend bei 200°C unter reinem H2 für 3 h. Anschließend wurde bei Normaldruck und 265°C die 3-MPIP-Dosierung eingeschaltet und auf 30 ml/h gestellt. Dabei wurden zusätzlich 4 l/h H2 und 16 l/h N2 über das Katalysatorbett geleitet.The comparative catalyst V3 and the catalyst of the invention β were investigated for the dehydrogenation of 3-MPIP to 3-PIC. For this purpose, 100 ml of the respective catalyst was charged to a reactor. This was followed by activation for 4 h at 100 ° C. in a 20% by volume H 2 (in N 2 ) atmosphere and then at 200 ° C. under pure H 2 for 3 h. Subsequently, at normal pressure and 265 ° C, the 3-MPIP dosage was turned on and set to 30 ml / h. An additional 4 l / h of H 2 and 16 l / h of N 2 were passed over the catalyst bed.
Nach einer Einfahrzeit von 1 h wurde der Vorlagekolben gewechselt und das gebildete Reaktionsprodukt, 3-PIC, eine Stunde lang gesammelt, dann gewogen und auf den 3-MPIP und 3-PIC-Gehalt hin analysiert. Für eine Belastungsfahrt wurde im weiteren Verlauf jeweils nach einer Stunde die 3-MPIP-Feedmenge auf den doppelten Wert erhöht und die Vorlage gewechselt. Nach zweimaliger Erhöhung der Belastung wurde abschließend die anfängliche Belastung für eine weitere Stunde gefahren („nach Belastung") und die Produktqualität mit der ersten Probe („vor Belastung") verglichen. Der erfindungsgemäße Katalysator β erbrachte eine 3-PIC-Ausbeute von 99,3% vor der Belastung und von 99,2% nach der Belastung. Der Vergleichskatalysator V3 erreichte bei den gleichen Versuchbedingungen eine 3-PIC-Ausbeute von 99,5 % vor der Belastung. Die 3-PIC Ausbeute fiel nach der Belastung auf 98,5 % ab.To a break-in of 1 h, the original flask was changed and the reaction product formed, 3-PIC, collected for one hour, then weighed and on the 3 MPIP and 3-PIC content analyzed. For a load ride was in the further course after one hour, the 3-MPIP feed amount increased to twice the value and the template changed. After increasing the load twice, the initial Burden for drove another hour ("after Load ") and the product quality with the first sample ("vor Load "). The catalyst β of the invention gave a 3-PIC yield of 99.3% before loading and 99.2% after the burden. Comparative catalyst V3 reached the same Experimental conditions a 3-PIC yield of 99.5% before loading. The 3-PIC yield dropped to 98.5% after loading.
Tabelle 5: 3-PIC-Selektivität eines Vergleichskatalysators V3 und eines erfindungsgemäßen Katalysators β vor der und nach der in Beispiel 7 beschriebenen Belastung. TABLE 5 3-PIC selectivity of a comparative catalyst V3 and of a catalyst according to the invention before and after the loading described in Example 7.
Beispiel 8: Rest-Selektivität eines erfindungsgemäßen Katalysators α1 und eines Vergleichskatalysators V1 nach BelastungExample 8: Residual selectivity of a Inventive catalyst α1 and a Comparative catalyst V1 after loading
Der erfindungsgemäße Katalysator α1 und der Vergleichskatalysator V1 wurden in einer Produktionsanlage nacheinander in zwei Produktionskampagnen eingesetzt. Die Reaktortemperatur wurde auf 306 ± 2°C konstant gehalten, der Feed mit TMCH betrug 700 bis 800 kg/h. Nach 50 Tagen wurden folgende Ergebnisse erhalten. Der Vergleichskatalysator V1 führte bei einer Produktionsmenge von 720 t zu einer Rest-Selektivität von 87,4 %. Der erfindungsgemäße Katalysator α1 führte bei einer Produktionsmenge von 754 t zu einer Rest-Selektivität von 96,6 %.Of the Inventive catalyst α1 and the Comparative catalyst V1 were successively in a production plant used in two production campaigns. The reactor temperature was constant at 306 ± 2 ° C The feed with TMCH was 700 to 800 kg / h. After 50 days the following results were obtained. The comparative catalyst V1 led at a production rate of 720 t to a residual selectivity of 87.4 %. The catalyst according to the invention α1 introduced a production rate of 754 t at a residual selectivity of 96.6 %.
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