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DE102008054760A1 - Heterogeneous catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis and a process for its preparation - Google Patents

Heterogeneous catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis and a process for its preparation Download PDF

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DE102008054760A1
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catalyst
catalyst according
fischer
tropsch synthesis
cobalt
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Withdrawn
Application number
DE102008054760A
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German (de)
Inventor
Hans-Jürgen Dr. Eberle
Alexander Dr. Zipp
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Wacker Chemie AG
Original Assignee
Wacker Chemie AG
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Publication date
Application filed by Wacker Chemie AG filed Critical Wacker Chemie AG
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysator für die Fischer-Tropsch-Synthese auf einem Katalysatorträger aus SiO, dessen Formkörper aus hochreiner pyrogener Kieselsäure besteht, die ohne Zusatz von Bindemitteln hergestellt wurde und der Katalysator als aktive Komponente eine oder mehrere Elemente aus der Gruppe, umfassend Eisen, Kobalt, Nickel und Ruthenium, enthält.The present invention relates to a catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis on a catalyst support of SiO, whose shaped body consists of highly pure fumed silica, which was prepared without the addition of binders and the catalyst as active component one or more elements from the group comprising iron , Cobalt, nickel and ruthenium.

Description

Die Erfindung betrifft einen Katalysator für die Fischer-Tropsch-Synthese auf der Basis von Kobalt als Aktivkomponente auf binderfrei extrudierten und damit hochreinen und gleichzeitig hochoberflächigen Trägerformkörpern sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Katalysators.The The invention relates to a catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis based on cobalt as an active component extruded on binder-free and thus highly pure and at the same time high surface area Carrier moldings and a process for the preparation this catalyst.

Bei dem als Fischer-Tropsch-Synthese bekannten Verfahren werden Mischungen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff, allgemein bekannt als Synthesegas, an einem heterogenen Katalysator bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck zu einem Gemisch aus niederen gasförmigen und höheren flüssigen Kohlenwasserstoffen, bestehend aus Alkanen, Alkenen und Alkanolen gemäß den Formeln nCO + (2n + 1)H2 → CnH2n+2 + nH2O (Alkane) nCO + (2n)H2 → CnH2n + nH2O (Alkene) nCO + (2n)H2 → CnH2n+1OH + (n – 1)H2O (Alkanole)umgesetzt.In the process known as Fischer-Tropsch synthesis, mixtures of carbon monoxide and hydrogen, commonly known as synthesis gas, on a heterogeneous catalyst at elevated temperature and pressure to a mixture of lower gaseous and higher liquid hydrocarbons consisting of alkanes, alkenes and alkanols according to the formulas nCO + (2n + 1) H 2 → C n H 2n + 2 + nH 2 O (alkanes) nCO + (2n) H 2 → C n H 2 n + nH 2 O (alkenes) nCO + (2n) H 2 → CnH 2n + 1 OH + (n - 1) H 2 O (alkanols) implemented.

Der zunehmende Bedarf an Erdöl und die gleichzeitige Verknappung dessen weltweiter Vorräte sowie die daraus resultierende wachsende Bedeutung von alternativen und möglichst nachhaltigen Kraftstoffen für Verbrennungsmotoren sorgen für großes Interesse an der Fischer-Tropsch-Synthese als attraktivem Verfahren zur Darstellung hochqualitativer Energieträger.Of the increasing demand for oil and the simultaneous shortage its worldwide supplies and the resulting growing importance of alternative and sustainable as possible Fuels for internal combustion engines provide for great interest in the Fischer-Tropsch synthesis as attractive Process for the representation of high quality energy sources.

Neben den erwünschten langkettigen, flüssigen Kohlenwasserstoffen fallen auch immer unerwünschte kurzkettige gasförmige Kohlenwasserstoffe als Komponenten des komplexen Gemischs an, insbesondere Methan bis etwa 10 Mol-% des gesamten anfallenden Reaktionsprodukts. Dies ist insbesondere daher unvorteilhaft, da das zur Umsetzung eingesetzte Synthesegas derzeit noch größtenteils aus Erdgas (Methan) gewonnen wird.Next the desired long-chain, liquid hydrocarbons also always unwanted short-chain gaseous fall Hydrocarbons as components of the complex mixture, in particular Methane to about 10 mol% of the total resulting reaction product. This is particularly unfavorable because that is the implementation most of the synthesis gas currently used from natural gas (methane) is obtained.

Für industrielle Prozesse stehen daher Katalysatoren im Zentrum des Interesses, die zur Verringerung der Methanselektivitäten neben hohen Aktivitäten auch hohe Kettenwachstumswahrscheinlichkeiten aufweisen, da durch die Maximierung der Ausbeute an Komponenten der Wachs-Fraktion (C18+) beim anschließenden Hydrocracking die Effizienz über die gesamte Prozesskette deutlich erhöht werden kann.For industrial processes catalysts are therefore in the center of interest, which have high chain activities in addition to high activities to reduce methane selectivity, since maximizing the yield of components of the wax fraction (C 18+ ) during subsequent hydrocracking the efficiency over the entire process chain can be significantly increased.

Die katalytischen Eigenschaften der eingesetzten Katalysatoren werden maßgeblich durch das aktive Metall, die Promotoren und die Präparationsbedingungen, aber auch über das eingesetzte Trägermaterial bestimmt.The catalytic properties of the catalysts used governed by the active metal, the promoters and the preparation conditions, but also about the used carrier material determined.

Katalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese enthalten oft Eisen oder Kobalt als aktive Komponenten, zusammen mit einem oder mehreren Promotoren auf einem inerten Trägermaterial wie beispielsweise Al2O3, SiO2, TiO2 mit großer spezifischer Oberfläche.Catalysts for the Fischer-Tropsch synthesis often contain iron or cobalt as active components together with one or more promoters on an inert support material such as Al 2 O 3 , SiO 2 , TiO 2 with high specific surface area.

Die Katalysatoren können über mehrere Herstellungsrouten erhalten werden. Gängig für die Präparation von Fischer-Tropsch-Katalysatoren sind beispielsweise die als Fällung und als Imprägnierung bekannten Verfahren, wobei die Imprägnierung bevorzugt angewendet wird, da sie üblicherweise schneller und kostengünstiger ist und reproduzierbarere Ergebnisse liefert.The Catalysts can be made via several production routes to be obtained. Common for the preparation of Fischer-Tropsch catalysts are, for example, as precipitation and methods known as impregnation, wherein the impregnation is preferred because it usually faster and is more cost-effective and reproducible results supplies.

Zur Darstellung von Trägermaterialien für Katalysatoren der Fischer-Tropsch-Synthese sind ebenfalls verschiedene Verfahren bekannt.to Representation of support materials for catalysts The Fischer-Tropsch synthesis are also different methods known.

EP-0428223 beschreibt ein Verfahren, bei dem Trägerformkörper für die Verwendung als Fischer-Tropsch-Katalysatoren durch Vermahlung von Dispersionen bestehend aus Kieselsäure und einer löslichen Zirconiumverbindung, grenzflächenaktiven Substanzen und weiterer Zusätze in einer Elektrolytlösungen und anschließender Extrusion erhalten werden. EP-0428223 describes a process in which carrier tablets are obtained for use as Fischer-Tropsch catalysts by grinding dispersions consisting of silica and a soluble zirconium compound, surfactants and other additives in an electrolyte solution and subsequent extrusion.

Aus EP-0510771 ist ein ähnliches Verfahren bekannt, wobei hier auch die katalytisch aktive Komponente, vorzugsweise Kobalt, vor der Extrusion der Formkörper zur Dispersion gegeben und diese in einem Kollergang vermahlen wird.Out EP-0510771 a similar method is known, in which case also the catalytically active component, preferably cobalt, is added to the dispersion before the extrusion of the shaped bodies and this is ground in a pug mill.

In EP-0110449 wird ein Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese beschrieben, bei dem Trägermaterialien aus Siliziumdioxid sequentiell zunächst mit einer Titan- oder Zirconiumverbindung imprägniert und nach einer Kalzinierung mit einer Verbindung des katalytisch aktiven Kobalts imprägniert und anschließend kalziniert und reduziert werden.In EP-0110449 describes a process for the preparation of catalysts for the Fischer-Tropsch synthesis, in which the carrier materials of silicon dioxide sequentially impregnated first with a titanium or zirconium compound and impregnated after calcination with a compound of the catalytically active cobalt and then calcined and reduced.

US-4717702 beschreibt ein Verfahren, bei dem Katalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese auf Basis von hochreinem Aluminiumoxid mit hoher spezifischer Oberfläche und niedriger Acidität nach Modifikation mit Thoriumoxid oder einem anderen Oxid aus der Reihe der Lanthanoide oder Actinoide durch Imprägnierung mit nichtwässrigen Lösungsmitteln hergestellt und dadurch hohe Metalldispersionen erzielt werden. Nachteilig ist aber, dass mit den beschriebenen Katalysatoren auch bei hohen Kobaltbeladungen bis 47 Gew.-% nur vergleichsweise geringe Umsätze erzielt werden und bei industriell relevanten H2/CO-Verhältnissen auch signifikante Mengen an unerwünschtem Methan gebildet werden. US 4717702 describes a process in which Fischer-Tropsch synthesis based on high purity, high surface area, low acidity, high purity alumina after modification with thorium oxide or other lanthanide or actinide oxide is prepared by impregnation with non-aqueous solvents and thereby high Metal dispersions are achieved. However, it is disadvantageous that only comparatively low conversions are achieved with the catalysts described, even at high cobalt loadings of up to 47% by weight, and significant amounts of undesirable methane are also formed at industrially relevant H2 / CO ratios.

Nachteilig an allen bekannten Verfahren ist, dass die Trägermaterialien oder die daraus präparierten Katalysatoren aufgrund ihrer Eigenschaften, wie beispielsweise geringe spezifische Oberfläche oder enthaltene Verunreinigungen, bei der Fischer-Tropsch-Synthese hinsichtlich ihrer Aktivität und Selektivität zu den erwünschten langkettigen Kohlenwasserstoffen, limitiert sind.adversely In all known methods is that the support materials or the catalysts prepared therefrom on the basis of their Properties, such as low specific surface area or impurities contained in the Fischer-Tropsch synthesis in terms of their activity and selectivity to the desired long-chain hydrocarbons, limited are.

Es bestand daher die Aufgabe, einen hochaktiven und gleichzeitig hinsichtlich der Darstellung langkettiger Kohlenwasserstoffe selektiven Katalysator für die Fischer-Tropsch-Synthese auf Basis von Trägerformkörpern aus Siliziumdioxid zu entwickeln.It Therefore, the task was a highly active and at the same time the representation of long-chain hydrocarbons selective catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis based on carrier moldings to develop from silicon dioxide.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass hochaktive und selektive Katalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese auf Basis binderfrei extrudierter und somit hochreiner Formkörper aus pyrogener Kieselsäure erhalten werden können, die aufgrund ihres Herstellungsverfahrens hohe spezifische Oberflächen und eine enge Porenradienverteilung im Bereich der Meso- und Makroporen aufweisen.Surprisingly has been found to be highly active and selective catalysts for the Fischer-Tropsch synthesis based on binder-free extruded and thus highly pure molded body of fumed silica can be obtained due to their manufacturing process high specific surface areas and a narrow pore radius distribution in the meso and macropores area.

Gegenstand der Erfindung ist ein Katalysator für die Fischer-Tropsch-Synthese auf einem Katalysatorträger aus SiO2, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper aus hochreiner pyrogener Kieselsäure besteht, der ohne Zusatz von Bindemitteln hergestellt wurde und der Katalysator als aktive Komponente eine oder mehrere Elemente aus der Gruppe umfassend Eisen, Kobalt, Nickel und Ruthenium enthält.The invention relates to a catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis on a catalyst support of SiO 2 , characterized in that the shaped body consists of highly pure fumed silica, which was prepared without the addition of binders and the catalyst as the active component one or more elements of the group comprising iron, cobalt, nickel and ruthenium.

Die als Ausgangsstoff für die Herstellung der Trägerformkörper eingesetzte hochreine pyrogene Kieselsäure kann beispielsweise durch Verbrennung eines bei der Darstellung von Reinstsilizium anfallenden Gemischs von Tri- und Tetrachlorsilan in einer Knallgasflamme gewonnen werden. Die pyrogene Kieselsäure wird durch Vermahlung oder einfache Koagulation in Wasser dispergiert und unter Vermeidung von Kontamination sowohl durch Zusätze wie Binder, Rheologieverbesserer oder Porenbildner als auch durch sonstigen Eintrag von Verunreinigungen wie Abrieb zu Formkörpern extrudiert.The as starting material for the preparation of the carrier tablets used high-purity fumed silica, for example by combustion of a resulting in the presentation of ultrapure silicon Mixture of tri- and tetrachlorosilane obtained in a blast gas flame become. The fumed silica is made by grinding or simple coagulation dispersed in water and avoiding contamination by additives such as binders, rheology improvers or pore-forming agent as well as by other entry of impurities how to extrude abrasion to moldings.

Herstellungsverfahren für Formkörper aus hochreinem pyrogenen Siliciumdioxid sind aus WO-08/071610 und WO-08/071612 bekannt. Die Herstellverfahren aus diesen Veröffentlichungen sollen Teil dieser Anmeldung sein (incorporated by reference).Production methods for high purity fumed silica moldings are made WO-08/071610 and WO-08/071612 known. The preparation of these publications should be part of this application (incorporated by reference).

WO-08/071610 beschreibt Verfahren zur Herstellung von hochreinen Trägerkörpern aus SiO2 durch Vermahlung und Dispergierung ohne Bindemittel oder anderen Zusätzen. WO-08/071610 describes processes for the production of high-purity carrier bodies from SiO 2 by grinding and dispersion without binders or other additives.

WO-08/071612 beschreibt ist ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, bei dem das Metalloxid in Wasser vordispergiert und anschließend feindispergiert wird und diese Dispersion einer Änderung des pH-Werts unterzogen und darauf eine Formgebung und ein darauf folgendes Trocknen erfolgt. WO-08/071612 describes a process for the production of moldings, in which the metal oxide is predispersed in water and then finely dispersed and this dispersion is subjected to a change in the pH and then shaping and subsequent drying takes place.

Die Trägerformkörper des erfindungsgemäßen Katalysators können beispielsweise als Pellets, Ringe, Kugeln, Räder, Sessel, Waben oder jeder anderen für Katalysatoren gängigen Ausführungsform vorliegen. Besonders geeignet für den erfindungsgemäßen Katalysator sind zylindrische Extrudate wie Pellets oder Ringe.The Carrier molding of the invention Catalysts can be used, for example, as pellets, rings, spheres, Wheels, armchairs, honeycombs or any other for catalysts common embodiment. Especially suitable for the catalyst according to the invention are cylindrical extrudates such as pellets or rings.

Durch die anschließende thermische Behandlung der Grünkörper können Eigenschaften der Katalysatorträger wie beispielsweise Porenstruktur und mechanische Stabilität gezielt eingestellt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kommen Formkörper mit definierter Porenstruktur mit einer sehr engen monomodalen Porenradienverteilung im Bereich zwischen 5 und 30 nm, bevorzugt zwischen 10 und 20 nm zum Einsatz, die weniger als 1% Mikroporen aufweisen und sich durch einen hohen Anteil der Mesoporen am gesamten Porenvolumen von über 75%, bevorzugt über 90% auszeichnen.By the subsequent thermal treatment of the green body can properties of catalyst supports such as For example, pore structure and mechanical stability be targeted. In a particularly preferred embodiment of the method come moldings with defined pore structure with a very narrow monomodal pore radius distribution in the range between 5 and 30 nm, preferably between 10 and 20 nm, which have less than 1% micropores and are characterized by a high Proportion of mesopores in the total pore volume of over 75%, preferably over 90%.

Als aktive Komponente für die Fischer-Tropsch-Synthese kommen eines oder mehrere der Metalle aus der Gruppe Eisen, Kobalt, Nickel und Ruthenium zum Einsatz, besonders bevorzugt Kobalt. Kobalt als aktive Komponente zeichnet sich dabei durch hohe Kettenwachstumswahrscheinlichkeiten und das Fehlen von Aktivität hinsichtlich der Wassergas-Shift-Reaktion aus.When come active component for the Fischer-Tropsch synthesis one or more of the metals of the group iron, cobalt, nickel and ruthenium used, particularly preferably cobalt. Cobalt as Active component is characterized by high chain growth probabilities and the lack of activity in the water gas shift reaction out.

Durch die sehr hohe Reinheit der erfindungsgemäß verwendeten Katalysatorträger kann man den Katalysator zudem sehr gezielt mit verschiedenen Promotoren dotieren. Als Dotierstoffe kommen beispielsweise Ruthenium, Rhenium, Chrom und Eisen zur Verwendung. Besonders bevorzugt wird Ruthenium als Promotor.By the very high purity of the invention used Catalyst support can also be the catalyst very targeted dope with different promoters. As dopants, for example ruthenium, Rhenium, chromium and iron for use. Particularly preferred Ruthenium as a promoter.

Aufgrund der hohen Reinheit kann das Trägermaterial auch sehr gezielt durch weitere Metalloxide wie beispielsweise ZrO2, La2O3, CeO2, TiO2, HfO2, ThO2 modifiziert werden. In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens werden die Trägerformkörper mit 0,1 und 25 Gew.-% ZrO2 modifiziert. Bevorzugt wird eine Modifizierung zwischen 2 und 20 Gew.-% ZrO2 und besonders bevorzugt zwischen 5 und 15 Gew.-% ZrO2.Due to the high purity, the support material can also be very selectively modified by further metal oxides such as ZrO 2 , La 2 O 3 , CeO 2 , TiO 2 , HfO 2 , ThO 2 . In a particular embodiment of the method, the carrier tablets are modified with 0.1 and 25 wt .-% ZrO 2 . Preferred is a modification between 2 and 20 wt .-% ZrO 2 and more preferably between 5 and 15 wt .-% ZrO 2 .

Die Aufbringung der beschriebenen Komponenten kann nach gängigen Methoden der Präparation heterogener Katalysatoren erfolgen, beispielsweise bieten sich die unter Imprägnierung, Auffällung, Ligandentausch bekannten Verfahren an. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Herstellung des Katalysators durch Imprägnierung der Trägermaterialien mit Lösungen von Verbindungen der Aktivmetalle und weiteren Komponenten des Katalysators.The Application of the components described may be common Methods of preparing heterogeneous catalysts, For example, under impregnation, Auffällung, Ligand exchange known method. In a particularly preferred Embodiment, the preparation of the catalyst by impregnation of the support materials with Solutions of compounds of active metals and others Components of the catalyst.

Mögliche Lösungsmittel für die Imprägnierung sind Wasser sowie organische Lösungsmittel wie beispielsweise Methanol, Ethanol, Propanol, Aceton, Diethylether, Tetrahydrofuran, Acetonitril und Dimethylformamid. Besonders bevorzugt für das Verfahren ist die Verwendung von Wasser für die Aufbringung der Komponenten.Possible Solvents for impregnation are Water and organic solvents such as Methanol, ethanol, propanol, acetone, diethyl ether, tetrahydrofuran, Acetonitrile and dimethylformamide. Especially preferred for the process is the use of water for application of the components.

Die Menge der Lösung ist üblicherweise größer oder gleich dem Porenvolumen der zu imprägnierenden Trägerformkörper.The Amount of solution is usually larger or equal to the pore volume of the carrier moldings to be impregnated.

In einer weiteren Ausführungsform des Katalysators werden Vorstufen des Aktivmetalls und der Promotoren bereits beim Herstellungsprozess der Trägermaterialien zugegeben und mit diesem der Formgebung unterzogen. Dieses Vorgehen ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da die Aufbringung größerer Mengen an aktiver Komponente bei konventioneller Imprägnierung sequentiell in mehreren Schritten erfolgen muss. Bei dem hier dargestellten Katalysator können die erforderlichen Mengen der Vorstufe des Aktivmetalls in einem einzigen Herstellungsschritt zugegeben werden, was die Herstellung des Katalysators deutlich vereinfacht.In a further embodiment of the catalyst Precursors of the active metal and the promoters already in the manufacturing process added to the support materials and subjected to this with the shaping. This procedure is particularly advantageous because the application larger amounts of active component in conventional Impregnation sequentially done in several steps got to. In the case of the catalyst shown here, the required amounts of the precursor of the active metal in a single Manufacturing step are added, which is the preparation of the catalyst much easier.

Die Katalysatorvorstufen werden vor der Durchführung der Fischer-Tropsch-Synthese einer definierten Vorbehandlung unterzogen. So werden die Vorstufen üblicherweise für 1 bis 10 Stunden bei Temperaturen zwischen 250 und 500°C in inerter oder oxidierender Atmosphäre kalziniert und anschließend einer Reduktion für 1 bis 10 Stunden bei Temperaturen zwischen 250 und 500°C in reduktiver Atmosphäre unterzogen.The Catalyst precursors are prepared prior to the Fischer-Tropsch synthesis subjected to a defined pretreatment. This is how the precursors become common for 1 to 10 hours at temperatures between 250 and 500 ° C in an inert or oxidizing atmosphere calcined and then a reduction for 1 to 10 hours at temperatures between 250 and 500 ° C subjected to reductive atmosphere.

Der erfindungsgemäße Katalysator kann als Festbettkatalysator oder als Suspensionskatalysator eingesetzt werden. Bevorzugt ist allerdings die Durchführung der Fischer-Tropsch-Synthese mit diesem Katalysator im Festbett.Of the catalyst according to the invention can be used as a fixed bed catalyst or used as a suspension catalyst. Is preferred However, the implementation of the Fischer-Tropsch synthesis with this catalyst in a fixed bed.

Die Umsetzungen mit dem erfindungsgemäßen Katalysator werden bei Temperaturen zwischen 100 und 300°C, bevorzugt bei 180 bis 240°C und bei Drücken von 0 bis 50 bar, bevorzugt bei 15 bis 30 bar durchgeführt. Die Stoffmengenverhältnisse von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid betragen zwischen 1,0 und 3,0, bevorzugt zwischen 1,8 und 2,5.The Reactions with the catalyst according to the invention are at temperatures between 100 and 300 ° C, preferably at 180 to 240 ° C and at pressures of 0 to 50 bar, preferably carried out at 15 to 30 bar. The molar ratios from hydrogen to carbon monoxide are between 1.0 and 3.0, preferably between 1.8 and 2.5.

In den nachfolgenden Beispielen soll die vorliegende Erfindung näher erläutert werden.In The following examples are intended to illustrate the present invention in more detail be explained.

Die erfindungsgemäßen Katalysatoren für die Fischer-Tropsch-Synthese wurden nachfolgend mit jeweils identisch präparierten Katalysatoren auf Basis zweier alternativer Trägermaterialien verglichen (Vergleichsträger 1 und Vergleichsträger 2). erfindungsgem. Träger Vergleichsträger 1 Vergleichsträger 2 SSA_BET, m2/g 234 130 234 SSA_Hg, m2/g 250 137 74 d50, nm 15 20 48 Anteil 10–20 nm 79% 31% 20% Kontamination Na, ppm < 10 1100 2100 Ca, ppm < 10 430 120 Al, ppm < 10 5800 1200 Ni, ppm < 1 2,7 1,5 Fe, ppm < 1 1300 107 Ti, ppm < 1 1900 170 Summe, ppm 7 10530 3750 The novel catalysts for the Fischer-Tropsch synthesis were subsequently compared with identically prepared catalysts based on two alternative support materials (comparative support 1 and comparative support 2). invention. carrier Comparison carrier 1 Comparison carrier 2 SSA_BET, m 2 / g 234 130 234 SSA_Hg, m 2 / g 250 137 74 d50, nm 15 20 48 Proportion 10-20 nm 79% 31% 20% contamination Na, ppm <10 1100 2100 Ca, ppm <10 430 120 Al, ppm <10 5800 1200 Ni, ppm <1 2.7 1.5 Fe, ppm <1 1300 107 Ti, ppm <1 1900 170 Sum, ppm 7 10530 3750

Definitionen:definitions:

  • – SSA_BET spezifische Oberfläche durch Physisorption nach BET- SSA_BET specific surface by physisorption to BET
  • – SSA_Hg spezifische Oberfläche durch Quecksilber-Porosimetrie- SSA_Hg specific surface by mercury porosimetry
  • – d50 mittlerer Porendurchmesser durch Porosimetrie- d50 mean pore diameter by porosimetry
  • – Verunreinigungen mittels Elementaranalyse- Impurities by elemental analysis

1 zeigt die Porenradienverteilung der erfindungsgemäßen Trägerformkörper und der beiden Vergleichsträger. Der erfindungsgemäße Katalysator zeigt eine deutlich engere Porenradienverteilung. Auch weist die signifikante Differenz zwischen der spezifischen Oberfläche des Vergleichsträgers 2 aus Stickstoffphysisorption nach BET und der Quecksilberporosimetrie auf einen hohen Anteil an Mikroporen in diesem Material hin. 1 shows the pore radius distribution of the carrier shaped bodies according to the invention and the two comparative carriers. The catalyst of the invention shows a much narrower pore radius distribution. Also, the significant difference between the specific surface area of Comparative Support 2 from BET nitrogen adsorption and from Mercury Porosimetry indicates a high level of micropores in this material.

Beispiel 1: Fischer-Tropsch-Synthese mit 20% Co-Ru/SiO2Example 1: Fischer-Tropsch synthesis with 20% Co-Ru / SiO 2

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysators wurde ein Trägerformkörper aus hochreiner pyrogener Kieselsäure, hergestellt ohne Zusatz von Bindemitteln, mit einer wässrigen Lösung von Kobaltnitrat und Rutheniumnitrosylnitrat imprägniert und getrocknet. Kobalt dient hier als aktive Komponente und Ruthenium als Promotor. Die erhaltene Katalysatorvorstufe wurde zunächst 4 Stunden bei 400°C an Luft kalziniert und anschließend unter Wasserstoff langsam auf 400°C erhitzt und für weitere 4 Stunden reduziert. Der Katalysator enthielt 20 gew.-% Kobalt und 0,27 gew.-% Ruthenium.at the preparation of the catalyst according to the invention was a carrier mold made of highly pure pyrogenic Silica, made without the addition of binders, with an aqueous solution of cobalt nitrate and Ruthenium nitrosyl nitrate impregnated and dried. cobalt serves as an active component and ruthenium as a promoter. The The catalyst precursor obtained was initially 4 hours Calcined at 400 ° C in air and then slowly heated to 400 ° C under hydrogen and for reduced another 4 hours. The catalyst contained 20% by weight Cobalt and 0.27 wt .-% ruthenium.

Der Katalysator wurde mit Synthesegas mit einem konstanten Stoffmengenverhältnis von H2 zu CO von 2.0 und bei Temperaturen zwischen 200 und 220°C sowie einem Reaktionsdruck von 20 bar und einer GHSV von 2200 NL(gas) pro L(Katalysator) und Stunde untersucht. Ergebnisse: Temperatur, °C 200°C 205°C 210°C 220°C Umsatz CO 16,6% 21,7% 29,5% 54,0% Selektivität C13+ 52,2% 59,2% 52,0% 56,6% Selektivität C5–C12 26,5% 22,6% 26,6% 24,4% Selektivität CH4 8,7% 7,6% 8,9% 8,3% The catalyst was investigated with synthesis gas with a constant molar ratio of H 2 to CO of 2.0 and at temperatures between 200 and 220 ° C and a reaction pressure of 20 bar and a GHSV of 2200 NL (gas) per L (catalyst) and hour. Results: Temperature, ° C 200 ° C 205 ° C 210 ° C 220 ° C Sales CO 16.6% 21.7% 29.5% 54.0% Selectivity C13 + 52.2% 59.2% 52.0% 56.6% Selectivity C5-C12 26.5% 22.6% 26.6% 24.4% Selectivity CH4 8.7% 7.6% 8.9% 8.3%

Vergleichsbeispiel 1:Comparative Example 1

Es wurde analog Beispiel 1 vorgegangen, jedoch wurde als Trägerformkörper der Vergleichsträger 1 eingesetzt. Temperatur, °C 200°C 205°C 210°C 220°C Umsatz CO 18,6% 24,3% 23,6% 57,6% Selektivität C13+ 51,2% 55,4% 48,2% 34,4% Selektivität C5–C12 26,9% 24,6% 28,4% 36,2% Selektivität CH4 9,6% 8,8% 10,3% 13,3% The procedure was analogous to Example 1, but the comparative carrier 1 was used as a carrier molding. Temperature, ° C 200 ° C 205 ° C 210 ° C 220 ° C Sales CO 18.6% 24.3% 23.6% 57.6% Selectivity C13 + 51.2% 55.4% 48.2% 34.4% Selectivity C5-C12 26.9% 24.6% 28.4% 36.2% Selectivity CH4 9.6% 8.8% 10.3% 13.3%

Der erfindungsgemäße Katalysator und der Katalysator auf Basis des Vergleichsträgers 1 weisen unter gleichen Reaktionsbedingungen ähnliche Umsätze auf. Die Kettenwachstumswahrscheinlichkeit bei dem erfindungsgemäßen Katalysator bleibt auch bei höheren Umsätzen, respektive Temperaturen, konstant, während diese bei dem Katalysator auf Basis des Vergleichsträgers 1 hingegen deutlich abnimmt.Of the catalyst of the invention and the catalyst on the basis of the comparison carrier 1 have the same Reaction conditions similar sales. The Chain growth probability in the invention Catalyst remains even with higher sales, respectively temperatures, constant while these at the Catalyst based on the comparative carrier 1, however decreases significantly.

Vergleichsbeispiel 2:Comparative Example 2:

Es wurde analog Beispiel 1 vorgegangen, jedoch wurde als Trägerformkörper der Vergleichsträger 2 eingesetzt. Temperatur, °C 200°C 205°C 210°C 220°C Umsatz CO 6,2% 8,0% 10,1% 19,9% Selektivität C13+ 37,0% 39,6% 33,4% 34,7% Selektivität C5–C12 37,9% 33,8% 34,1% 34,0% Selektivität CH4 17,1% 16,2% 17,5% 16,5% The procedure was analogous to Example 1, but the support carrier 2 was used as a carrier molding. Temperature, ° C 200 ° C 205 ° C 210 ° C 220 ° C Sales CO 6.2% 8.0% 10.1% 19.9% Selectivity C13 + 37.0% 39.6% 33.4% 34.7% Selectivity C5-C12 37.9% 33.8% 34.1% 34.0% Selectivity CH4 17.1% 16.2% 17.5% 16.5%

Der Katalysator auf Basis des Vergleichsträgers 2 zeigt im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Katalysator bei gleichen Reaktionsbedingungen signifikant geringere Umsätze und schlechtere Selektivitäten.Of the Catalyst based on the comparative carrier 2 shows in Contrary to the catalyst according to the invention under the same reaction conditions significantly lower sales and worse selectivities.

Beispiel 2: Fischer-Tropsch-Synthese mit 30% Co-Ru/SiO2Example 2: Fischer-Tropsch synthesis with 30% Co-Ru / SiO 2

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysators wurde ein Trägerformkörper aus hochreiner pyrogener Kieselsäure, hergestellt ohne Zusatz von Bindemitteln, mit einer wässrigen Lösung von Kobaltnitrat und Rutheniumnitrosylnitrat imprägniert und getrocknet. Kobalt dient hier als aktive Komponente und Ruthenium als Promotor. Die erhaltene Katalysatorvorstufe wurde zunächst 4 Stunden bei 400°C an Luft kalziniert und anschließend unter Wasserstoff langsam auf 400°C erhitzt und für weitere 4 Stunden reduziert. Der Katalysator enthielt 30 gew.-% Kobalt und 0,41 gew.-% Ruthenium.at the preparation of the catalyst according to the invention was a carrier mold made of highly pure pyrogenic Silica, made without the addition of binders, with an aqueous solution of cobalt nitrate and Ruthenium nitrosyl nitrate impregnated and dried. cobalt serves as an active component and ruthenium as a promoter. The The catalyst precursor obtained was initially 4 hours Calcined at 400 ° C in air and then slowly heated to 400 ° C under hydrogen and for reduced another 4 hours. The catalyst contained 30% by weight Cobalt and 0.41% by weight of ruthenium.

Der Katalysator wurde mit Synthesegas mit einem konstanten Stoffmengenverhältnis von H2 zu CO von 2.0 mit einem Anteil von 10 vol.% Stickstoff als internem Standard und bei Temperaturen zwischen 200 und 240°C sowie einem Reaktionsdruck von 20 bar und einer GHSV von 1200 NL(gas) pro L(Katalysator) und Stunde untersucht. Ergebnisse: Temperatur, °C 200°C 220°C 240°C Umsatz CO 28,5% 55,0% 76,6% Selektivität CH4 12,8% 11,4% 14,9% The catalyst was reacted with synthesis gas with a constant molar ratio of H 2 to CO of 2.0 with a proportion of 10% by volume of nitrogen as internal standard and at temperatures between 200 and 240 ° C. and a reaction pressure of 20 bar and a GHSV of 1200 NL (cf. gas) per L (catalyst) and hour. Results: Temperature, ° C 200 ° C 220 ° C 240 ° C Sales CO 28.5% 55.0% 76.6% Selectivity CH4 12.8% 11.4% 14.9%

Vergleichsbeispiel 3:Comparative Example 3

Es wurde analog Beispiel 2 vorgegangen, jedoch wurde als Trägerformkörper der Vergleichsträger 1 eingesetzt. Temperatur, °C 200°C 220°C 240°C Umsatz CO 9,5% 40,3% 66,0% Selektivität CH4 19,0% 13,1% 18,0% The procedure was analogous to Example 2, but the comparative carrier 1 was used as a carrier molding. Temperature, ° C 200 ° C 220 ° C 240 ° C Sales CO 9.5% 40.3% 66.0% Selectivity CH4 19.0% 13.1% 18.0%

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist besitzt der Katalysator auf dem Vergleichsträger 1 gegenüber dem erfindungsgemäßen Katalysator aus Beispiel 2 bei gleichen Reaktionsbedingungen sowohl niedrigere Aktivitäten als auch eine höhere Selektivität zu unerwünschtem Methan.As From the table it can be seen that the catalyst has on the Comparison carrier 1 with respect to the invention Catalyst from Example 2 under the same reaction conditions both lower activities as well as higher selectivity to undesirable methane.

Beispiel 3: Fischer-Tropsch-Synthese mit 20% Co-Ru/SiO2-ZrO2Example 3: Fischer-Tropsch synthesis with 20% Co-Ru / SiO 2 -ZrO 2

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysators wurde ein Trägerformkörper aus hochreiner pyrogener Kieselsäure, hergestellt ohne Zusatz von Bindemitteln, zunächst mit einer Lösung von Zirconiumpropanolat in Propanol imprägniert, getrocknet und für 2 Stunden bei 300°C unter Luft kalziniert. Der so modifizierte Trägerformkörper enthielt 10 gew.-% Zirconiumoxid. Dieser wurde im nächsten Schritt mit einer wässrigen Lösung von Kobaltnitrat und Rutheniumnitrosylnitrat imprägniert und getrocknet. Kobalt dient hier als aktive Komponente und Ruthenium als Promotor. Die erhaltene Katalysatorvorstufe wurde erst 4 Stunden bei 400°C an Luft kalziniert und anschließend unter Wasserstoff langsam auf 400°C erhitzt und für weitere 4 Stunden reduziert. Der Katalysator enthielt 20 gew.-% Kobalt und 0,27 gew.-% Ruthenium.at the preparation of the catalyst according to the invention was a carrier mold made of highly pure pyrogenic Silica, made without the addition of binders, first with a solution of zirconium propoxide impregnated in propanol, dried and for 2 Calcined hours at 300 ° C under air. The so modified Carrier molding contained 10 wt .-% zirconium oxide. This was in the next step with an aqueous Solution of cobalt nitrate and Rutheniumnitrosylnitrat impregnated and dried. Cobalt serves as the active component and ruthenium as a promoter. The resulting catalyst precursor was only 4 hours Calcined at 400 ° C in air and then slowly heated to 400 ° C under hydrogen and for reduced another 4 hours. The catalyst contained 20% by weight Cobalt and 0.27 wt .-% ruthenium.

Der Katalysator wurde mit Synthesegas mit einem konstanten Stoffmengenverhältnis von H2 zu CO von 2.0 mit einem Anteil von 10 vol.% Stickstoff als internem Standard und bei Temperaturen zwischen 200 und 240°C sowie einem Reaktionsdruck von 20 bar und einer GHSV von 1200 NL(gas) pro L(Katalysator) und Stunde untersucht. Ergebnisse: Temperatur, °C 200°C 220°C 240°C Umsatz CO 40,8% 61,2% 79,1% Selektivität CH4 8,0% 11,0% 14,8% The catalyst was reacted with synthesis gas with a constant molar ratio of H 2 to CO of 2.0 with a proportion of 10% by volume of nitrogen as internal standard and at temperatures between 200 and 240 ° C. and a reaction pressure of 20 bar and a GHSV of 1200 NL (cf. gas) per L (catalyst) and hour. Results: Temperature, ° C 200 ° C 220 ° C 240 ° C Sales CO 40.8% 61.2% 79.1% Selectivity CH4 8.0% 11.0% 14.8%

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, kann die Aktivität des erfindungsgemäßen Katalysators durch die Dotierung mit Zirconium nochmals deutlich gesteigert werden.As can be seen from the table, the activity of the catalyst according to the invention by the doping be significantly increased again with zirconium.

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Claims (13)

Katalysator für die Fischer-Tropsch-Synthese auf einem Katalysatorträger aus SiO2, dadurch gekennzeichnet, dass der Formkörper aus hochreiner pyrogener Kieselsäure besteht, der ohne Zusatz von Bindemitteln hergestellt wurde und der Katalysator als aktive Komponente eine oder mehrere Elemente aus der Gruppe umfassend Eisen, Kobalt, Nickel und Ruthenium enthält.Catalyst for the Fischer-Tropsch synthesis on a catalyst support of SiO 2 , characterized in that the shaped body consists of highly pure fumed silica which was prepared without the addition of binders and the catalyst as active component one or more elements from the group comprising iron, Contains cobalt, nickel and ruthenium. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Komponente Kobalt ist.Catalyst according to claim 1, characterized in that that the active component is cobalt. Katalysator nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator mit einem oder mehreren der Elementen aus der Gruppe Ruthenium, Rhenium, Chrom und Eisen dotiert ist.Catalyst according to Claims 1 to 2, characterized that the catalyst with one or more of the elements from the Group ruthenium, rhenium, chromium and iron is doped. Katalysator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger durch ein oder mehrere Metalloxide aus der Gruppe enthaltend ZrO2, La2O3, CeO2, TiO2, HfO2, ThO2 modifiziert ist.Catalyst according to claim 1 to 3, characterized in that the catalyst support is modified by one or more metal oxides from the group containing ZrO 2 , La 2 O 3 , CeO 2 , TiO 2 , HfO 2 , ThO 2 . Katalysator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger eine definierte Porenstruktur mit einer monomodalen Porenradienverteilung im Bereich zwischen 5 und 30 nm besitzt.Catalyst according to Claims 1 to 4, characterized the catalyst support has a defined pore structure with a monomodal pore radius distribution in the range between 5 and 30 nm. Katalysator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger weniger als 1% Mikroporen aufweist und der Anteil an Mesoporen am gesamten Porenvolumen über 75% beträgt.Catalyst according to claim 5, characterized in that the catalyst support has less than 1% micropores and the proportion of mesopores in the total pore volume 75%. Katalysator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorformkörper die Form von Pellets, Ringen, Kugeln, Räder, Sesseln oder Waben besitzen.Catalyst according to Claims 1 to 6, characterized that the shaped catalyst bodies take the form of pellets, rings, Own balls, wheels, armchairs or honeycombs. Katalysator nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringung der katalytischen Masse auf die Trägermaterialien durch Imprägnierung mit Lösungen von Verbindungen der Aktivmetalle und der weiteren Komponenten des Katalysators erfolgt.Catalyst according to Claims 1 to 7, characterized that the application of the catalytic mass to the substrates by impregnation with solutions of compounds the active metals and the other components of the catalyst takes place. Katalysator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Imprägnierung mittels wässrigen Lösungen oder Lösungen mit organischen Lösungsmitteln erfolgt.Catalyst according to claim 8, characterized in that that the impregnation by means of aqueous solutions or solutions with organic solvents. Katalysator nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorstufen des Aktivmetalls und der Promotoren bereits beim Herstellungsprozess der Trägermaterialien zugegeben werden.Catalyst according to Claims 1 to 9, characterized that the precursors of the active metal and the promoters already in the Manufacturing process of the carrier materials are added. Katalysator nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Festbettkatalysator oder als Suspensionskatalysator eingesetzt wird.Catalyst according to claims 1 to 10, characterized in that that this as a fixed-bed catalyst or as a suspension catalyst is used. Katalysator nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorvorstufen für 1 bis 10 Stunden bei Temperaturen zwischen 250 und 500°C in inerter oder oxidierender Atmosphäre kalziniert und anschließend einer Reduktion für 1 bis 10 Stunden bei Temperaturen zwischen 250 und 500°C in reduktiver Atmosphäre unterzogen wurden.Catalyst according to Claims 1 to 11, characterized that the catalyst precursors for 1 to 10 hours at Temperatures between 250 and 500 ° C in inert or oxidizing Atmosphere calcined and then a reduction for 1 to 10 hours at temperatures between 250 and 500 ° C in a reductive atmosphere were subjected. Katalysator nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Reaktion bei Temperaturen zwischen 100 und 300°C und bei Drücken von 0 bis 50 bar und bei einem Stoffmengenverhältniss von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid zwischen 1,0 und 3,0, durchgeführt wird.Catalyst according to claims 1 to 12, characterized in that that the catalytic reaction at temperatures between 100 and 300 ° C and at pressures of 0 to 50 bar and at a molar ratio of hydrogen to carbon monoxide between 1.0 and 3.0.
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