[go: up one dir, main page]

DE102011086451A1 - METHANOL SYNTHESIS CATALYST BASED ON COPPER, ZINC AND ALUMINUM - Google Patents

METHANOL SYNTHESIS CATALYST BASED ON COPPER, ZINC AND ALUMINUM Download PDF

Info

Publication number
DE102011086451A1
DE102011086451A1 DE102011086451A DE102011086451A DE102011086451A1 DE 102011086451 A1 DE102011086451 A1 DE 102011086451A1 DE 102011086451 A DE102011086451 A DE 102011086451A DE 102011086451 A DE102011086451 A DE 102011086451A DE 102011086451 A1 DE102011086451 A1 DE 102011086451A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst
catalyst precursor
precursor material
copper
aluminum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102011086451A
Other languages
German (de)
Inventor
Dr. Kniep Benjamin
Martin Hieke
Dr. Kurr Patrick
Malte Behrens
Dr. Schlögel Robert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Clariant Produkte Deutschland GmbH
Original Assignee
Sued Chemie IP GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sued Chemie IP GmbH and Co KG filed Critical Sued Chemie IP GmbH and Co KG
Priority to DE102011086451A priority Critical patent/DE102011086451A1/en
Priority to PCT/EP2012/071581 priority patent/WO2013072197A1/en
Priority to EP12783572.6A priority patent/EP2780110A1/en
Priority to CN201280064200.2A priority patent/CN104039444A/en
Priority to IN985KON2014 priority patent/IN2014KN00985A/en
Priority to JP2014541598A priority patent/JP2015502248A/en
Priority to RU2014123678/04A priority patent/RU2014123678A/en
Publication of DE102011086451A1 publication Critical patent/DE102011086451A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/80Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with zinc, cadmium or mercury
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2235/00Indexing scheme associated with group B01J35/00, related to the analysis techniques used to determine the catalysts form or properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2235/00Indexing scheme associated with group B01J35/00, related to the analysis techniques used to determine the catalysts form or properties
    • B01J2235/30Scanning electron microscopy; Transmission electron microscopy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/391Physical properties of the active metal ingredient
    • B01J35/392Metal surface area
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/61Surface area
    • B01J35/61310-100 m2/g
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/61Surface area
    • B01J35/615100-500 m2/g
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/66Pore distribution
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/03Precipitation; Co-precipitation
    • B01J37/031Precipitation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/16Reducing
    • B01J37/18Reducing with gases containing free hydrogen
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/15Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively
    • C07C29/151Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases
    • C07C29/153Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases characterised by the catalyst used
    • C07C29/154Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of oxides of carbon exclusively with hydrogen or hydrogen-containing gases characterised by the catalyst used containing copper, silver, gold, or compounds thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2235/00Indexing scheme associated with group B01J35/00, related to the analysis techniques used to determine the catalysts form or properties
    • B01J2235/15X-ray diffraction
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/70Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their crystalline properties, e.g. semi-crystalline
    • B01J35/77Compounds characterised by their crystallite size
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/80Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their amorphous structures
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Katalysatorvorläufermaterial, das Oxide und Carbonate von Kupfer, Zink und Aluminium umfasst, wobei Cu und Zn zusammen in einer größeren molaren Menge als Aluminium vorhanden sind und die Carbonate und Oxide eine homogene Phase bilden, sowie auf das Katalysatormaterial, das sich aus der Reduktion dieses Vorläufers ergibt. Das Katalysatormaterial umfasst diskrete kristalline Cu-Partikel, die teilweise in eine kontinuierliche homogene Phase eingebettet sind, die Oxide und Carbonate von mindestens Zn und Al umfasst, wobei in dem Katalysatormaterial Cu und Zn zusammen in größerer molarer Menge als Aluminium vorhanden sind und das molare Verhältnis von Cu und Zn bevorzugt 0,5/1 bis kleiner als 2,8/1 ist und der Al-Gehalt 1 bis 30 mol%, bezogen auf alle Metallbestandteile, beträgt. Die Erfindung betrifft auch ein besonderes Verfahren zum Herstellen dieses Katalysators. Der Katalysator zeigt eine ausgezeichnete Effizienz und Stabilität bei der Synthese von Methanol aus Synthesegas.The present invention relates to a catalyst precursor material comprising oxides and carbonates of copper, zinc and aluminum, wherein Cu and Zn are present together in a larger molar amount than aluminum and the carbonates and oxides form a homogeneous phase, as well as the catalyst material, that results from the reduction of this precursor. The catalyst material comprises discrete crystalline Cu particles partially embedded in a continuous homogeneous phase comprising oxides and carbonates of at least Zn and Al, wherein in the catalyst material Cu and Zn are present together in greater molar amount than aluminum and the molar ratio of Cu and Zn is preferably 0.5 / 1 to less than 2.8 / 1, and the Al content is 1 to 30 mol% based on all metal components. The invention also relates to a particular method of making this catalyst. The catalyst shows excellent efficiency and stability in the synthesis of methanol from synthesis gas.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Katalysator, der katalytisch aktive Kupferpartikel enthält, die in eine Zink- und Aluminium-enthaltende Phase eingebettet sind, sowie dessen Verwendung bei der Herstellung von Methanol aus Synthesegas.The present invention relates to a catalyst containing catalytically active copper particles embedded in a zinc and aluminum-containing phase and its use in the production of methanol from synthesis gas.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Die weltweite Nachfrage nach Methanol, das eine der wichtigsten Grundchemikalien ist, beträgt mehr als 30 Millionen Tonnen pro Jahr, und es wird vorhergesagt, dass seine Bedeutung in der Zukunft weiter steigen wird. Industriell wird es aus Synthesegas, einer Mischung aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2), typischerweise bei 35 bis 55 bar und 200 bis 300°C, hergestellt. Seit den frühen wegbereitenden Studien der Arbeiter am ICI, wiedergespiegelt durch GB 1 010 871 , GB 1 159 035 und GB 1 296 211 , werden fast ausschließlich Cu/ZnO/Al2O3-Katalysatoren in dieser Industriereaktion verwendet. Diese Katalysatoren werden üblicherweise in einer Mehrschrittsynthese hergestellt ( D. Waller et al. Faraday Discuss. Chem. Soc. 1989, 87, 107 ). Die Co-Fällung von gemischten wässrigen Cu-, Zn- und Al-Nitratlösungen unter Verwendung von Soda als Fällungsmittel wird bei einem konstanten pH nahe 7, gefolgt von einem Alterungszeitraum, durchgeführt, um einen gemischten Cu/Zn/Al-Hydroxycarbonatvorläufer herzustellen, der zu einer untrennbaren Mischung der Oxide kalziniert wird. Abschließend wird CuO, das in diesem Katalysatorvorläufer vorliegt, reduziert, um die aktive Katalysatorform, die elementares Kupfer enthält, zu erhalten.Global demand for methanol, which is one of the major commodity chemicals, is more than 30 million tons per year, and it is predicted that its importance will continue to increase in the future. Industrially, it is made from synthesis gas, a mixture of hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ), typically at 35 to 55 bar and 200 to 300 ° C. Since the early pioneering studies of the workers at the ICI, reflected by GB 1 010 871 . GB 1 159 035 and GB 1 296 211 , almost exclusively Cu / ZnO / Al 2 O 3 catalysts are used in this industrial reaction. These catalysts are usually prepared in a multi-step synthesis ( Waller et al. Faraday Discuss. Chem. Soc. 1989, 87, 107 ). Co-precipitation of mixed aqueous Cu, Zn and Al nitrate solutions using soda as precipitant is carried out at a constant pH close to 7 followed by an aging period to produce a mixed Cu / Zn / Al hydroxycarbonate precursor, which is calcined to an inseparable mixture of the oxides. Finally, CuO present in this catalyst precursor is reduced to obtain the active catalyst form containing elemental copper.

EP 0 125 689 A2 (= US 4,353,071 ), im Namen der Süd-Chemie AG, offenbart Katalysatoren dieser Art, die durch eine spezifische Porengrößenverteilung gekennzeichnet sind. Dieses Dokument lehrt auch, dass das Kupfer-/Zink-Molverhältnis bevorzugt 2,8 bis 3,8 beträgt. EP 0 125 689 A2 (= US 4,353,071 ), in the name of Süd-Chemie AG, discloses catalysts of this type, which are characterized by a specific pore size distribution. This document also teaches that the copper / zinc mole ratio is preferably 2.8 to 3.8.

Gemäß DE 101 60 486 A1 (Süd-Chemie AG) sind Cu/Zn-Molverhältnisse von kleiner 2,8 unabdingbar für das Erreichen relativ kleiner und katalytisch besonders aktiver Kupferkristallitgrößen. Dieses Dokument lehrt auch, dass der Aluminiumoxidbestandteil mindestens teilweise aus einem Aluminiumhydroxidsol gewonnen wird.According to DE 101 60 486 A1 (Süd-Chemie AG), Cu / Zn molar ratios of less than 2.8 are indispensable for achieving relatively small and catalytically particularly active copper crystallite sizes. This document also teaches that the alumina component is at least partially recovered from an aluminum hydroxide sol.

Ähnliche Katalysatoren, die Aluminiumoxid enthalten, das von einem kolloidal dispergierten Aluminiumhydroxidsol oder -gel stammt, und die ungefähr 13 bis 130 × 10–6 g Atome Alkalimetalle pro Gram der metallischen Oxidvorläufermischung enthalten, sind Gegenstand der US 4,598,061 , ebenfalls im Namen der Süd-Chemie AG. Der Katalysator, der in diesem Dokument offenbart wird, ist auch durch eine Porengrößenverteilung gekennzeichnet, wobei Poren mit einem Durchmesser von 7,5 bis 14 nm ungefähr 20 bis 70% des Gesamtporenvolumens ausmachen.Similar catalysts containing alumina derived from a colloidally dispersed aluminum hydroxide sol or gel and containing about 13 to 130 x 10 -6 g atoms of alkali metals per gram of the metallic oxide precursor mixture are the subject of US 4,598,061 , also on behalf of Süd-Chemie AG. The catalyst disclosed in this document is also characterized by a pore size distribution, with pores having a diameter of 7.5 to 14 nm making up approximately 20 to 70% of the total pore volume.

US 4,279,781 offenbart einen Niedrigtemperatur-Methanolsynthese-Katalysator, der Kupfer und Zinkoxid in einem Gewichtsverhältnis, ausgedrückt als Metall, von 2:1 bis 3,5:1 umfasst. Der Katalysator weist bevorzugt ein wärmestabilisierendes Metalloxid, wie Aluminiumoxid, in niedrigen Anteilen auf und wird durch Co-Fällung aller drei Bestandteile aus einer einzigen Lösung löslicher Zink-, Kupfer- und Aluminiumsalze, wie der Nitrate, oder durch die Zersetzung von Kupferamincarbonaten und Zinkamincarbonaten auf einem wärmestabilisierenden Metalloxid im hydratisierten Zustand, oder als Gel, hergestellt. Es wird erwartet, dass beide Herstellungstechniken zu einer inhomogenen Zusammensetzung der ZnO/Al2O3-Phase, die die Partikel umgibt, führen. US 4,279,781 discloses a low temperature methanol synthesis catalyst comprising copper and zinc oxide in a weight ratio, expressed as metal, of 2: 1 to 3.5: 1. The catalyst preferably comprises a heat stabilizing metal oxide, such as alumina, in low proportions and is obtained by co-precipitation of all three constituents from a single solution of soluble zinc, copper and aluminum salts, such as nitrates, or by the decomposition of copper amincarbonates and zinc amine carbonates a heat-stabilizing metal oxide in the hydrated state, or as a gel. Both production techniques are expected to result in an inhomogeneous composition of the ZnO / Al 2 O 3 phase surrounding the particles.

US 3,850,850 und US 3,923,694 (beide ICI) beziehen sich auf Spinell-haltige Cu/Zn/Al-Katalysatoren mit relativ hohen Cu-Gehalten. Der Katalysator gemäß US 3,923,694 scheint Carbonat-frei zu sein, da sein Vorläufer dadurch gekennzeichnet ist, dass er 10 bis 80% Kupfer umfasst, wobei der Rest im Wesentlichen aus der kristallinen Spinell-Struktur besteht. Andererseits scheint es, dass der Katalysator gemäß US 3,850,850 eine inhomogene Struktur aufweist, da in den zwei Beispielen gelehrt wird, dass lediglich 67% bzw. 75,3% des möglichen Spinell-Gehalts erreicht werden. US 3,850,850 and US 3,923,694 (both ICI) refer to spinel-containing Cu / Zn / Al catalysts with relatively high Cu contents. The catalyst according to US 3,923,694 appears to be carbonate-free, as its precursor is characterized by comprising 10 to 80% copper, with the balance consisting essentially of the crystalline spinel structure. On the other hand, it seems that the catalyst according to US 3,850,850 has an inhomogeneous structure since it is taught in the two examples that only 67% and 75.3%, respectively, of the possible spinel content is achieved.

EP 0 522 669 A2 , im Namen der Engelhard Corporation, offenbart Hydrierungs-Katalysatoren, die die Oxide von Kupfer, Zink und Aluminium umfassen. Es wird gelehrt, dass diese Katalysatoren nützlich bei der Hydrierung von Aldehyden, Ketonen, Carbonsäuren und Carbonsäureestern sind. Die Beispiele untersuchen die Hydrierungsaktivität des Katalysators bei der Hydrierung von Kokosmethylester. Das Cu/Zn-Verhältnis dieser Katalysatoren variiert stark. Anders als die oben genannten Katalysatoren, wird der Hydrierungs-Katalysator gemäß EP 0 522 669 A2 in einem Verfahren hergestellt, das die Schritte,

  • a) Zubereiten einer ersten wässrigen Lösung, enthaltend mindestens ein wasserlösliches Kupfersalz und mindestens ein wasserlösliches Zinksalz,
  • b) Zubereiten einer zweiten Lösung, enthaltend mindestens ein wasserlösliches basisches Aluminiumsalz, wie Natriumaluminat, und mindestens ein alkalisches Fällmittel, wie Natriumcarbonat,
  • c) Mischen der ersten und der zweiten Lösung, wobei ein unlöslicher Feststoff gebildet wird,
  • d) Gewinnen des unlöslichen Feststoffs, und
  • e) Kalzinieren des gewonnenen Feststoffs,
umfasst. EP 0 522 669 A2 , on behalf of Engelhard Corporation, discloses hydrogenation catalysts comprising the oxides of copper, zinc and aluminum. It is taught that these catalysts are useful in the hydrogenation of aldehydes, ketones, carboxylic acids and carboxylic acid esters. The examples examine the hydrogenation activity of the catalyst in the hydrogenation of cocosmethyl ester. The Cu / Zn ratio of these catalysts varies widely. Unlike the catalysts mentioned above, the hydrogenation catalyst according to EP 0 522 669 A2 produced in a process comprising the steps of
  • a) preparing a first aqueous solution containing at least one water-soluble copper salt and at least one water-soluble zinc salt,
  • b) preparing a second solution containing at least one water-soluble basic aluminum salt, such as sodium aluminate, and at least one alkaline precipitating agent, such as sodium carbonate,
  • c) mixing the first and second solutions to form an insoluble solid,
  • d) recovering the insoluble solid, and
  • e) calcining the recovered solid,
includes.

Die gewonnene Ausfällung wird bei einer Temperatur im Bereich von etwa 475°C bis etwa 700°C für ungefähr 30 bis ungefähr 120 Minuten kalziniert. Unter diesen Bedingungen wird Metallcarbonat, das noch im unlöslichen Feststoff vorliegt, der in Schritt d) gewonnen wurde, unter Freisetzung von Kohlendioxid in das Oxid umgewandelt. Es wird auch erwartet, dass die vollständige Entfernung des Carbonats bei diesen hohen Temperaturen die Kristallinität des Katalysatormaterials erhöht.The recovered precipitate is calcined at a temperature in the range of about 475 ° C to about 700 ° C for about 30 to about 120 minutes. Under these conditions, metal carbonate remaining in the insoluble solid recovered in step d) is converted to the oxide releasing carbon dioxide. It is also expected that complete removal of the carbonate at these high temperatures will increase the crystallinity of the catalyst material.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen neuen Katalysator (ein neues Katalysatormaterial) bereitzustellen, der bei der industriellen Herstellung von Methanol aus Synthesegas nützlich ist. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen neuen Methanolsynthese-Katalysator (Methanolsynthese-Katalysatormaterial) bereitzustellen, der (das) ausgezeichnete katalytische Aktivität und Stabilität aufweist.It is an object of the present invention to provide a novel catalyst (a novel catalyst material) useful in the industrial production of methanol from synthesis gas. Another object of the present invention is to provide a novel methanol synthesis catalyst (methanol synthesis catalyst material) which has excellent catalytic activity and stability.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Katalysatorvorläufer (Katalysatorvorläufermaterial) bereitzustellen, der (das) in Wasserstoff zu dem obigen Hochleistungskatalysatormaterial reduziert werden kann.It is a further object of the present invention to provide a catalyst precursor (catalyst precursor material) which can be reduced in hydrogen to the above high performance catalyst material.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt im Bereitstellen eines Herstellungsverfahrens für das Katalysatorvorläufermaterial, das Katalysatormaterial und den entsprechenden Katalysator. Weitere Ziele werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlich.Another object of the present invention is to provide a method of producing the catalyst precursor material, the catalyst material and the corresponding catalyst. Other objects will become apparent from the following detailed description of the present invention.

ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNGSUMMARY OF THE PRESENT INVENTION

Die Hauptausführungsformen der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden:

  • (1a) Ein Cu/Zn/Al-Katalysatorvorläufermaterial, umfassend Oxide und Carbonate von Kupfer, Zink und Aluminium, wobei Kupfer und Zink zusammen in einer größeren molaren Menge als Aluminium vorhanden sind, und wobei die Standardabweichung des lokalen molaren Al-Gehalts, wie durch EDX gemessen, nicht mehr als 50% beträgt.
  • (1b) Ein Cu/Zn/Al-Katalysatorvorläufermaterial, umfassend Oxide und Carbonate von Kupfer, Zink und Aluminium, wobei Kupfer und Zink zusammen in einer größeren molaren Menge als Aluminium vorhanden sind, und wobei die Reduktion dieses Vorläufermaterials in Gegenwart von Wasserstoff zu einem Katalysatormaterial führt, in dem diskrete kristalline Cu-Partikel teilweise in eine kontinuierliche Phase, umfassend Oxide und Carbonate von mindestens Zn und Al, eingebettet sind, wobei die kristallinen Cu-Partikel eine Gitterkonstante von 3,615 Å oder mehr, bevorzugt 3,615 bis 3,621 Å aufweisen.
  • (2) Ein Cu/Zn/Al-Katalysatormaterial, umfassend diskrete kristalline Cu-Partikel, die teilweise in eine kontinuierliche Phase, umfassend Oxide und Carbonate von mindestens Zn und Al, eingebettet sind, wobei im Katalysatormaterial Cu und Zn zusammen in einer größeren molaren Menge als Aluminium vorhanden sind und bevorzugt das molare Verhältnis von Cu und Zn 0,5/1 bis weniger als 2,8/1 ist und der Al-Gehalt 5 bis 30 mol%, basierend auf allen Metallbestandteilen, ist, und wobei die Gitterkonstante der kristallinen Cu-Partikel 3,615 Å oder mehr, bevorzugt 3,615 bis 3,621 Å ist. Dieses Katalysatormaterial wird bevorzugt durch das Reduzieren des obigen Katalysatorvorläufermaterials in Gegenwart von Wasserstoff erhalten.
  • (3) Ein Verfahren zum Herstellen des obigen Katalysatorvorläufermaterials, umfassend die Schritte (a) Zubereiten einer ersten wässrigen Lösung, enthaltend mindestens ein wasserlösliches Kupfersalz und mindestens ein wasserlösliches Zinksalz, (b) Zubereiten einer zweiten Lösung, enthaltend mindestens ein wasserlösliches basisches Aluminiumsalz (wie Natriumaluminat) und mindestens ein alkalisches carbonathaltiges Fällmittel (wie Natriumcarbonat), (c) Mischen der ersten und der zweiten Lösung, wobei ein unlöslicher Feststoff gebildet wird, (d) Gewinnen des unlöslichen Feststoffs, (e) Trocknen des gewonnenen Feststoffs, sowie (f) Kalzinieren des getrockneten Feststoffs bei einer Temperatur, die 450°C nicht überschreitet, um das Katalysatorvorläufermaterial zu erhalten.
  • (4) Ein Verfahren zur Herstellung von Methanol, umfassend den Schritt des Inkontaktbringens einer Gasmischung, umfassend Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, mit dem oben beschriebenen Katalysatormaterial.
The main embodiments of the present invention may be summarized as follows:
  • (1a) A Cu / Zn / Al catalyst precursor material comprising oxides and carbonates of copper, zinc and aluminum, wherein copper and zinc are present together in a molar amount greater than aluminum, and wherein the standard deviation of the local molar Al content, such as measured by EDX is not more than 50%.
  • (1b) A Cu / Zn / Al catalyst precursor material comprising oxides and carbonates of copper, zinc and aluminum, wherein copper and zinc are present together in a molar amount greater than aluminum, and wherein reduction of said precursor material in the presence of hydrogen Catalyst material in which discrete crystalline Cu particles are partially embedded in a continuous phase comprising oxides and carbonates of at least Zn and Al, wherein the crystalline Cu particles have a lattice constant of 3.615 Å or more, preferably 3.615 to 3.621 Å.
  • (2) A Cu / Zn / Al catalyst material comprising discrete crystalline Cu particles partially embedded in a continuous phase comprising oxides and carbonates of at least Zn and Al, wherein in the catalyst material Cu and Zn together in a larger molar And the molar ratio of Cu and Zn is 0.5 / 1 to less than 2.8 / 1, and the Al content is 5 to 30 mol% based on all metal components, and wherein the lattice constant the crystalline Cu particle is 3.615 Å or more, preferably 3.615 to 3.621 Å. This catalyst material is preferably obtained by reducing the above catalyst precursor material in the presence of hydrogen.
  • (3) A process for producing the above catalyst precursor material, comprising the steps of (a) preparing a first aqueous solution containing at least one water-soluble copper salt and at least one water-soluble zinc salt, (b) preparing a second solution containing at least one water-soluble basic aluminum salt (such as Sodium aluminate) and at least one alkaline carbonated precipitant (such as sodium carbonate), (c) mixing the first and second solutions to form an insoluble solid, (d) recovering the insoluble solid, (e) drying the recovered solid, and (f) calcining the dried solid at a temperature not exceeding 450 ° C to obtain the catalyst precursor material.
  • (4) A process for producing methanol, comprising the step of contacting a gas mixture comprising hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide with the above-described catalyst material.

BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGENDESCRIPTION OF THE FIGURES

zeigt ein HRTEM-Bild des im Beispiel 2 erhaltenen Katalysatormaterials. shows an HRTEM image of the catalyst material obtained in Example 2.

zeigt ein HRTEM-Bild des im Vergleichsbeispiel 2 erhaltenen Katalysatormaterials. shows an HRTEM image of the catalyst material obtained in Comparative Example 2.

bezieht sich auf eine schematische Darstellung der Mikrostruktur der Katalysatormaterialien gemäß Beispiel 2 bzw. Vergleichsbeispiel 2. refers to a schematic representation of the microstructure of the catalyst materials according to Example 2 and Comparative Example 2.

zeigt die TGA-Kurve, die bei einer Thermoanalyse des unkalzinierten Katalysatorvorläufermaterials, das in Beispiel 1 beschrieben ist, erhalten wurde. Figure 4 shows the TGA curve obtained in a thermal analysis of the uncalcined catalyst precursor material described in Example 1.

zeigt die Porenverteilung des kalzinierten Katalysatorvorläufers gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1. shows the pore distribution of the calcined catalyst precursor according to Example 1 and Comparative Example 1.

zeigt das Röntgenbeugungs-Muster der kalzinierten Katalysatorvorläufermaterialien gemäß Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1. Fig. 11 shows the X-ray diffraction pattern of the calcined catalyst precursor materials according to Example 1 and Comparative Example 1.

zeigt die TPR(temperaturprogammierte Reduktion)-Kurven der kalzinierten Katalysatorvorläufermaterialien von Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1. Figure 4 shows the TPR (temperature-programmed reduction) curves of the calcined catalyst precursor materials of Example 1 and Comparative Example 1.

zeigt die EDX(elektronendispersive Röntgen)-Analyse der lokalen Zusammensetzung der Katalysatormaterialien von Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2. shows the EDX (electron dispersive X-ray) analysis of the local composition of the catalyst materials of Example 2 and Comparative Example 2.

zeigt die Pawley-Verfeinerung der Röntgenbeugungs-Muster der reduzierten Katalysatormaterialien gemäß Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2. Figure 4 shows the Pawley refinement of the X-ray diffraction patterns of the reduced catalyst materials according to Example 2 and Comparative Example 2.

und zeigen HRTEM-Bilder des kalzinierten Katalysatorvorläufermaterials, das in Beispiel 1 erhalten wurde. and show HRTEM images of the calcined catalyst precursor material obtained in Example 1.

AUFÜHRLICHE BESCHREIBUND DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Im Folgenden schließt die Verwendung von „umfassend” auch einschränkendere Ausführungsformen ein, bei denen „umfassend” durch „im Wesentlichen bestehend aus” oder „bestehend aus” ersetzt ist. Weiterhin offenbart hiernach die explizite Offenbarung eines breiteren quantitativen Wertebereichs (z. B. a–d), zusammen mit einem eingeschlossenen (bevorzugten) engeren Bereich (z. B. b–c) auch die zwei möglichen Teilbereiche, die innerhalb des Gesamtbereichs auf einer der Seiten des engeren Bereichs liegen. Also sind innerhalb dieses breiteren quantitativen Wertebereichs (z. B. a–d) weitere Ausführungsformen durch alle Bereiche (z. B. a–b, a–c, b–d oder c–d) gekennzeichnet, welche durch das Kombinieren jeder dieser oberen Begrenzung oder unteren Begrenzung dieses explizit definierten breiteren quantitativen Bereichs mit der unteren Begrenzung oder der oberen Begrenzung jedes beliebigen explizit definierten und eingeschlossenen (bevorzugten) engeren Bereichs gebildet werden können.In the following, the use of "comprising" includes also more restrictive embodiments in which "comprising" is replaced by "consisting essentially of" or "consisting of". Further, hereafter, the explicit disclosure of a broader range of quantitative values (eg, a-d), together with an enclosed (preferred) narrower range (eg, b-c), also discloses the two possible sub-ranges that are within the overall range on one the sides of the narrower area. Thus, within this broader range of quantitative values (eg, a-d), further embodiments are characterized by all regions (eg, a-b, a-c, b-d, or c-d) which combine each of these upper bound or lower bound of this explicitly defined wider quantitative range may be formed with the lower bound or the upper bound of any explicitly defined and included (preferred) narrower region.

Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich molare Gehalte und Verhältnisse von Metallatomen auf die Gesamtzusammensetzung, die mit Techniken wie der Röntgenfluoreszenz (XRF) bestimmt werden kann.Unless otherwise indicated, molar contents and ratios of metal atoms refer to the total composition, which can be determined by techniques such as X-ray fluorescence (XRF).

KatalysatorvorläufermaterialCatalyst precursor material

Unter dem ersten Gesichtspunkt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Cu/Zn/Al-Katalysatorvorläufermaterial, umfassend Oxide und Carbonate von Kupfer, Zink und Aluminium, wobei Kupfer und Zink zusammen in einer größeren molaren Menge als Aluminium vorhanden sind, und wobei die Standardabweichung des lokalen molaren Al-Gehalts, wie durch EDX bestimmt, nicht mehr als 50% beträgt.In the first aspect, the present invention relates to a Cu / Zn / Al catalyst precursor material comprising oxides and carbonates of copper, zinc and aluminum, wherein copper and zinc are present together in a molar amount greater than aluminum, and wherein the standard deviation of the local molar Al content, as determined by EDX, is not more than 50%.

Entsprechend bilden die Carbonate und Oxide eine homogenere Phase als in den Katalysatorvorläufermaterialien gemäß dem Stand der Technik vorliegt. Die den Erfindern vorliegenden Ergebnisse zeigen an, dass diese Homogenität des Katalysatorvorläufermaterials aufrecht erhalten wird, wenn das Katalysatorvorläufermaterial in Gegenwart von Wasserstoff unter Bildung von kristallinen Kupferpartikeln reduziert wird. Darüber hinaus, ohne an die Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die Phasenstruktur des Vorläufermaterials eine direkte Wirkung auf die Gitterkonstante der sich ergebenen Kupferpartikel ausübt, wie unten ausführlicher beschrieben. Eine Verschiebung dieser Gitterkonstante weg von derjenigen von Massivkupfer (3,610 Å) wird bei der vorliegenden Erfindung beobachtet und als vorteilhaft für die Katalysatoraktivität angesehen. Accordingly, the carbonates and oxides form a more homogeneous phase than is present in the prior art catalyst precursor materials. The results available to the inventors indicate that this homogeneity of the catalyst precursor material is maintained when the catalyst precursor material is reduced in the presence of hydrogen to form crystalline copper particles. In addition, without wishing to be bound by theory, it is believed that the phase structure of the precursor material has a direct effect on the lattice constant of the resulting copper particles, as described in more detail below. A shift in this lattice constant away from that of bulk copper (3.610 Å) is observed in the present invention and considered beneficial for catalyst activity.

Gemäß einer alternativen Beschreibung bezieht sich die vorliegende Erfindung also auf ein Cu/Zn/Al-Katalysatorvorläufermaterial, umfassend Oxide und Carbonate von Kupfer, Zink und Aluminium, wobei Kupfer und Zink zusammen in einer größeren molaren Menge als Aluminium vorhanden sind, und
wobei die Reduktion dieses Vorläufermaterials in Gegenwart von Wasserstoff zu einem Katalysatormaterial führt, in dem diskrete kristalline Cu-Partikel teilweise in eine kontinuierliche Phase, umfassend Oxide und Carbonate von mindestens Zn und Al, eingebettet sind, wobei die kristallinen Cu-Partikel eine Gitterkonstante von 3,615 Å oder mehr, bevorzugt 3,615 bis 3,621 Å aufweisen.
Thus, according to an alternative description, the present invention relates to a Cu / Zn / Al catalyst precursor material comprising oxides and carbonates of copper, zinc and aluminum, wherein copper and zinc are present together in a molar amount greater than aluminum, and
wherein the reduction of said precursor material in the presence of hydrogen results in a catalyst material in which discrete crystalline Cu particles are partially embedded in a continuous phase comprising oxides and carbonates of at least Zn and Al, the crystalline Cu particles having a lattice constant of 3.615 Å or more, preferably 3.615 to 3.621 Å.

Obwohl angenommen wird, dass die Bedingungen, die für die Reduktion gewählt werden, die Gitterkonstante nicht beeinflussen, wird die Reduktion, auf die in der obigen Ausführungsform Bezug genommen wird, bevorzugt unter den folgenden Bedingungen ausgeführt:
Erwärmen von 50 mg Katalysatorvorläufermaterial in einem Festbettreaktor in einer Atmosphäre, die aus 5 Vol.% Wasserstoff und 95 Vol.% Helium (Flussrate 80 ml/min.) besteht, auf eine Temperatur von 250°C. Die Erwärmungsrate ist 2 K/min., und das Material wird für 30 Minuten bei 250°C gehalten. Es wird Atmosphärendruck verwendet. Die Reaktion kann unter Verwendung eines Thermoleitfähigkeitsdetektors verfolgt werden.
Although it is assumed that the conditions adopted for the reduction do not affect the lattice constant, the reduction referred to in the above embodiment is preferably carried out under the following conditions:
Heating 50 mg catalyst precursor material in a fixed bed reactor in an atmosphere consisting of 5 vol.% Hydrogen and 95 vol.% Helium (flow rate 80 ml / min.) To a temperature of 250 ° C. The heating rate is 2 K / min., And the material is kept at 250 ° C for 30 minutes. Atmospheric pressure is used. The reaction can be monitored using a thermal conductivity detector.

Das molare Cu/Zn-Verhältnis kann gemäß bekannten Katalysatoren ausgewählt werden. Es liegt zum Beispiel im Bereich von 0,2/1 bis 5,5/1 oder 0,4/1 bis 4,0/1. Es wird angenommen, dass molare Cu/Zn-Verhältnisse von kleiner als 2,8/1 einen positiven Einfluss auf die Bildung von kleinen kristallinen Cu-Partikeln in der reduzierten und aktivierten Form des Katalysatorvorläufermaterials ausüben. Stärker bevorzugt sind Cu/Zn-Verhältnisse von 1/1 bis 2,75/1, 1,5/1 bis 2,7/1 oder 2/1 bis 2,7/1, (z. B. 2,2/1 bis 2,6/1). Kupfer und Zink interagieren im endgültigen Katalysatormaterial synergistisch.The molar Cu / Zn ratio can be selected according to known catalysts. For example, it is in the range of 0.2 / 1 to 5.5 / 1 or 0.4 / 1 to 4.0 / 1. It is believed that Cu / Zn molar ratios of less than 2.8 / 1 exert a positive influence on the formation of small crystalline Cu particles in the reduced and activated form of the catalyst precursor material. More preferably, Cu / Zn ratios are from 1/1 to 2.75 / 1, 1.5 / 1 to 2.7 / 1 or 2/1 to 2.7 / 1 (e.g., 2.2 / 1 to 2.6 / 1). Copper and zinc interact synergistically in the final catalyst material.

Andererseits wird Aluminium, insbesondere in Form von Aluminiumoxid, als Wärmestabilisator für die Cu-Kristallite angesehen, was deren Sintern verhindert. Der Aluminiumgehalt beträgt bevorzugt 1 bis 30 mol%, bevorzugter 5 bis 25 mol%, insbesondere 10 bis 20 mol%, bezogen auf alle Metallbestandteile.On the other hand, aluminum, especially in the form of alumina, is considered to be a heat stabilizer for the Cu crystallites, preventing their sintering. The content of aluminum is preferably 1 to 30 mol%, more preferably 5 to 25 mol%, especially 10 to 20 mol%, based on all metal components.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das molare Verhältnis Cu/Zn 0,5/1 bis kleiner als 2,8/1 (mit den obigen stärker bevorzugten Bereichen) und der Al-Gehalt ist 1 bis 30 mol%, bezogen auf alle Metallbestanteile.According to another preferred embodiment, the molar ratio Cu / Zn is 0.5 / 1 to less than 2.8 / 1 (with the above more preferred ranges) and the Al content is 1 to 30 mol%, based on all metal constituents.

Es wird als bevorzugt angesehen, dass das beanspruchte Katalysatorvorläufermaterial, und daher auch das sich ergebende Katalysatormaterial, Kupfer, Zink und Aluminium als die einzigen Metallbestandteile umfasst. Jedoch kann Aluminium teilweise durch mindestens ein weiteres Metall ersetzt werden, das in der Lage ist, wärmestabile Oxide zu bilden, wie Cer, Lanthan, Zirkon, Titan, Chrom, Mangan oder Magnesium. Calcium und Gallium können verwendet werden, um Zn teilweise zu ersetzen. Der Gesamtgehalt der ersetzenden Metallatom(e) beträgt bevorzugt nicht mehr als 15 mol%, bevorzugter nicht mehr als 10 mol% und noch bevorzugter nicht mehr als 5 mol%, bezogen auf alle Metallbestandteile.It is considered preferable that the claimed catalyst precursor material, and therefore also the resulting catalyst material, comprises copper, zinc and aluminum as the sole metal constituents. However, aluminum may be partially replaced by at least one other metal capable of forming heat stable oxides such as cerium, lanthanum, zirconium, titanium, chromium, manganese or magnesium. Calcium and gallium can be used to partially replace Zn. The total content of the replacing metal atom (s) is preferably not more than 15 mol%, more preferably not more than 10 mol%, and more preferably not more than 5 mol%, based on all metal components.

Das beanspruchte Katalysatorvorläufermaterial unterscheidet sich bevorzugt von bekannten Katalysatorvorläufern durch die Homogenität seiner Struktur und den Carbonatgehalt. Es wird angenommen, dass diese Merkmale neben anderen zur Bildung der sehr aktiven und stabilen Katalysatormaterialien nach Wasserstoffreduktion beitragen, um diskrete Cu-Partikel als katalytisch aktive Zentren zu bilden.The claimed catalyst precursor material preferably differs from known catalyst precursors by the homogeneity of its structure and the carbonate content. It is believed that these features, among others, contribute to the formation of the highly active and stable hydrogen reduction catalyst materials to form discrete Cu particles as catalytically active centers.

Die homogene Natur des Katalysatorvorläufermaterials kann durch relativ kleine Variationen in der lokalen Zusammensetzung, wie durch elektronendispersive Röntgenanalyse (EDX) unter den unten und im Experimentalteil beschriebenen Bedingungen gemessen, beschrieben werden. Wie der in den Beispielen bereitgestellte Vergleich zeigen wird, ist es in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass

  • 1) die Standardabweichung des lokalen molaren Al-Gehalts nicht mehr als 50%, stärker bevorzugt nicht mehr als 40%, bevorzugter nicht mehr als 30%, bevorzugter nicht mehr als 20%, z. B. 5 bis 15%, beträgt und/oder
  • 2) die Standardabweichung des lokalen molaren Zn-Gehalts nicht mehr als 40%, stärker bevorzugt nicht mehr als 30% bevorzugter nicht mehr als 20%, bevorzugter nicht mehr als 15%, z. B. 4 bis 12% beträgt, und/oder
  • 3) die Standardabweichung des lokalen molaren Cu-Gehalts nicht mehr als 25%, bevorzugt nicht mehr als 20%, bevorzugter nicht mehr als 15%, bevorzugter nicht mehr als 10%, z. B. 1 bis 7%, beträgt;
jeweils basierend auf dem durchschnittlichen lokalen molaren Gehalt von Al, Zn oder Cu, wie er durch EDX unter den Bedingungen, die im Experimentalteil beschrieben sind, bestimmt wird.The homogeneous nature of the catalyst precursor material can be described by relatively small variations in local composition as measured by electron-dispersive X-ray analysis (EDX) under the conditions described below and in the Experimental section. As the comparison provided in the examples will show, it is preferred in accordance with the present invention that
  • 1) the standard deviation of the molar local Al content is not more than 50%, more preferably not more than 40%, more preferably not more than 30%, more preferably not more than 20%, e.g. B. 5 to 15%, is and / or
  • 2) the standard deviation of the local molar Zn content is not more than 40%, more preferably not more than 30%, more preferably not more than 20%, more preferably not more than 15%, e.g. B. 4 to 12%, and / or
  • 3) the standard deviation of the molar local Cu content is not more than 25%, preferably not more than 20%, more preferably not more than 15%, more preferably not more than 10%, e.g. From 1 to 7%;
each based on the average local molar content of Al, Zn or Cu as determined by EDX under the conditions described in the Experimental section.

Die Bedingung 1 ist besonders geeignet, um die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu kennzeichnen und um diese vom Vergleichsbeispiel, das im Experimentalteil erklärt wird, zu unterscheiden. Um die homogene Natur des Katalysatorvorläufermaterials und des endgültigen Katalysatormaterials zu beschreiben, kann jede dieser drei Bedingungen jedoch alleine oder in Kombination mit einer oder zwei weiteren Bedingungen verwendet werden, um weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu beschreiben.Condition 1 is particularly suitable for characterizing the preferred embodiments of the present invention and for distinguishing them from the comparative example explained in the Experimental section. However, to describe the homogeneous nature of the catalyst precursor material and the final catalyst material, each of these three conditions may be used alone or in combination with one or two other conditions to describe other embodiments of the present invention.

Der oben erwähnte „lokale molare Gehalt” ist als der molare Gehalt des entsprechenden Metallatoms in einer „lokalen Zusammensetzung” zu verstehen.The above-mentioned "local molar content" is to be understood as the molar content of the corresponding metal atom in a "local composition".

Als „lokale Zusammensetzung” verstehen wir die chemische Zusammensetzung des Katalysator(vorläufer)materials (bezüglich der molaren Gehalte von Aluminium, Zink und Kupfer), wie durch EDX unter den im Experimentalteil angegebenen Bedingungen für eine projizierte Fläche der Probe, die einem Kreis mit einem Durchmesser von 500 nm im TEM-Bild entspricht, bestimmt.By "local composition" we mean the chemical composition of the catalyst (precursor) material (in terms of molar contents of aluminum, zinc and copper), as determined by EDX under the conditions given in the Experimental section for a projected area of the sample forming a circle with a Diameter of 500 nm in the TEM image, determined.

Um die Standardabweichung der lokalen molaren Gehalte zu bestimmen, wird der Probenhalter (Gitterplatte mit löchrigem Trägerfilm, z. B. ein löchriger amorpher Kohlenstofffilm) mit einer ausreichenden Menge Katalysator(vorläufer)materialpulver bedeckt, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Anzahl von Probenbereichen vorliegt, unter denen 100 Kreise (Durchmesser = 500 nm) zufällig für die Analyse der lokalen Zusammensetzung ausgewählt werden können. Wenn die Probenvorbereitung ohne die Verwendung von organischen Lösungsmitteln als Dispersionsmittel, durch das Anhaften trockener Pulverpartikel des Katalysator(vorläufer)materials an die Oberfläche des trockenen Trägerfilms, nicht zu einer ausreichenden Anzahl von Bereichen für die Analyse von 100 lokalen Zusammensetzungen führt, kann man zum Beispiel eine zweite oder weitere Proben auf die gleiche Art (ohne Lösungsmittel) vorbereiten. Alternative Probenvorbereitungstechniken können auch verwendet werden, solange sie nicht die chemische Zusammensetzung der Probe nachteilig beeinflussen, zum Beispiel eine Probenvorbereitung durch Eintauchen des Trägers in eine Dispersion von Partikeln des Katalysator(vorläufer)materials in einem geeigneten Dispersionsmittel (organisches Lösungsmittel), falls notwendig unter Abwesenheit von Sauerstoff (um die Oxidation von aktiven Kupferpartikeln zu vermeiden) unter Verwendung eines Inertgases, gefolgt vom Abdampfen des organischen Lösungsmittels. Diese „nasse” Vorbereitungstechnik führt üblicherweise zu größeren Mengen Katalysator(vorläufer)material pro Flächeneinheit des Trägerfilms.In order to determine the standard deviation of the local molar contents, the sample holder (grid plate with holey carrier film, eg a holey amorphous carbon film) is covered with a sufficient amount of catalyst (precursor) material powder to ensure that there are a sufficient number of sample areas. below which 100 circles (diameter = 500 nm) can be randomly selected for analysis of the local composition. If sample preparation without the use of organic solvents as a dispersing agent, adherence of dry powder particles of the catalyst (precursor) material to the surface of the dry carrier film does not result in a sufficient number of areas for the analysis of 100 local compositions, one can, for example prepare a second or further samples in the same way (without solvent). Alternative sample preparation techniques may also be used as long as they do not adversely affect the chemical composition of the sample, for example sample preparation by immersing the carrier in a dispersion of particles of catalyst (precursor) material in a suitable dispersing agent (organic solvent), if necessary in the absence of oxygen (to avoid the oxidation of active copper particles) using an inert gas, followed by evaporation of the organic solvent. This "wet" preparation technique usually results in larger amounts of catalyst (precursor) material per unit area of carrier film.

Diese vorher erwähnten 100 Kreise sollten nicht überlappen und über die ganze Gitterplatte so gleichmäßig wie möglich verteilt sein. Wenn möglich ist es bevorzugt, lokale Zusammensetzungen auszuwählen, die so weit wie möglich von den Netzen der Gitterplatte entfernt sind, um Hintergrundsignale, die von dem Gittermaterial herrühren, zu minimieren. Wenn möglich ist es auch bevorzugt, lokale Zusammensetzungen auszuwählen, die sich in der Nähe der Löcher des Trägerfilms befinden oder die sich teilweise oberhalb eines Lochs befinden. In diesen Fällen ist das Hintergrundsignal vom Trägerfilmmaterial (z. B. Kohlenstoffsignal) im EDX schwächer. Dann wird der beleuchtete Bereich des TEM-Spektrometers auf 100 einzelne Messungen der lokalen Zusammensetzungen, definiert durch diese Kreise, fokussiert. Die Ergebnisse werden gemittelt und die Standardabweichung wird daraus berechnet.These aforementioned 100 circles should not overlap and be distributed as evenly as possible over the entire grid plate. If possible, it is preferable to select local compositions that are as far as possible from the meshes of the grid plate to minimize background signals resulting from the grid material. Whenever possible, it is also preferable to select local compositions that are near the holes of the carrier film or that are partially above a hole. In these cases, the background signal from the carrier film material (eg, carbon signal) in the EDX is weaker. Then the illuminated area of the TEM spectrometer is focused to 100 individual measurements of the local compositions defined by these circles. The results are averaged and the standard deviation calculated.

Es sollte hinzugefügt werden, dass lokale Zusammensetzungen, wie oben definiert, lokale Variationen in der Gesamtprobe ausreichend kennzeichnen, da EDX-Messungen eine beträchtliche Eindringtiefe (bevorzugt mindestens 500 nm) zeigen. Darüber hinaus wird angenommen, dass der Bereich, der durch EDX analysiert werden kann, repräsentativ für die Metallvariation in der Gesamtprobe ist.It should be added that local compositions, as defined above, adequately characterize local variations in the total sample since EDX measurements show a considerable depth of penetration (preferably at least 500 nm). In addition, it is believed that the range that can be analyzed by EDX is representative of the metal variation in the overall sample.

Die oben beschriebene homogene Natur des Katalysatorvorläufermaterials schließt einen niedrigeren Grad der Kristallinität nicht aus, wie unten erklärt. The homogeneous nature of the catalyst precursor material described above does not preclude a lower degree of crystallinity, as explained below.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zeigt das beanspruchte Katalysatorvorläufermaterial einen sehr niedrigen Grad an Kristallinität und ist bevorzugt röntgenamorph unter Standard-Röntgenbeugungs-Bedingungen, bevorzugt denjenigen, die im Experimentalteil der vorliegenden Anmeldung beschrieben werden. Der Ausdruck „röntgenamorph” muss als Abwesenheit von „gut definierten Beugungspeaks” verstanden werden. Der Ausdruck „gut definierter Beugungspeak” muss verstanden werden als bezugnehmend auf ein Beugungssignal und eine FWHM (vollständige Breite beim Halbmaximum, full width at half maximum), d. h. die Breite des Peaks bei 50% seiner Höhe über der Basislinie, von höchstens 3° in 2 theta (2θ).In a preferred embodiment, the claimed catalyst precursor material exhibits a very low degree of crystallinity and is preferably X-ray amorphous under standard X-ray diffraction conditions, preferably those described in the experimental section of the present application. The term "X-ray amorphous" must be understood as the absence of "well defined diffraction peaks". The term "well defined diffraction peak" must be understood as referring to a diffraction signal and a FWHM (full width at half maximum), d. H. the width of the peak at 50% of its height above the baseline, of at most 3 ° in 2 theta (2θ).

Katalysatorvorläufermaterialien mit einen niedrigen Grad an Kristallinität zeigen weniger als 20%, bevorzugt weniger als 10%, bevorzugter weniger als 5% kristalliner Bereiche, wie sie in HRTEM-Bildern, die unter den im Experimentalteil ausgeführten Bedingungen gewonnen werden, beobachtet werden können. Kristalline Bereiche (typischerweise kleine ZnO- oder CuO-Phasen) zeigen charakteristische Gittermuster bei der HRTEM. Das Katalysatorvorläufermaterial (A) von Beispiel 1, das mit HRTEM-Mitteln analysiert wurde, wie in gezeigt, weist zum Beispiel einen sehr kleinen kristallinen CuO-Bereich auf, der einen Durchmesser in der Größenordnung von 10 nm hat. Wie in , einem weiteren HRTEM-Bild des kalzinierten Katalysatorvorläufermaterials (A), zu sehen, enthielt die analysierte Probe auch einen sehr kleinen kristallinen ZnO-Bereich, der über sein Gittermuster identifizierbar ist.Catalyst precursor materials having a low degree of crystallinity exhibit less than 20%, preferably less than 10%, more preferably less than 5% of crystalline regions as can be observed in HRTEM images obtained under the conditions carried out in the experimental section. Crystalline regions (typically small ZnO or CuO phases) show characteristic lattice patterns in the HRTEM. The catalyst precursor material (A) of Example 1 which was analyzed by HRTEM as in For example, as shown in FIG. 1, it has a very small crystalline CuO region having a diameter of the order of 10 nm. As in To see another HRTEM image of the calcined catalyst precursor material (A), the analyzed sample also contained a very small crystalline ZnO region that is identifiable by its lattice pattern.

Die projizierte Fläche dieser kristallinen Bereiche kann bestimmt werden, zum Beispiel manuell, und zur gesamten projizierten Fläche des Katalysatormaterials, das bei der HRTEM beobachtet wird, in Beziehung gesetzt werden.The projected area of these crystalline regions can be determined, for example, manually, and related to the total projected area of the catalyst material observed in the HRTEM.

Gemäß einer alternativen Definition sind niedrigkristalline Materialien durch die Abwesenheit von kristallinen Bereichen gekennzeichnet, die einen Durchmesser von mehr als 20 nm haben, bevorzugter durch die Abwesenheit von kristallinen Bereichen, die einen Durchmesser von mehr als 15 nm haben, in HRTEM-Bildern, die unter den im Experimentalteil aufgeführten Messbedingungen erhalten wurden.According to an alternative definition, low crystalline materials are characterized by the absence of crystalline regions having a diameter of more than 20 nm, more preferably by the absence of crystalline regions having a diameter of more than 15 nm in HRTEM images disclosed in U.S. Pat were obtained in the experimental part of measurement conditions.

Die bevorzugte niedrige Kristallinität oder röntgenamorphe Natur des beanspruchten Katalysatorvorläufermaterials zeigt auch an, dass diskrete kristalline ZnO- und Al2O3-Partikel oder Spinell-Phasen oder Kristallite bevorzugt darin nicht vorkommen.The preferred low crystallinity or X-ray amorphous nature of the claimed catalyst precursor material also indicates that discrete crystalline ZnO and Al 2 O 3 particles or spinel phases or crystallites are preferably absent therein.

Gemäß einer Ausführungsform des beanspruchten Katalysatorvorläufermaterials beträgt der Carbonatgehalt, ausgedrückt als CO2 und durch TGA unter den im Experimentalteil festgelegten Bedingungen gemessen, 5 Gew.-% oder mehr, bevorzugt 10 Gew.-% oder mehr. Üblicherweise überschreitet der Carbonatgehalt nicht 30 Gew.-%. Gemäß weiteren Ausführungsformen liegt der Carbonatgehalt im Bereich von 12 bis 25 Gew.-%, z. B. von 13 bis 19 Gew.-%, ausgedrückt als CO2. Diese Carbonatgehalte können angepasst werden, wobei geeignete Mengen von Carbonaten als Ausgangsmaterialien verwendet werden, in Kombination mit einer Kalzinierungstemperatur, die 450°C nicht überschreitet, wie unten weiter erklärt.According to one embodiment of the claimed catalyst precursor material, the carbonate content, expressed as CO 2 and measured by TGA under the conditions specified in the experimental section, is 5% by weight or more, preferably 10% by weight or more. Usually, the carbonate content does not exceed 30% by weight. According to further embodiments, the carbonate content is in the range of 12 to 25 wt .-%, z. From 13 to 19% by weight, expressed as CO 2 . These carbonate contents can be adjusted using suitable amounts of carbonates as starting materials, in combination with a calcination temperature not exceeding 450 ° C, as further explained below.

Das Katalysatorvorläufermaterial der Erfindung hat bevorzugt eine BET-Oberfläche, wie mit Stickstoff bei 77 K gemessen, von 90 m2/g oder mehr, bevorzugter 100 m2/g oder mehr, noch bevorzugter 110 m2/g oder mehr. Die obere Begrenzung des BET-Oberflächenbereichs ist nicht besonders beschränkt, aber beträgt zum Beispiel 250 m2/g.The catalyst precursor material of the invention preferably has a BET surface area, as measured with nitrogen at 77K, of 90m 2 / g or more, more preferably 100m 2 / g or more, even more preferably 110m 2 / g or more. The upper limit of the BET surface area is not particularly limited, but is 250 m 2 / g, for example.

Bevorzugt umfasst das beanspruchte Katalysatorvorläufermaterial Poren mit Radien von 2 bis 3 nm. Diese Poren machen bevorzugt 20 bis 40%, z. B. 25 bis 35% der Gesamtporosität aus. Gemäß einer bevorzugten Porengrößenverteilung, die unter Verwendung des BJH-Verfahrens und aus Desorptionsdaten bestimmt wurde, wie im Experimentalteil beschrieben,

  • • machen Poren mit Radien von 1 bis 10 nm 45 bis 90%, bevorzugt 55 bis 80% der Gesamtporosität aus und
  • • machen Poren mit Radien von mehr als 10 und bis zu 100 nm 55 bis 10%, bevorzugter 45 bis 20% der Gesamtporosität aus.
Preferably, the claimed catalyst precursor material comprises pores having radii of 2 to 3 nm. These pores preferably make 20 to 40%, e.g. B. 25 to 35% of the total porosity. According to a preferred pore size distribution determined using the BJH method and from desorption data as described in the experimental section,
  • Make pores with radii of 1 to 10 nm 45 to 90%, preferably 55 to 80% of the total porosity and
  • Make pores with radii greater than 10 and up to 100 nm 55 to 10%, more preferably 45 to 20% of the total porosity.

Poren mit Radien von mehr als 100 nm sind bevorzugt nicht vorhanden. Diese bevorzugte Porengrößenverteilung legt nahe, dass im beanspruchten Katalysatorvorläufermaterial, sowie im daraus hervorgehenden Katalysatormaterial, die homogene Oxid-/Carbonat-Phase selbst porös sein könnte, im Gegensatz zu bekannten Katalysatoren, wo Poren nur oder hauptsächlich zwischen diskreten ZnO- und Al2O3-Partikeln anwesend sind.Pores with radii greater than 100 nm are preferably absent. This preferred pore size distribution suggests that in the claimed catalyst precursor material, as well as in the resulting catalyst material, the homogeneous oxide / carbonate phase itself may be porous, in contrast to known catalysts where pores exist only or mainly between discrete ZnO and Al 2 O 3 Particles are present.

Ohne zu wünschen, an diese theoretischen Betrachtungen gebunden zu sein, wird angenommen, dass im beanspruchten Katalysatorvorläufermaterial starke Wechselwirkungen zwischen den Kupferoxid- oder Kupfercarbonatdomänen im Nanomaßstab und der umgebenden Oxid-/Carbonat-Phase vorkommen. Dies folgt aus der TPR(temperaturprogrammierte Reduktion)-Analyse des Vorläufermaterials, wie in gezeigt, wobei die maximale Reduktionsgeschwindigkeit bei höheren Temperaturen als bei einem Vergleichsmaterial beobachtet wurde. Gemäß einer Ausführungsform ist das Cu/Zn/Al-Katalysator-Vorläufermaterial demensprechend durch eine maximale Reduktionsgeschwindigkeit (TPR) bei einer Temperatur von 180°C oder mehr, z. B. 184 bis 190°C, gekennzeichnet. Die TPR-Analyse wird unter den im Experimentalteil ausgeführten Bedingungen ausgeführt. Without wishing to be bound by these theoretical considerations, it is believed that the claimed catalyst precursor material has strong interactions between the nanoscale copper oxide or copper carbonate domains and the surrounding oxide / carbonate phase. This follows from the TPR (Temperature Programmed Reduction) analysis of the precursor material, as in with the maximum reduction rate being observed at higher temperatures than a comparative material. According to one embodiment, the Cu / Zn / Al catalyst precursor material is accordingly characterized by a maximum reduction rate (TPR) at a temperature of 180 ° C or more, e.g. B. 184-190 ° C, characterized. The TPR analysis is performed under the conditions outlined in the Experimental section.

Cu/Zn/Al-KATALYSATORMATERIALCu / Zn / Al catalyst material

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Cu/Zn/Al-Katalysatormaterial, umfassend diskrete kristalline Cu-Partikel, die teilweise in eine kontinuierliche Phase, umfassend Oxide und Carbonate von mindestens Zn und Al, eingebettet sind,
wobei im Katalysatormaterial Cu und Zn zusammen in einer größeren molaren Menge als Aluminium vorhanden sind, und
wobei die Gitterkonstante der kristallinen Cu-Partikel 3,615 Å oder mehr, bevorzugt 3,615 bis 3,621 Å beträgt.
The present invention also relates to a Cu / Zn / Al catalyst material comprising discrete crystalline Cu particles partially embedded in a continuous phase comprising oxides and carbonates of at least Zn and Al,
wherein in the catalyst material Cu and Zn are present together in a larger molar amount than aluminum, and
wherein the lattice constant of the crystalline Cu particles is 3.615 Å or more, preferably 3.615 to 3.621 Å.

Die kontinuierliche Phase, die Oxide und Carbonate von mindestens Zn und Al umfasst, wird im Folgenden auch als „kontinuierliche Zn/Al-Phase” bezeichnet, da sie im Vergleich mit der Oxid-/Carbonat-Phase des Katalysatorvorläufermaterials an Kupfer abgereichert ist. Diese Abreicherung schließt nicht aus, dass Cu in der kontinuierlichen Phase noch vorhanden ist.The continuous phase comprising oxides and carbonates of at least Zn and Al is also referred to hereinafter as the "Zn / Al continuous phase" because it is depleted in copper as compared to the oxide / carbonate phase of the catalyst precursor material. This depletion does not rule out that Cu is still present in the continuous phase.

Dieses Katalysatormaterial wird bevorzugt erhalten durch die Reduktion des oben beschriebenen Katalysatorvorläufermaterials. Dementsprechend, soweit nicht anders angegeben, können Merkmale und bevorzugte Merkmale, die Ausführungsformen des Katalysatorvorläufermaterials kennzeichnen, auch verwendet werden, um das daraus hervorgegangene Katalysatormaterial zu beschreiben.This catalyst material is preferably obtained by the reduction of the catalyst precursor material described above. Accordingly, unless stated otherwise, features and preferred features that characterize embodiments of the catalyst precursor material can also be used to describe the resulting catalyst material.

Dies ist zum Beispiel auf die molaren Gehalte und Verhältnisse der Metallbestandteile anwendbar. Also ist, in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform des Katalysatormaterials, das molare Verhältnis von Cu und Zn 0,5/1 bis kleiner als 2,8/1 und der Al-Gehalt beträgt 1 bis 30 mol%, bezogen auf alle Metallbestandteile. Wissenschaftliche Ergebnisse, die den Erfindern vorliegen, zeigen an, dass die Porengrößenverteilung auch unverändert oder im Wesentlichen unverändert bleibt.This is applicable, for example, to the molar contents and ratios of the metal components. Thus, in accordance with a preferred embodiment of the catalyst material, the molar ratio of Cu and Zn is 0.5 / 1 to less than 2.8 / 1 and the Al content is 1 to 30 mole%, based on all metal constituents. Scientific results available to the inventors indicate that the pore size distribution also remains unchanged or substantially unchanged.

Die vorangehende Beschreibung der Homogenität des Katalysatorvorläufermaterials, die auf der niedrigen Standardabweichung lokaler Zusammensetzungen beruht, ist auch vollständig auf das Katalysatormaterial übertragbar. Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Homogenität ohne jegliche Mahlschritte erreicht.The foregoing description of the homogeneity of the catalyst precursor material, which relies on the low standard deviation of local compositions, is also fully transferable to the catalyst material. In the present invention, this homogeneity is achieved without any milling steps.

Der Carbonat-Gehalt kann andererseits durch die Aktivierungsbehandlung erniedrigt werden und beträgt zum Beispiel 1 bis 25 Gew.-%, z. B. 2 bis 22 Gew.-%, 3 bis 19 Gew.-%, 4 bis 16 Gew.-% oder 5 bis 12 Gew.-%, jeweils ausgedrückt als CO2.On the other hand, the carbonate content can be lowered by the activation treatment and is, for example, 1 to 25% by weight, e.g. 2 to 22 wt .-%, 3 to 19 wt .-%, 4 to 16 wt .-% or 5 to 12 wt .-%, in each case as CO 2 .

Im beanspruchten Katalysatormaterial machen die teilweise eingebetteten kristallinen Cu-Partikel die aktiven Zentren des Katalysators aus. Sie werden während des Reduktionsschritts gebildet, da Kupfer als das edelste Metall zuerst reduziert wird und einen Hang dazu hat, sich von der Oxid-/Carbonat-Phase in Form von diskreten Partikeln abzuscheiden. Diese Partikel haben bevorzugt eine ungefähr sphärische oder ovale Form. Bei der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt, dass mindestens 60%, bevorzugter mindestens 75%, noch bevorzugter mindestens 90% aller Cu-Partikel des beanspruchten Katalysatormaterials einen Durchmesser im Bereich von 3 bis 11 nm, bevorzugt 5 bis 9 nm aufweisen.In the claimed catalyst material, the partially embedded crystalline Cu particles constitute the active sites of the catalyst. They are formed during the reduction step because copper, as the noblest metal, is first reduced and has a propensity to separate from the oxide / carbonate phase in the form of discrete particles. These particles preferably have an approximately spherical or oval shape. In the present invention, it is preferred that at least 60%, more preferably at least 75%, even more preferably at least 90% of all Cu particles of the claimed catalyst material have a diameter in the range of 3 to 11 nm, preferably 5 to 9 nm.

Der Durchmesser der einzelnen Cu-Partikel kann durch das Messen der projizierten Flächen individueller Partikel in TEM-Bildern (TEM-Analyse wie im Experimentalteil beschrieben), sowie Berechnen des Äquivalentdurchmessers, der dem Durchmesser eines Kreises mit der gleichen Fläche entspricht, bestimmt werden. Um ein verlässliches Ergebnis mit niedriger Standardabweichung zu erhalten, betrug die Gesamtzahl der gemessenen Partikel 5000. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser (volumengewichtet), der sich bevorzugt auch innerhalb der obigen nm-Bereiche befindet, kann auf die gleiche Art bestimmt werden.The diameter of the individual Cu particles can be determined by measuring the projected area of individual particles in TEM images (TEM analysis as described in the Experimental section), and calculating the equivalent diameter corresponding to the diameter of a circle with the same area. In order to obtain a reliable result with low standard deviation, the total number of particles measured was 5000. The average particle diameter (volume weighted), which is preferably also within the above nm ranges, can be determined in the same way.

Der Ausdruck „teilweise eingebettet”, wie im Zusammenhang mit dem beanspruchten Katalysatormaterial verwendet, bedeutet, dass die Oberflächen auf unterscheidbaren Cu-Partikeln nicht vollständig mit der kontinuierlichen Zn/Al-Phase bedeckt sind. Es versteht sich von selbst, dass die Oberfläche auf den Kupferpartikeln für die Reaktandengasmischung zugänglich sein muss, um ihre katalytische Aktivität zu entfalten.The term "partially embedded," as used in connection with the claimed catalyst material, means that the surfaces on distinct Cu particles do not completely match the surface continuous Zn / Al phase are covered. It goes without saying that the surface on the copper particles must be accessible to the reactant gas mixture in order to develop its catalytic activity.

Diese Eigenschaft des beanspruchten Katalysatormaterials kann auch durch die Kupferoberfläche (SCu) ausgedrückt werden. Es ist bevorzugt, dass das beanspruchte Katalysatormaterial SCu Werte von mindestens 10 m2/g, bevorzugter mindestens 15 m2/g, noch bevorzugter mindestens 20 m2/g zeigt. Der Scu-Wert von 24,8 m2/g, der für das Katalysatormaterial von Beispiel 2 gemessen wurde, zeigt zum Beispiel, dass sich ungefähr zwei Drittel der Katalysatoroberfläche in Kontakt mit der umgebenden kontinuierlichen Al/Zn-Phase befinden. Im Allgemeinen werden höhere SCu-Werte, die einen niedrigeren Grad der Kupferoberflächenabdeckung widerspiegeln, bevorzugt. Jedoch haben die Erfinder überraschenderweise herausgefunden, dass die zugängliche Cu-Partikeloberfläche nicht der einzige Faktor ist, der die katalytische Aktivität beeinflusst. Ohne zu wünschen, an mechanistische Betrachtungen gebunden zu sein, scheint es so, dass die homogene Natur (und die bevorzugte niedrige Kristallinität), sowie der Carbonat-Gehalt der umgebenden Al/Zn-Phase eine besonders vorteilhafte Wirkung auf den verbleibenden freiliegenden Teil der Cu-Oberfläche ausübt. Um hohe katalytische Effizienz zu erreichen, ist es bevorzugt, dass die Cu-Partikel in einer Nichtgleichgewichtsform vorliegen, die sich in einer vergrößerten Cu-Gitterkonstante (die Gleichgewichtsgitterkonstante von Massivkupfer ist 3,610 Å) widerspiegelt. Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Cu-Gitterkonstante der teilweise eingebetteten Cu-Partikel bevorzugt 3,615 Å oder mehr. Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf Gitterkonstanten im Bereich von 3,615 bis 3,621 Å, 3,616 bis 3,620 Å und 3,617 bis 3,619 Å.This property of the claimed catalyst material can also be expressed by the copper surface (S Cu ). It is preferred that the claimed catalyst material S Cu exhibit values of at least 10 m 2 / g, more preferably at least 15 m 2 / g, even more preferably at least 20 m 2 / g. For example, the S cu value of 24.8 m 2 / g measured for the catalyst material of Example 2 shows that approximately two-thirds of the catalyst surface is in contact with the surrounding continuous Al / Zn phase. In general, higher S Cu values reflecting a lower degree of copper surface coverage are preferred. However, the inventors surprisingly found that the accessible Cu particle surface is not the only factor affecting catalytic activity. Without wishing to be bound by mechanistic considerations, it appears that the homogeneous nature (and preferred low crystallinity) as well as the carbonate content of the surrounding Al / Zn phase have a particularly beneficial effect on the remaining exposed portion of the Cu Surface. In order to achieve high catalytic efficiency, it is preferred that the Cu particles be in a nonequilibrium form, which is reflected in an increased Cu lattice constant (the equilibrium lattice constant of bulk copper is 3.610 Å). According to the present invention, the Cu lattice constant of the partially embedded Cu particles is preferably 3.615 Å or more. Preferred embodiments relate to lattice constants in the range of 3.615 to 3.621 Å, 3.616 to 3.620 Å, and 3.617 to 3.619 Å.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des beanspruchten Katalysatormaterials zeigt die kontinuierliche Zn/Al-Phase einen niedrigen Kristallinitätsgrad oder ist bevorzugt röntgenamorph. „Röntgenamorph” muss im oben erklärten Sinn als frei von gut definierten Beugungspeaks verstanden werden.According to a preferred embodiment of the claimed catalyst material, the continuous Zn / Al phase exhibits a low degree of crystallinity or is preferably X-ray amorphous. In the sense explained above, "X-ray amorphous" must be understood as free from well-defined diffraction peaks.

Kontinuierliche Zn/Al-Phasen, die einen niedrigen Kristallinitätsgrad zeigen, zeigen Röntgenbeugungs-Muster, die frei von gut definierten Beugungspeaks sind, mit Ausnahme schwacher Reflexionen, wie zum Beispiel in gezeigt, die der Gegenwart von ZnO-Partikeln zugeschrieben werden können (ICDD 36-1451). Da ein niedriger Kristallinitätsgrad durch die Abwesenheit von gut definierten Beugungspeaks gekennzeichnet ist und daher mit herkömmlicher Beugungspeakterminologie schwierig zu quantifizieren ist, definieren wir ihn im Zusammenhang mit dem beanspruchten Katalysatorvorläufermaterial auf die folgende Art: die Nettofläche des Beugungssignals im Bereich 30,0 bis 39,0° in 2 theta (Region der 100-, 002-, 101-Reflexionen von ZnO) sollte weniger als 20%, bevorzugt weniger als 15% der Nettofläche des Beugungssignals in dem Bereich 39,0 bis 47,0° in 2 theta (Region der 111-Reflexion von Cu) betragen. „Nettofläche” soll als der Bereich verstanden werden, der durch die gemessene Beugungssignalkurve und den linearen Hintergrund im vorgegebenen Winkelbereich definiert wird. „Linearer Hintergrund” soll als gerade Linie zwischen der gemessenen Intensität an der unteren Begrenzung des vorgegebenen Winkelbereichs und der gemessenen Intensität an der oberen Begrenzung des vorgegebenen Winkelbereichs verstanden werden. Für Katalysatormaterialien B (Vergleichsbeispiel 1) und A (Beispiel 1) wurden ZnO-Nettoflächen von 31,5% bzw. 12,6% gemessen.Continuous Zn / Al phases exhibiting a low degree of crystallinity exhibit X-ray diffraction patterns that are free of well-defined diffraction peaks except for weak reflections, such as in which can be attributed to the presence of ZnO particles (ICDD 36-1451). Since a low degree of crystallinity is characterized by the absence of well-defined diffraction peaks and therefore difficult to quantify with conventional diffraction peak terminology, we define it in the context of the claimed catalyst precursor material in the following way: the net area of the diffraction signal in the range 30.0 to 39.0 ° in 2 theta (region of the 100, 002, 101 reflections of ZnO) should be less than 20%, preferably less than 15% of the net area of the diffraction signal in the range 39.0 to 47.0 ° in 2 theta (region 111 reflection of Cu). "Net area" shall be understood as the area defined by the measured diffraction signal curve and the linear background in the predetermined angular range. "Linear background" shall be understood as a straight line between the measured intensity at the lower limit of the predetermined angular range and the measured intensity at the upper limit of the predetermined angular range. For catalyst materials B (Comparative Example 1) and A (Example 1), ZnO net areas of 31.5% and 12.6%, respectively, were measured.

Die bevorzugte niedrige Kristallinität oder röntgenamorphe Natur der kontinuierlichen Zn/Al-Phase deutet auch an, dass diskrete kristalline ZnO- und Al2O3-Partikel oder Spinell-Phasen oder Kristallite bevorzugt darin nicht vorhanden sind.The preferred low crystallinity or X-ray amorphous nature of the continuous Zn / Al phase also implies that discrete crystalline ZnO and Al 2 O 3 particles or spinel phases or crystallites are preferably absent therein.

KATALYSATORVORLÄUFER UND KATALYSATORCATALYST ACCELERATOR AND CATALYST

Das Katalysatormaterial der Erfindung kann wie nach der Aktivationsbehandlung erhalten als Katalysator verwendet werden, also als Pulver. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden geformte Katalysatorvorläuferkörper definierter Größe, z. B. Tabletten, aus dem Katalysatorvorläufermaterial gebildet, gefolgt von Reduktion in Gegenwart von Wasserstoff unter den unten erklärten Bedingungen. Diese Reduktion kann zum Beispiel durch das Inkontaktbringen der Vorläuferkörper mit Synthesegas, reinem Wasserstoff oder Wasserstoffgas, das mit Inertgas verdünnt wurde, erreicht werden.The catalyst material of the invention can be used as a catalyst after the activation treatment, that is, as a powder. According to a preferred embodiment, shaped catalyst precursor bodies of defined size, e.g. Tablets, formed from the catalyst precursor material, followed by reduction in the presence of hydrogen under the conditions explained below. This reduction can be achieved, for example, by contacting the precursor bodies with syngas, pure hydrogen or hydrogen gas diluted with inert gas.

Es wird bevorzugt, ein Schmiermittel, zum Beispiel Graphit, in kleinen Mengen hinzuzufügen, zum Beispiel 1 bis 5 Gew.-%, basierend auf dem endgültigen Gewicht des Katalysators (oder des Katalysatorvorläufers). Es gibt keine besondere Beschränkung bezüglich der Größe der Katalysator(vorläufer)körper, die verwendet werden sollen. Die folgenden strukturellen Eigenschaften werden jedoch bevorzugt.It is preferred to add a lubricant, for example graphite, in small amounts, for example 1 to 5 wt.%, Based on the final weight of the catalyst (or catalyst precursor). There is no particular limitation on the size of the catalyst (precursor) bodies to be used. However, the following structural properties are preferred.

Die makroskopische Größe (durchschnittlicher größter Durchmesser) der einzelnen Katalysator(vorläufer)körper liegt bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 20 mm, z. B. 1 bis 10 mm. Katalysatorkörper dieser Größe können durch fachbekannte Verfahren gewonnen werden, zum Beispiel durch das Pressen eines getrockneten kalzinierten Katalysatorvorläufermaterials, neuerliches Brechen des gepressten Materials und Ausführen von größenselektiven Schritten wie Sieben, vor dem Ausführen des Aktivierungs(Reduktions-)Schritts. Anstatt zu pressen, kann ein Extrudat gebildet werden.The macroscopic size (average largest diameter) of the individual catalyst (precursor) body is preferably in the range of 0.5 to 20 mm, z. B. 1 to 10 mm. Catalyst bodies of this size can be obtained by methods known in the art, for example by pressing a dried one calcined catalyst precursor material, rebreathing the pressed material, and performing size-selective steps, such as sieving, prior to performing the activation (reduction) step. Instead of pressing, an extrudate can be formed.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das Katalysatorvorläufermaterial vor dem Reduktionsschritt gemäß fachbekannten Techniken auf einen Träger beschichtet. Dieses Beschichten eines Trägers mit den entsprechenden Katalysatorvorläufermaterialien kann genauso gut zu einem früheren Stadium ausgeführt werden, zum Beispiel vor der Kalzinierungsbehandlung.In another embodiment, the catalyst precursor material is coated onto a support prior to the reduction step according to art-known techniques. This coating of a support with the corresponding catalyst precursor materials may as well be carried out at an earlier stage, for example before the calcination treatment.

Der Träger, der bevorzugt inert ist, kann eine beliebige Form und Oberflächenstruktur haben. Jedoch sind regelmäßig geformte, mechanisch stabile Körper, wie Kugel-, Ring-, Röhrenschnitt-, Halbring-, Sattel-, Spiralen- oder Wabenträgerkörper oder Träger, die mit Kanälen versehen sind, wie zum Beispiel Fasermatten oder Keramikschäume, bevorzugt. Die Größe und Form der Trägerkörper wird zum Beispiel durch die Ausmaße, in erster Linie durch den inneren Durchmesser der Reaktionsröhren, falls der Katalysator in Röhren- oder Röhrenbündelreaktoren verwendet wird, bestimmt. Der Durchmesser des Trägerkörpers sollte dann zwischen 1/2 und 1/10 des inneren Durchmessers des Reaktors sein. Im Fall von Flüssigbettreaktoren werden die Trägerdimensionen zum Beispiel durch die Strömungsdynamik im Reaktor bestimmt. Geeignete Materialien sind zum Beispiel Speckstein, Duranit, Steinzeug, Porzellan, Siliziumdioxid, Silicate, Aluminiumoxid, Aluminate, Siliziumcarbid oder Mischungen dieser Stoffe. Der Anteil der Schicht des Katalysatorvorläufermaterials, das auf den Träger aufgebracht ist, beträgt bevorzugt 1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 20 Gew.-%, basierend auf der Gesamtmasse des endgültig geträgerten Katalysatormaterials. Die Dicke der Katalysatormaterialschicht ist bevorzugt 5 bis 300 μm, besonders bevorzugt 5 bis 10 μm.The support, which is preferably inert, may have any shape and surface structure. However, regularly shaped, mechanically stable bodies such as ball, ring, tube cut, half ring, saddle, coil or honeycomb carrier bodies or carriers provided with channels, such as fiber mats or ceramic foams, are preferred. The size and shape of the carrier bodies is determined, for example, by the dimensions, primarily the inner diameter of the reaction tubes, if the catalyst is used in tubular or tube bundle reactors. The diameter of the carrier body should then be between 1/2 and 1/10 of the inner diameter of the reactor. In the case of liquid bed reactors, the support dimensions are determined, for example, by the flow dynamics in the reactor. Suitable materials are, for example, soapstone, duranite, stoneware, porcelain, silicon dioxide, silicates, aluminum oxide, aluminates, silicon carbide or mixtures of these substances. The proportion of the layer of the catalyst precursor material applied to the support is preferably 1 to 30% by weight, more preferably 2 to 20% by weight, based on the total mass of the finally supported catalyst material. The thickness of the catalyst material layer is preferably 5 to 300 μm, more preferably 5 to 10 μm.

HERSTELLUNG DES KATALYSATORVORLÄUFERMATERIALS UND AKTIVIERUNG DURCH REDUKTIONPREPARATION OF THE CATALYST PREPARATION MATERIAL AND ACTIVATION BY REDUCTION

Das beanspruchte Katalysatorvorläufermaterial wird bevorzugt in einem Verfahren hergestellt, das die folgenden Schritte umfasst.

  • (a) Zubereiten einer ersten wässrigen Lösung, enthaltend mindestens ein wasserlösliches Kupfersalz und mindestens ein wasserlösliches Zinksalz,
  • (b) Zubereiten einer zweiten Lösung, enthaltend mindestens ein wasserlösliches basisches Aluminiumsalz (wie Natriumaluminat) und mindestens ein alkalisches carbonathaltiges Fällmittel (wie Natriumcarbonat),
  • (c) Mischen der ersten und der zweiten Lösung, wobei ein unlöslicher Feststoff gebildet wird,
  • (d) Gewinnen des unlöslichen Feststoffs,
  • (e) Trocknen des gewonnenen Feststoffs, sowie
  • (f) Kalzinieren des getrockneten Feststoffs bei einer Temperatur, die 450°C nicht überschreitet, um das Katalysatorvorläufermaterial zu erhalten.
The claimed catalyst precursor material is preferably prepared in a process comprising the following steps.
  • (a) preparing a first aqueous solution containing at least one water-soluble copper salt and at least one water-soluble zinc salt,
  • (b) preparing a second solution containing at least one water-soluble basic aluminum salt (such as sodium aluminate) and at least one alkaline carbonated precipitant (such as sodium carbonate),
  • (c) mixing the first and second solutions to form an insoluble solid,
  • (d) recovering the insoluble solid,
  • (e) drying the recovered solid, as well
  • (f) calcining the dried solid at a temperature not exceeding 450 ° C to obtain the catalyst precursor material.

Es wird bevorzugt, mindestens einen Waschschritt zwischen den Schritten (d) und (e) und/oder den Schritten (e) und (f) durchzuführen. Wenn der getrocknete, in Schritt (e) gewonnene Feststoff einem Waschschritt unterzogen wird, wird bevorzugt, den gewaschenen Feststoff nochmals zu trocknen, bevor dieser dem finalen Kalzinierungsschritt unterzogen wird.It is preferred to carry out at least one washing step between steps (d) and (e) and / or steps (e) and (f). When the dried solid recovered in step (e) is subjected to a washing step, it is preferred to re-dry the washed solid before it undergoes the final calcination step.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass dieses Verfahren besonders geeignet ist, um ein Katalysatorvorläufermaterial herzustellen, das in einem nachfolgenden Reduktionsschritt zu Hochleistungskatalysatormaterialien umgewandelt werden kann.The inventors have found that this process is particularly suitable for preparing a catalyst precursor material that can be converted to high performance catalyst materials in a subsequent reduction step.

Die erste und zweite oben beschriebene Lösungen können auf beliebige Art und in beliebiger Reihenfolge gemischt werden. Also kann die erste Lösung zur zweiten Lösung hinzugefügt werden, oder die zweite Lösung kann zur ersten Lösung hinzugefügt werden, oder eine Mischung der zwei Lösungen kann durch das gleichzeitige Mischen der zwei Lösungen, wie durch das gleichzeitige Hinzufügen der zwei Lösungen in ein Gefäß erhalten werden. Es ist wünschenswert, dass das Mischen der ersten und zweiten Lösungen in Schritt (c) bei einem pH oberhalb von ungefähr 5,5 (z. B. pH 5,5 bis 9), und allgemeiner oberhalb von ungefähr 6,0, z. B. bei einem pH von 6,0 bis 7,0, durchgeführt wird. Wenn die zwei Lösungen gleichzeitig gemischt werden, kann der pH der sich ergebenden Mischung durch das Verändern der Zugabegeschwindigkeit der zweiten Lösung, die ein alkalisches Material enthält, kontrolliert werden. Wenn sich die Zugabegeschwindigkeit der zweiten Lösung erhöht, steigt der pH der sich ergebenden Mischung.The first and second solutions described above may be mixed in any manner and in any order. Thus, the first solution can be added to the second solution, or the second solution can be added to the first solution, or a mixture of the two solutions can be obtained by mixing the two solutions simultaneously, as by adding the two solutions simultaneously into a vessel , It is desirable that the mixing of the first and second solutions in step (c) be at a pH above about 5.5 (e.g., pH 5.5 to 9), and more generally above about 6.0, e.g. At a pH of 6.0 to 7.0. When the two solutions are mixed at the same time, the pH of the resulting mixture can be controlled by changing the rate of addition of the second solution containing an alkaline material. As the rate of addition of the second solution increases, the pH of the resulting mixture increases.

Die wasserlöslichen Kupfer- und Zinksalze, die verwendet werden, um die erste Lösung zu bilden, sind Kupfer- und Zinksalze, wie z. B. Nitrate, Acetate, Sulfate, Chloride usw. Es wird jedoch gegenwärtig bevorzugt, die Nitrate von Kupfer und Zink bei der Bildung der ersten Lösung zu verwenden. Ein beliebiges wasserlösliches Aluminiumsalz kann verwendet werden, um die zweite Lösung herzustellen, und das Aluminiumsalz ist allgemein ein basisches Aluminiumsalz, wie z. B. Natriumaluminat. Aluminiumoxidgele können ebenfalls verwendet werden, jedoch wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Al-Oxid, das in der kontinuierlichen Zn/Al-Phase vorhanden ist, weder aus einem Aluminiumhydroxidsol oder -gel, noch aus kolloidal dispergiertem Al2O3 gewonnen.The water-soluble copper and zinc salts used to form the first solution are copper and zinc salts, e.g. Nitrates, acetates, sulfates, chlorides, etc. However, it is presently preferred to use the nitrates of copper and zinc in the formation of the first solution. Any water-soluble aluminum salt may be used to prepare the second solution, and the aluminum salt is generally a basic aluminum salt, such as e.g. For example, sodium aluminate. Alumina gels may also be used, however, according to a preferred embodiment of the invention, the Al oxide present in the Zn / Al continuous phase is not derived from an aluminum hydroxide sol or gel nor from colloidally dispersed Al 2 O 3 .

Die zweite Lösung enthält auch mindestens ein alkalisches carbonathaltiges wasserlösliches Material, wie z. B. Natriumcarbonat oder Ammoniumcarbonat. Das carbonathaltige Salz kann in Kombination mit anderen wasserlöslichen Salzen wie Natriumhydroxid oder Ammoniumhydroxid verwendet werden. Die Menge des alkalischen Materials, das in der zweiten Lösung vorhanden ist, kann über einen breiten Bereich variiert werden, und die Menge der alkalischen Materialien sollte ausreichend sein, um eine alkalische Lösung bereitzustellen, die, wenn zur ersten Lösung hinzugegeben, zu einer Mischung mit dem gewünschten pH führt. Der pH der Mischung, die durch das Mischen der ersten und zweiten Lösungen erhalten wird, sollte innerhalb des Bereichs von 5,5 bis 9,0 sein und ist bevorzugt mindestens 6 und am meisten bevorzugt mindestens ungefähr 6,0 bis 7,0. Wie oben bemerkt, kann der pH der Mischung wie gewünscht durch das Anpassen der relativen Zugabegeschwindigkeiten der zwei Lösungen eingestellt werden. Zusätzlich wird die Mischung, die aus der ersten und zweiten Lösung erhalten wird, bevorzugt bei einer Temperatur von ungefähr 50 bis 80°C gehalten (jedoch bevorzugt nicht über ausgedehnte Zeiträume, um die unten beschriebenen Alterungsvorgänge zu unterdrücken). Es wird eine Ausfällung gebildet und durch fachbekannte Techniken, wir Filtration, Zentrifugieren usw. gewonnen. Die gewonnene Ausfällung wird bevorzugt mit Wasser gewaschen, um Unreinheiten zu entfernen, durch Erwärmen auf eine Temperatur von bis zu ungefähr 250°C getrocknet, und schließlich kalziniert. Das Waschen wird zum Beispiel durchgeführt, um den Gehalt an Alkalimetallen zu vermindern, bevorzugt auf Werte von 0,2 Gew.-% oder weniger, insbesondere 0,1 Gew.-% oder weniger.The second solution also contains at least one alkaline carbonate-containing water-soluble material, such as. For example, sodium carbonate or ammonium carbonate. The carbonate-containing salt may be used in combination with other water-soluble salts, such as sodium hydroxide or ammonium hydroxide. The amount of alkaline material present in the second solution may be varied over a wide range, and the amount of alkaline materials should be sufficient to provide an alkaline solution which, when added to the first solution, is mixed with leads to the desired pH. The pH of the mixture obtained by mixing the first and second solutions should be within the range of 5.5 to 9.0 and is preferably at least 6 and most preferably at least about 6.0 to 7.0. As noted above, the pH of the mixture can be adjusted as desired by adjusting the relative rates of addition of the two solutions. In addition, the mixture obtained from the first and second solutions is preferably maintained at a temperature of about 50 to 80 ° C (but preferably not for extended periods of time to suppress the aging processes described below). A precipitate is formed and recovered by techniques known in the art, such as filtration, centrifugation, etc. The recovered precipitate is preferably washed with water to remove impurities, dried by heating to a temperature of up to about 250 ° C, and finally calcined. The washing is carried out, for example, to reduce the content of alkali metals, preferably to values of 0.2 wt% or less, more preferably 0.1 wt% or less.

Die eingesetzte Trocknungstemperatur hängt von den gewählten Bedingungen ab. In Batch-Verfahren ist es normalerweise ausreichend, durch Erwärmen auf eine Temperatur von ungefähr 150°C oder weniger, zum Beispiel auf 80 bis 120°C, zu Trocknen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wird das Trocknen durch kontinuierliche Sprühtrocknung ausgeführt. Während der Sprühtrocknung ist der gewonnene unlösliche Feststoff Temperaturen im Bereich bevorzugt von 80 bis 220°C ausgesetzt. Der Sprühtrockner arbeitet typischerweise mit mindestens zwei Temperaturzonen innerhalb dieses Bereichs, die bevorzugt eine Einlasstemperatur einschließen, die höher als die Auslasstemperatur ist. Sprühtrocknen kann zum Beispiel bei einer Einlasstemperatur von 180 bis 220°C und einer Auslasstemperatur von 80 bis 120°C ausgeführt werden. Das Sprühtrocknen wird bevorzugt kontinuierlich durchgeführt.The drying temperature used depends on the conditions selected. In batch processes, it is usually sufficient to dry by heating to a temperature of about 150 ° C or less, for example, 80 to 120 ° C. In a preferred embodiment of the present invention, the drying is carried out by continuous spray drying. During spray-drying, the insoluble solid obtained is exposed to temperatures in the range preferably from 80 to 220 ° C. The spray dryer typically operates with at least two temperature zones within this range, which preferably include an inlet temperature that is higher than the outlet temperature. Spray drying can be carried out, for example, at an inlet temperature of 180 to 220 ° C and an outlet temperature of 80 to 120 ° C. The spray-drying is preferably carried out continuously.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass es bevorzugt ist, Alterungsvorgänge bei der Herstellung des Katalysator(vorläufer)materials zu unterdrücken. Aus diesem Grund wird es als vorteilhaft betrachtet, die Schritte (c), (d) und (e) in einem kontinuierlichen Verfahren auszuführen. Dies kann durch kontinuierliche und gleichzeitige Dosierung der ersten und zweiten Lösung in Schritt (c) in das Reaktionsgefäß erreicht werden. Während die zweite und die erste Lösung auf diese Art gemischt werden, wird der unlösliche Feststoff kontinuierlich gewonnen und in einen Sprühtrocknungsapparat eingebracht, wobei der gewonnene Feststoff kontinuierlich getrocknet wird.The inventors have found that it is preferable to suppress aging processes in the preparation of the catalyst (precursor) material. For this reason, it is considered advantageous to carry out steps (c), (d) and (e) in a continuous process. This can be achieved by continuous and simultaneous metering of the first and second solution in step (c) into the reaction vessel. While the second and the first solutions are mixed in this way, the insoluble solid is continuously recovered and placed in a spray-drying apparatus, whereby the recovered solid is dried continuously.

Wenn das beim Sprühtrocknen erhaltene Granulat einem Waschschritt unterzogen wird, kann ein zweiter Sprühtrocknungsschritt folgen.When the granules obtained by spray-drying are subjected to a washing step, a second spray-drying step may follow.

Dieses kontinuierliche Verfahren stellt sicher, dass wenig Zeit zwischen der ersten Bildung eines unlöslichen Feststoffs in Schritt (c) und dem Gewinnen des unlöslichen Feststoffs (aus der Mutterlauge) in Schritt (d) vergeht. Auf diese Weise können Alterungsvorgänge unterdrückt werden und die Bildung einer sehr homogenen und bevorzugt niedrigkristallinen oder amorphen kontinuierlichen Al/Zn-Phase gefördert werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Zeitspanne zwischen der Bildung des unlöslichen Feststoffs in Schritt (c) und im Gewinnen (Schritt (d)) kürzer als eine Stunde, bevorzugt kürzer als 50 Minuten, bevorzugter kürzer als 40 Minuten, zum Beispiel kürzer als 30 Minuten, zum Beispiel 20 Minuten oder weniger. Alterungsvorgänge können über Farbveränderungen des unlöslichen Feststoffs, der in Kontakt mit der Mutterlauge ist, erkannt werden.This continuous process ensures that little time passes between the first formation of an insoluble solid in step (c) and the recovery of the insoluble solid (from the mother liquor) in step (d). In this way, aging processes can be suppressed and the formation of a very homogeneous and preferably low-crystalline or amorphous continuous Al / Zn phase promoted. According to a preferred embodiment, the time span between the formation of the insoluble solid in step (c) and in the recovery (step (d)) is shorter than one hour, preferably shorter than 50 minutes, more preferably shorter than 40 minutes, for example shorter than 30 minutes , for example, 20 minutes or less. Aging processes can be detected by color changes of the insoluble solid in contact with the mother liquor.

Die Kalzinierung (Schritt f) wird bevorzugt in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur von 200 bis 400°C, bevorzugt 280 bis 380°C, bevorzugter 310 bis 350°C, durchgeführt.The calcination (step f) is preferably carried out in an oxygen-containing atmosphere at a temperature of 200 to 400 ° C, preferably 280 to 380 ° C, more preferably 310 to 350 ° C.

Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird diese Kalzinierungsreaktion normalerweise bei Atmosphärendruck ausgeführt. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, diesen Schritt bei erhöhtem oder erniedrigtem Druck, zum Beispiel innerhalb des Bereichs von Atmosphärendruck ±50% oder ±20% durchzuführen. Als sauerstoffhaltige Atmosphäre kann Luft oder eine synthetische sauerstoffhaltige Atmosphäre verwendet werden. Abhängig von den anderen Verfahrensbedingungen, wird Sauerstoff normalerweise nicht in Gehalten von mehr als 50 Vol.% eingesetzt. Geeignete Sauerstoffvolumenanteile sind zum Beispiel 1 bis 40 Vol.%, 5 bis 35 Vol.% oder 10 bis 30 Vol.%. Der Rest ist Stickstoff, wie in Luft, oder ein beliebiges Inertgas wie Ar oder He. For convenience, this calcination reaction is normally carried out at atmospheric pressure. In principle, however, it is also possible to perform this step at elevated or reduced pressure, for example within the range of atmospheric pressure ± 50% or ± 20%. As the oxygen-containing atmosphere, air or a synthetic oxygen-containing atmosphere may be used. Depending on the other process conditions, oxygen is not normally used in levels greater than 50% by volume. Suitable oxygen volume fractions are for example 1 to 40 vol.%, 5 to 35 vol.% Or 10 to 30 vol.%. The rest is nitrogen, as in air, or any inert gas such as Ar or He.

Das kalzinierte Katalysatorvorläufermaterial, das in Schritt (f) erhalten wird, kann durch Reduktion in Gegenwart von Wasserstoff aktiviert werden. Diese Reduktion wird durch das Inkontaktbringen des kalzinierten Katalysatormaterials mit einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre, wie Synthesegas, reinem Wasserstoff oder mit einem Inertgas (z. B. Stickstoff, Helium oder Argon) verdünntem Wasserstoff erreicht werden. Bei diesem Reduktionsschritt entsteht durch die Abscheidung kristalliner Cu-Partikel aus der umgebenden Oxid-/Carbonat-Phase ein Katalysatormaterial, wie beansprucht. Dieser Reduktionsschritt wird unter fachbekannten Bedingungen durchgeführt, bevorzugt bei einer Temperatur von 150 bis 300°C, bevorzugter 175 bis 270°C und bevorzugt bei Atmosphärendruck, obwohl prinzipiell dieselben Drücke (bis zu 150 bar) wie bei der Umsetzung von Synthesegas (siehe nachfolgende Beschreibung) verwendet werden könnten.The calcined catalyst precursor material obtained in step (f) can be activated by reduction in the presence of hydrogen. This reduction will be accomplished by contacting the calcined catalyst material with a hydrogen-containing atmosphere, such as synthesis gas, pure hydrogen, or hydrogen diluted with an inert gas (eg, nitrogen, helium, or argon). In this reduction step, the deposition of crystalline Cu particles from the surrounding oxide / carbonate phase produces a catalyst material as claimed. This reduction step is carried out under conditions known in the art, preferably at a temperature of 150 to 300 ° C, more preferably 175 to 270 ° C and preferably at atmospheric pressure, although in principle the same pressures (up to 150 bar) as in the synthesis of synthesis gas (see below description ) could be used.

Gemäß einer Ausführungsform wird die Reduktion durch das Erwärmen des Katalysatorvorläufermaterials in einer Atmosphäre, die 1 bis 10 Vol.% Wasserstoff, bevorzugt 2 bis 7 Vol.% Wasserstoff umfasst, wobei der Rest ein Inertgas wie Stickstoff, Argon oder Helium ist, auf eine Temperatur von 230 bis 260°C ausgeführt. Die Erwärmungsgeschwindigkeit beträgt bevorzugt 1 bis 5 K/min., und das Vorläufermaterial wird für mindestens 15 Minuten, zum Beispiel 30 Minuten oder mehr, bei der Endtemperatur gehalten.In one embodiment, the reduction is effected by heating the catalyst precursor material in an atmosphere comprising from 1 to 10% by volume of hydrogen, preferably from 2 to 7% by volume of hydrogen, the remainder being an inert gas such as nitrogen, argon or helium from 230 to 260 ° C. The heating rate is preferably 1 to 5 K / min, and the precursor material is held at the final temperature for at least 15 minutes, for example, 30 minutes or more.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform, wird das Vorläufermaterial auf 150 bis 200°C bei einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 5 K/min. in einer Gasmischung erwärmt, die 1 bis 5 Vol.% Wasserstoff umfasst, wobei der Rest Inertgas, wie Stickstoff oder Helium ist, gefolgt von einer Reduktion in 100% Wasserstoff bei einer höheren Temperatur von bevorzugt 220 bis 260°C. In beiden Reduktionsschritten wird das Vorläufermaterial bevorzugt für einen Zeitraum von mindestens 15 Minuten, zum Beispiel 30 Minuten oder mehr, auf der Endtemperatur gehalten.According to a second embodiment, the precursor material is heated to 150 to 200 ° C at a rate of 0.5 to 5 K / min. in a gas mixture comprising 1 to 5% by volume of hydrogen, the remainder being inert gas such as nitrogen or helium, followed by reduction in 100% hydrogen at a higher temperature of preferably 220 to 260 ° C. In both reduction steps, the precursor material is preferably maintained at the final temperature for a period of at least 15 minutes, for example 30 minutes or more.

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON METHANOLMETHANOL FOR THE PREPARATION OF METHANOL

Der Katalysator der Erfindung (und deshalb auch das davon umfasste Katalysatormaterial) kann unter herkömmlichen Bedingungen verwendet werden, um Methanol aus Synthesegas herzustellen, das eine technische Mischung aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid ist.The catalyst of the invention (and therefore also the catalyst material included therein) can be used under conventional conditions to produce methanol from synthesis gas, which is a technical mixture of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Synthesegas zum Beispiel
CO 3 bis 20 Vol.%, bevorzugt 5 bis 15 Vol.%,
CO2 1 bis 12 Vol.%, bevorzugt 2 bis 8 Vol.%,
optional ein Inertgas wie N2 oder Helium in einer Menge von
1 bis 30 Vol.%, bevorzugt 2 bis 15 Vol.%,
CH4 0 bis 30 Vol.%, z. B. weniger als 20 Vol.%,
und der Rest H2.
According to one embodiment, the synthesis gas comprises, for example
CO 3 to 20 vol.%, Preferably 5 to 15 vol.%,
CO 2 1 to 12 vol.%, Preferably 2 to 8 vol.%,
optionally an inert gas such as N 2 or helium in an amount of
From 1 to 30% by volume, preferably from 2 to 15% by volume,
CH 4 0 to 30 vol.%, Z. B. less than 20 vol.%,
and the remainder H 2 .

Bevorzugt wird die Reaktion bei einem Druck von 10 bis 150 bar, bevorzugt 20 bis 70 bar, bevorzugter 35 bis 55 bar (jeweils absolute Druckwerte), und bei einer Temperatur von bevorzugt 200 bis 300°C am Katalysator(material) der vorliegenden Erfindung durchgeführt.The reaction is preferably carried out at a pressure of 10 to 150 bar, preferably 20 to 70 bar, more preferably 35 to 55 bar (in each case absolute pressure values), and at a temperature of preferably 200 to 300 ° C on the catalyst (material) of the present invention ,

Die Raumgeschwindigkeit kann ungefähr 1000 bis 50000, zum Beispiel 5000 bis 30000 l Synthesegasmischung pro Stunde und 1 Katalysator betragen.The space velocity may be about 1000 to 50,000, for example 5,000 to 30,000 liters of synthesis gas mixture per hour and 1 catalyst.

EXPERIMENTALTEIL:EXPERIMENTAL:

Chemikalienchemicals

Die folgenden Gase hoher Reinheit wurden verwendet: He (99,9999%), H2 (99,9999%), N2O/He (1% N2O, 99,9995%)The following high purity gases were used: He (99.9999%), H 2 (99.9999%), N 2 O / He (1% N 2 O, 99.9995%).

Die folgenden Ausgangsmaterialien wurden verwendet, um die Katalysatormaterialien herzustellen:
Cu(NO3)2 × 3H2O, Carl Roth, >= 99% p. a.
Na2O3, Carl Roth, >= 99,8% p. a.
ZnO, Carl Roth, >= 99% p. a.
Natriumaluminat, technische Qualität, Fisher Scientific.
The following starting materials were used to prepare the catalyst materials:
Cu (NO 3 ) 2 × 3H 2 O, Carl Roth,> = 99% pa
Na 2 O 3 , Carl Roth,> = 99.8% pa
ZnO, Carl Roth,> = 99% pa
Sodium aluminate, technical grade, Fisher Scientific.

Thermogravimetrische Analyse-Emissionsgasanalyse (TGA-EGA)Thermogravimetric analysis-emission gas analysis (TGA-EGA)

Die TG-Kurven der Hydroxycarbonatvorläufer wurden auf einer Netzsch STA 449-C Thermowaage mit einem verbundenen Quadrupol-Massenspektrometer für EGA (Pfeiffer Omnistar) aufgenommen. Eine Erwärmungsrate von 2 K/min. wurde in synthetischer Luft angewandt.The hydroxycarbonate precursor TG curves were recorded on a Netzsch STA 449-C thermobalance with a connected quadrupole mass spectrometer for EGA (Pfeiffer Omnistar). A heating rate of 2 K / min. was applied in synthetic air.

Temperaturprogammierte Reduktion (TPR)Temperature-controlled reduction (TPR)

Die TPR wurde durch das Erhöhen der Temperatur auf 250°C in einem Festbettreaktor (CE instruments TPDRO 1100) mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 2 K/min. durchgeführt. Der H2-Verbrauch wurde unter Verwendung eines Wärmeleitfähigkeits-Detektors verfolgt.The TPR was achieved by raising the temperature to 250 ° C in a fixed bed reactor (CE instruments TPDRO 1100) at a heating rate of 2 K / min. carried out. H 2 consumption was monitored using a thermal conductivity detector.

TPR-Untersuchungen wurden mit 50 mg kalziniertem Katalysatorvorläufermaterial (Pulver) bei einer Atmosphäre von 5% Wasserstoff und 95% Helium bei einer Fließgeschwindigkeit von 80 ml/min. durchgeführt.TPR studies were carried out with 50 mg of calcined catalyst precursor material (powder) at 5% hydrogen and 95% helium atmosphere at a flow rate of 80 ml / min. carried out.

Porengröße und Porengrößenverteilung:Pore size and pore size distribution:

Die Stickstoff Adsorptions-Desorptions-Isotherme wird bei 77 K gemessen, wobei zum Beispiel ein Autosorb-1-Instrument (Quantachrome) verwendet wird. Vor der Adsorption wird die Probe in Vakuum bei 353 K für 4 Stunden entgast. Die Berechnung der Porengrößenverteilung wird unter Verwendung des Desorptionszweigs der Isotherme und der Barrett-Joyner-Halenda (BJH) Methode, wie in E. P. Barrett, L. G. Joyner, P. P. Halenda, J. Amer. Chem. Soc. 73 (1951) 373 beschrieben, durchgeführt. Es wurden vollständige Adsorptions-/Desorptions-Isothermen im p/p0-Bereich von 0,001 bis 1 aufgenommen. Die Quantachrome AUTOSORB Software wurde verwendet, um die Porengrößenverteilung basierend auf dem kompletten Desorptionszweig der Isotherme und der Barrett-Joyner-Halenda (BJH) Methode zu berechnen. Die Probengröße ist ungefähr 0,1 g.The nitrogen adsorption-desorption isotherm is measured at 77K using, for example, an Autosorb-1 instrument (Quantachrome). Before adsorption, the sample is degassed in vacuo at 353 K for 4 hours. The pore size distribution calculation is made using the desorption branch of the isotherm and the Barrett-Joyner-Halenda (BJH) method, as in EP Barrett, LG Joyner, PP Halenda, J. Amer. Chem. Soc. 73 (1951) 373 described, performed. Complete adsorption / desorption isotherms in the p / p 0 range of 0.001 to 1 were recorded. The Quantachrome AUTOSORB software was used to calculate the pore size distribution based on the complete desorption branch of the isotherm and the Barrett-Joyner-Halenda (BJH) method. The sample size is about 0.1 g.

Kupferoberfläche SCu Copper surface S Cu

Die Kupferoberfläche wurde unter Verwendung von N2O-reaktiver Frontalchromatographie mit 1 Vol.% N2O in Helium gemäß dem von Chinchen et al. ( G. C. Chinchen, C. M. Hay, H. D. Vanderwell, K. C. Waugh, J. Catal. 1987, 103, 79 ) vorgeschlagenen Verfahren bei etwas moderateren Reaktionsbedingungen ( O. Hinrichsen, T. Genger, M. Muhler, Chem. Eng. Technol. 2000, 11, 956–959 ) bestimmt.The copper surface was analyzed using N 2 O-reactive frontal chromatography with 1 vol.% N 2 O in helium according to the method described by Chinchen et al. ( GC Chinchen, CM Hay, HD Vanderwell, KC Waugh, J. Catal. 1987, 103, 79 ) proposed at slightly more moderate reaction conditions ( O. Hinrichsen, T. Genger, M. Muhler, Chem. Eng. Technol. 2000, 11, 956-959 ) certainly.

RöntgenbeugungX-ray diffraction

Für die Röntgenbeugung (X-ray diffraction, XRD) wurden die kalzinierten Proben des Katalysatormaterials in situ auf einen Stoe theta-theta Diffraktometer, das mit einer Anton Paar XRK 900 Reaktionskammer, einem Sekundärgraphitmonochromator und einem Scintillationszähler ausgestattet war, unter Verwendung von Cu Kα-Strahlung reduziert. Für die Reduktion wurde die Temperatur linear in einer Atmosphäre von 5 Vol.% H2 in He (100 ml/min., 2 K/min.) auf 250°C erhöht und zwei Stunden isotherm erhalten. Die reduzierten Proben wurden im Reduktionsgas vor der Aufnahme der Röntgenbeugungs-Muster (30 bis 100° 2 theta, 0,02°-Schritte, 16 s Zählung/Schritt) auf Raumtemperatur abgekühlt. Das TOPAS Softwarepaket ( A. A. Coelho, Topas, General Profile and Structure Analysis Software for Powder Diffraction Data, Version 3.0, Bruker AXS GmbH, Karlsruhe, Germany, 2006 ) wurde für die Verfeinerungen der Röntgenbeugungs-Daten verwendet.For X-ray diffraction (XRD), the calcined samples of the catalyst material were measured in situ on a Stoe theta-theta diffractometer equipped with an Anton Paar XRK 900 reaction chamber, a secondary graphite monochromator, and a scintillation counter using Cu Kα. Radiation reduced. For the reduction, the temperature was linearly increased to 250 ° C in an atmosphere of 5% by volume H 2 in He (100 ml / min., 2 K / min.) And isothermally maintained for 2 hours. The reduced samples were cooled to room temperature in the reducing gas prior to taking the X-ray diffraction pattern (30 to 100 ° 2 theta, 0.02 ° increments, 16 sec count / step). The TOPAS software package ( AA Coelho, Topas, General Profile and Structure Analysis Software for Powder Diffraction Data, Version 3.0, Bruker AXS GmbH, Karlsruhe, Germany, 2006 ) was used for the refinements of the X-ray diffraction data.

Röntgenbeugungs-Muster der Proben des Katalysatorvorläufermaterials wurden auf einem Stoe Stadi-p Diffraktometer gewonnen, das mit einem primär fokussierenden Ge-Monochromator und einem linearpositionssensitivem Detektor (Auflösung 0,005°/Kanal, Schrittgröße 0,1°) ausgestattet war, im 2 theta-Bereich 4 bis 80° mit einer Zählzeit von 10 s unter Verwendung von Cu Kα-Strahlung in Transmissionsgeometrie aufgenommen.X-ray diffraction patterns of the catalyst precursor material samples were collected on a Stoe Stadi-p diffractometer equipped with a primary focusing Ge monochromator and a linear position sensitive detector (resolution 0.005 ° / channel, 0.1 ° step size) in the 2 theta range 4 to 80 ° recorded with a counting time of 10 s using Cu Kα radiation in transmission geometry.

Für die Bestimmung der Cu-Gitterkonstante wurden Röntgenbeugungs-Muster im Winkelbereich 38 bis 100° 2 theta unter Verwendung der Pawley-Methode (in TOPAS implementiert) und einem einzelnen Gaußschen Peak für die ZnO 102-Reflexion an einer festen Position von 47,698° 2 theta verfeinert. Das Peak-Profil für die Cu-Reflexionen war ein Lorentz-Profil mit 1/cos(theta)-Abhängigkeit der fwhm (volle Breite bei Halbmaximum, full width at half maximum). Zusätzlich zum Gitterparameter wurde ein Probenverschiebungsparameter, aber keine Null-Verschiebung verfeinert. Der Hintergrund wurde unter Verwendung eines Tschebyschow-Polynoms zweiter Ordnung modelliert.For the determination of the Cu lattice constant, X-ray diffraction patterns in the angular range 38 to 100 ° 2 theta were implemented using the Pawley method (implemented in TOPAS) and a single Gaussian peak for the ZnO 102 reflection at a fixed position of 47.698 ° 2 theta refined. The peak profile for the Cu reflections was a Lorentz profile with 1 / cos (theta) dependence of the fwhm (full width at Half maximum, full width at half maximum). In addition to the lattice parameter, a sample displacement parameter, but no zero shift, was refined. The background was modeled using a second-order Chebyshev polynomial.

TEM und EDXTEM and EDX

Ein Philipps CM200FEG-Mikroskop, betrieben mit 200 kV und ausgerüstet mit einem EDX-Spektrometer (T-TEM CM-200F 147-5, erhältlich von EDAX, Inc.) wurde für die TEM-Untersuchungen verwendet. Der Koeffizient der sphärischen Abweichung war CS = 1,35 mm. Die Informationsgrenze war besser als 0,18 nm, was ermöglichte, die Hauptphasen in HRTEM(Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie)-Bildern zu identifizieren. Hochauflösende Bilder mit einer Pixelgröße von 0,016 nm wurden bei der Vergrößerung von 1083000 x mit einer CCD-Kamera aufgenommen. Die EDAX-Software (Genesis 5.21) wurde für die EDX-Rohdatenanalyse verwendet. Für die Transformation der Signalintensitäten auf Konzentrationen wurden die theoretischen k-Faktoren, implementiert in Genesis 5.21, verwendet. Reduzierte Proben wurden in Inertgas zum Mikroskop transferiert. Ni-Gitter, bedeckt mit einer 5 nm dicken löchrigen amorphen Kohlenstoffschicht wurden für die Probenvorbereitung verwendet. Es wurden bei der Probenvorbereitung keine Flüssigkeiten verwendet.A Philips CM200FEG microscope operated at 200 kV and equipped with an EDX spectrometer (T-TEM CM-200F 147-5, available from EDAX, Inc.) was used for the TEM studies. The coefficient of spherical deviation was C S = 1.35 mm. The information boundary was better than 0.18 nm, which allowed the major phases to be identified in HRTEM (High Resolution Transmission Electron Microscopy) images. High-resolution images with a pixel size of 0.016 nm were recorded at a magnification of 1083000 x with a CCD camera. EDAX software (Genesis 5.21) was used for EDX raw data analysis. For the transformation of signal intensities to concentrations, the theoretical k factors implemented in Genesis 5.21 were used. Reduced samples were transferred to the microscope in inert gas. Ni lattices covered with a 5 nm thick holey amorphous carbon layer were used for sample preparation. No liquids were used during sample preparation.

Die EDX-Spektren wurden mit um 30 ± 0,5° geneigten Proben und die TEM-Bilder ohne Neigung aufgenommen.The EDX spectra were recorded with samples inclined at 30 ± 0.5 ° and the TEM images without inclination.

Beim Aufnehmen der EDX-Spektren der lokalen Zusammensetzungen unter Belichtung von 500 nm-Durchmesser-Kreisen wurde die Strahlintensität so angepasst, dass das vom Detektor registrierte Signal immer ungefähr die gleiche Integralintensität aufwies. Weiterhin wurde genau die gleiche Belichtungszeit verwendet. Auf diese Art waren die Zählstatistiken für alle erhaltenen Spektren vollständig vergleichbar.When taking the EDX spectra of the local compositions exposed to 500 nm diameter circles, the beam intensity was adjusted so that the signal registered by the detector always had approximately the same integral intensity. Furthermore, exactly the same exposure time was used. In this way the counting statistics were completely comparable for all spectra obtained.

Vergleichsbeispiel 1 (kalziniertes Katalysatorvorläufermaterial B)Comparative Example 1 (calcined catalyst precursor material B)

Die Probe B wurde auf ähnliche Art, wie in DE 101 60 486 A1 beschrieben, in einem automatisierten Laborreaktor (Mettler-Toledo Labmax) durch konstante pH-Fällung bei pH 6,5 und T = 65°C aus einer 1 M wässrigen Lösung von Cu-, Zn- und Al-Nitraten (Cu:Zn:Al = 60:25:15) und 1,6 M Na2CO3-Lösung hergestellt. Die Ausfällung wurde für 3 Stunden in der Mutterlauge gealtert. Während der Alterung veränderte sich die Farbe von hellblau zu grün, was die Bildung von Zinkmalachit oder Rosasit und Hydrotalcit-ähnlichen Phasen zeigt. Die Probe wurde gründlich mit Wasser gewaschen, getrocknet und in statischer Luft kalziniert (3 Stunden, 330°C, 2 K/min.).Sample B was prepared in a similar way as in DE 101 60 486 A1 in an automated laboratory reactor (Mettler-Toledo Labmax) by constant pH precipitation at pH 6.5 and T = 65 ° C from a 1 M aqueous solution of Cu, Zn and Al nitrates (Cu: Zn: Al = 60:25:15) and 1.6 M Na 2 CO 3 solution. The precipitate was aged in the mother liquor for 3 hours. During aging, the color changed from light blue to green, indicating the formation of zinc malachite or rosasite and hydrotalcite-like phases. The sample was washed thoroughly with water, dried and calcined in static air (3 hours, 330 ° C, 2 K / min.).

Vor der Kalzinierung wurde die Probe einer Röntgenbeugungs-Untersuchung unterzogen. Sie bestand aus einer Mischung eines wenig kristallinen Zinkmalachits oder -rosasits (Cu, Zn)2(CO3)(OH)2 (ICDD 41-1390, Malachit) und einer Hydrotalcit-ähnlichen Phase (Cu, Zn)1-xAlx(OH)2(CO3)x/2·mH2O (ICDD 37-629, mit x = 0,25 und m = 4) und möglicherweise weiteren röntgenamorphen Phasen.Before calcination, the sample was subjected to X-ray diffraction analysis. It consisted of a mixture of a slightly crystalline zinc malachite or rosasite (Cu, Zn) 2 (CO 3 ) (OH) 2 (ICDD 41-1390, malachite) and a hydrotalcite-like phase (Cu, Zn) 1-x Al x (OH) 2 (CO 3 ) x / 2 x mH 2 O (ICDD 37-629, where x = 0.25 and m = 4) and possibly other X-ray amorphous phases.

Die N2-Adsorptions-/Desorptions-Isotherme des kalzinierten Vorläufermaterials B (Vergleichsbeispiel 1) zeigte eine Hysterese, die Kapillarkondensation in den Poren andeutet. Die Oberfläche wurde auf 88 m2/g bestimmt.The N 2 adsorption / desorption isotherm of calcined precursor B (Comparative Example 1) exhibited hysteresis indicating capillary condensation in the pores. The surface area was determined to be 88 m 2 / g.

Die Porengrößenverteilung der kalzinierten Probe wurde unter Verwendung der BJH-Verfahren und von Desorptionsdaten bestimmt und ist in gezeigt („Katalysator B”). Es wurde nur eine Art von Poren, die ein Maximum um 20 nm zeigten, beobachtet und Zwischenpartikelporen zugeordnet. Diese Ergebnisse legen nahe, dass Poren nur zwischen den nanostrukturierten, aber nicht porösen, Oxidpartikeln vorhanden sind.The pore size distribution of the calcined sample was determined using the BJH method and desorption data and is described in US Pat shown ("Catalyst B"). Only one type of pore, which showed a maximum around 20 nm, was observed and assigned to interparticle pores. These results suggest that pores are only present between the nanostructured but non-porous oxide particles.

Die kalzinierte Probe wurde auch einer TPR-Analyse unterzogen, die die in für „Katalysator B” gezeigten Ergebnisse ergab. Das Maximum der TPR-Kurve lag bei 179°C. Die Ergebnisse werden im Zusammenhang mit dem „Katalysator A” (Beispiel 1) diskutiert.The calcined sample was also subjected to a TPR analysis, which corresponds to the in results shown for "Catalyst B". The maximum of the TPR curve was 179 ° C. The results are discussed in connection with "Catalyst A" (Example 1).

Vergleichsbeispiel 2 (Katalysatormaterial B)Comparative Example 2 (Catalyst B)

Das kalzinierte Vorläufermaterial von Vergleichsbeispiel 1 wurde in 5% H2 (Erwärmung auf 250°C bei 2 K/min., gefolgt von 0,5 Stunden bei 250°C, Fließgeschwindigkeit 80 ml/min.) in einem Festbettreaktor (TPDRO 1100, CE instruments) reduziert, um ein Katalysatormaterial zu erhalten, das bei der Synthese von Methanol aus Synthesegas Aktivität zeigt.The calcined precursor material of Comparative Example 1 was dissolved in 5% H 2 (heated to 250 ° C at 2 K / min followed by 0.5 hour at 250 ° C, flow rate 80 ml / min) in a fixed bed reactor (TPDRO 1100, CE instruments) to obtain a catalyst material which exhibits activity in the synthesis of methanol from synthesis gas.

Die HRTEM-Analyse des reduzierten Katalysatormaterials zeigte, dass es im Wesentlichen aus drei unterschiedlichen Phasentypen mit abnehmender Häufigkeit bestand, d. h. (i) der in gezeigten Phase, (ii) relativ großen Partikeln mit kleinen vergrabenen Cu-Körnern und (iii) großen ungeordneten Nadeln mit einem Al-Gehalt von mehr als 90 Atom%. The HRTEM analysis of the reduced catalyst material showed that it consisted essentially of three different phase types with decreasing frequency, ie (i) the in (ii) relatively large particles with small buried Cu grains and (iii) large disordered needles with an Al content of more than 90 atom%.

In Phase (i) wurde beobachtet, dass Cu-Partikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser < 10 nm durch kleine ZnO-Partikel getrennt waren, welche deren Sinterung verhinderten und einen porösen Rahmen um einzelne Partikel bildeten. Diese Bereiche des Katalysators wurden häufig beobachtet und zeigten Cu-reiche Zusammensetzungen in der Nähe des nominalen Metallverhältnisses.In phase (i) it was observed that Cu particles with an average diameter <10 nm were separated by small ZnO particles, which prevented their sintering and formed a porous frame around individual particles. These regions of the catalyst were frequently observed and exhibited Cu-rich compositions near the nominal metal ratio.

Die charakteristischen Al-reichen Zusammensetzungen von 20 bis 30 Atom%, die für Phase (ii) gefunden wurden, sowie die manchmal beobachtete hexagonale Form dieser Partikel legen nahe, dass sie aus einer Hydrotalcit-ähnlichen Vorläuferphase gebildet wurden.The characteristic Al-rich compositions of 20 to 30 atomic% found for phase (ii) and the sometimes observed hexagonal shape of these particles suggest that they were formed from a hydrotalcite-like precursor phase.

Die Phase (iii) entwickelte sich wahrscheinlich aus einer amorphen Aluminiumhydroxid-Vorläuferphase, die nicht durch Röntgenbeugung nachgewiesen wurde.Phase (iii) probably evolved from an amorphous aluminum hydroxide precursor phase which was not detected by X-ray diffraction.

Die Inhomogenität des Vergleichskatalysatormaterials wird auch in einer EDX-Analyse der lokalen Zusammensetzung, wie in gezeigt, beobachtet. Katalysator B (☐) zeigt eine deutliche Streuung im Vergleich mit Katalysator A (∎) (= Beispiel 2 wie unten beschrieben). Die blauen Gitterlinien markieren die nominale Zusammensetzung.The inhomogeneity of the comparative catalyst material is also demonstrated in an EDX analysis of the local composition, as in shown, observed. Catalyst B (□) shows a significant scatter compared to Catalyst A (■) (= Example 2 as described below). The blue grid lines mark the nominal composition.

Die zugängliche Kupferoberfläche SCu wurde durch N2O-Chemisorption auf 36,1 ± 1 m2/g bestimmt.The accessible copper surface S Cu was determined to be 36.1 ± 1 m 2 / g by N 2 O chemisorption.

Die Cu-Gitterkonstante wurde über Röntgenbeugung auf 3,6138 ± 0,0008 Å bestimmt, was nahe dem Wert von Massivkupfer liegt.The Cu lattice constant was determined to be 3.6138 ± 0.0008 Å by X-ray diffraction, which is close to that of bulk copper.

Beispiel 1 (kalziniertes Katalysatorvorläufermaterial A)Example 1 (calcined catalyst precursor material A)

Der kontinuierlich hergestellte Vorläufer A wurde aus einer Cu-, Zn-Nitratlösung („erste Lösung”, 0,85 M) mit dem gleichen Cu:Zn Verhältnis wie in Probe B (Vergleichsbeispiel 1) gefällt. Die „erste Lösung” wurde durch das Auflösen von 87,0 g Cu(NO3)2·3H2O in 200 ml Wasser gefolgt vom Zufügen von 50 ml konzentrierter Salpetersäure (65%) zubereitet. Nach dem Zufügen von 12,2 g ZnO wurde Wasser zugefügt, bis das Volumen der Aufschlämmung 600 ml erreichte. Die Aufschlämmung wurde bei 60°C gerührt, bis eine klare Lösung erhalten wurde.The continuously prepared precursor A was precipitated from a Cu, Zn nitrate solution ("first solution", 0.85 M) having the same Cu: Zn ratio as in Sample B (Comparative Example 1). The "first solution" was prepared by dissolving 87.0 g of Cu (NO 3 ) 2 .3H 2 O in 200 ml of water followed by adding 50 ml of concentrated nitric acid (65%). After adding 12.2 g of ZnO, water was added until the volume of the slurry reached 600 ml. The slurry was stirred at 60 ° C until a clear solution was obtained.

Die „zweite Lösung” wurde unter Verwendung von 600 ml einer 1,6 M Na2CO3-Lösung als Fällmittel hergestellt, zu der 9,8 g Aluminat(Na2Al2O4 × 3H2O)-Lösung unter Rühren hinzugegeben wurde.The "second solution" was prepared using 600 ml of a 1.6 M Na 2 CO 3 solution as precipitant to which 9.8 g of aluminate (Na 2 Al 2 O 4 .3H 2 O) solution was added with stirring has been.

Ein automatischer Laborreaktor (Labmax, Mettler-Toledo) wurde mit 400 ml Wasser gefüllt und auf 65°C vorgewärmt. Über einen Zeitraum von 45 Minuten wurden 600 ml der obigen Kupfer-Zink-Nitratlösung zugegeben, während die obige Aluminiumcarbonatlösung gleichzeitig in einer Geschwindigkeit zugegeben wurde, die einen pH-Wert der sich ergebenden Mischung der ersten und zweiten Lösung zwischen 6,0 und 7,0 ergab.An automatic laboratory reactor (Labmax, Mettler-Toledo) was filled with 400 ml of water and preheated to 65 ° C. Over a period of 45 minutes, 600 ml of the above copper-zinc nitrate solution was added while the above aluminum carbonate solution was added simultaneously at a rate which had a pH of the resulting mixture of the first and second solutions between 6.0 and 7, 0 resulted.

Die sich ergebende Aufschlämmung des unlöslichen Feststoffs, die sich während des Mischens bildete, wurde kontinuierlich in einem Sprühtrockner (TEinlass = 200°C, TAuslass = 100°C) nach einer geschätzten Verweildauer von 16 min. im Reaktor chargiert. Die Pumpgeschwindigkeit war so (ungefähr 35 ml/min.), dass das Füllniveau im Reaktor sich nicht veränderte.The resulting slurry of the insoluble solid that formed during mixing was continuously in a spray dryer (T inlet = 200 ° C, T outlet = 100 ° C) after an estimated residence time of 16 min. Charged in the reactor. The pumping rate was such (about 35 ml / min.) That the fill level in the reactor did not change.

Das Granulat, das am Auslass des Sprühtrockners erhalten wurde, wurde wiederholt in Wasser aufgeschlämmt, für 5 min. gerührt und abfiltriert, bis die Leitfähigkeit des Filtrats weniger als 0,5 mS/cm betrug (üblicherweise nach der fünften Wiederholung).The granules obtained at the outlet of the spray dryer were repeatedly slurried in water for 5 min. stirred and filtered until the conductivity of the filtrate was less than 0.5 mS / cm (usually after the fifth repetition).

Nach dem letzten Filtrierschritt wurde der feste, nasse Filterrrückstand in ungefähr 1 l Wasser aufgeschlämmt und unter den gleichen wie den oben angegebenen Bedingungen sprühgetrocknet.After the last filtration step, the solid, wet filter residue was slurried in about 1 liter of water and spray dried under the same conditions as above.

Das getrocknete Material wird in statischer Luft kalziniert (3 Stunden, 330°C, 2 K/min.).The dried material is calcined in static air (3 hours, 330 ° C, 2 K / min.).

Die Röntgenbeugungs-Untersuchung vor der Kalzinierung zeigte, dass, im Gegensatz zum Material von Vergleichsbeispiel 1, das unkalzinierte Material komplett röntgenamorph war und nur schwache und breite Modulationen des Hintergrunds zeigte. The X-ray diffraction study before calcination showed that unlike the material of Comparative Example 1, the uncalcined material was completely X-ray amorphous and showed only weak and broad modulations of the background.

Das unkalzinierte Material wurde auch einer thermogravimetrischen Analyse, wie in gezeigt, unterzogen, welche das Folgende erkennen ließ. Bis zu ungefähr 300°C zersetzte sich das unkalzinierte Katalysatormaterial in einem wenig definierten Dehydroxylierungsschritt mit fast linearem Massenverlust, im Wesentlichen aufgrund von H2O-Emission. Vor einer Temperatur um 463°C wird nur eine geringe CO2-Emission beobachtet, und daher widersteht das meiste Carbonat der Kalzinierungsbehandlung bei einer Temperatur von 330°C. Der Decarboxylierungsschritt trägt 13% zum Gesamtmassenverlust von 30,5% bei 600°C (CO2-Gehalt der beanspruchten Probe ungefähr 15,8%) bei.The uncalcined material was also subjected to a thermogravimetric analysis, as in shown, which revealed the following. Up to about 300 ° C, the uncalcined catalyst material decomposed in a poorly defined dehydroxylation step with almost linear mass loss, essentially due to H 2 O emission. Before a temperature around 463 ° C, only a slight CO 2 emission is observed, and therefore, most of the carbonate will withstand the calcining treatment at a temperature of 330 ° C. The decarboxylation step contributes 13% to the total mass loss of 30.5% at 600 ° C (CO 2 content of the claimed sample about 15.8%).

Die Röntgenbeugungs-Muster des kalzinierten Materials zeigten nur breite und schwache Reflexionen an den Positionen, an denen die Peaks von CuO (ICDD 80-76) erwartet werden. Charakteristische Peaks für Zn- oder Al-Verbindungen konnten nicht beobachtet werden. Die kontinuierliche Zn/Al-Phase, in welche die CuO-Partikel teilweise eingebettet sind, kann daher als röntgenamorph angesehen werden.The X-ray diffraction patterns of the calcined material showed only broad and weak reflections at the positions where the peaks of CuO (ICDD 80-76) are expected. Characteristic peaks for Zn or Al compounds could not be observed. The continuous Zn / Al phase, in which the CuO particles are partially embedded, can therefore be regarded as X-ray amorphous.

Die N2-Adsorptions-/Desorptions-Isothermen der kalzinierten Intermediate von Katalysator A (Beispiel 1) waren auch vom Typ V, was das Vorhandensein von Mesoporen anzeigt. Die Oberfläche wurde auf 114 m2/g bestimmt.The N 2 adsorption / desorption isotherms of the calcined intermediates of Catalyst A (Example 1) were also Type V indicating the presence of mesopores. The surface area was determined to be 114 m 2 / g.

Die Porengrößenverteilung der kalzinierten Probe wurde unter Verwendung des BJH-Verfahrens und Desorptionsdaten bestimmt und ist in gezeigt („Katalysator A”). Ein Maximum um 20 nm wird beobachtet und den Zwischenpartikelporen zugeschrieben, jedoch in einer relativ niedrigen Häufigkeit, verglichen mit einem zweiten Porentyp mit Radien von 2 bis 3 nm. Diese kleinen Poren tragen bedeutend zur Oberfläche bei, was nahelegt, dass im Katalysator A die Oxidmatrix selbst porös sein könnte.The pore size distribution of the calcined sample was determined using the BJH method and desorption data and is shown in FIG shown ("Catalyst A"). A maximum around 20 nm is observed and attributed to the interparticle pores, but at a relatively low frequency compared to a second pore type with radii of 2-3 nm. These small pores contribute significantly to the surface, suggesting that in catalyst A the oxide matrix itself could be porous.

Die kalzinierte Probe wurde auch einer TPR-Analyse unterzogen, welche die in für „Katalysator A” gezeigten Ergebnisse zeigte. Das Maximum der TPR-Kurve lag bei 187°C. Die Schultern des TPR-Profils von Katalysator B (Vergleichsbeispiel 1) an der Hoch- und Niedrigtemperaturseite sind stärker ausgeprägt, verglichen mit Katalysator A, was den niedrigeren Homogenitätsgrad bestätigt. Die maximale Reduktionsgeschwindigkeit wird beim Katalysator A bei deutlich höherer Temperatur beobachtet, was stärkere Metalloxid-Wechselwirkungen in Übereinstimmung mit dem vorher beschriebenen Mikrostrukturmodell nahelegt.The calcined sample was also subjected to a TPR analysis, which includes the in for "Catalyst A". The maximum of the TPR curve was 187 ° C. The shoulders of the TPR profile of Catalyst B (Comparative Example 1) on the high and low temperature sides are more pronounced compared to Catalyst A, confirming the lower degree of homogeneity. The maximum rate of reduction is observed at Catalyst A at a significantly higher temperature, suggesting stronger metal oxide interactions consistent with the previously described microstructure model.

Beispiel 2 (Katalysatormaterial A)Example 2 (catalyst material A)

Das Katalysatorvorläufermaterial von Beispiel 1 wurde auf die gleiche Art wie in Vergleichsbeispiel 2 beschrieben reduziert.The catalyst precursor material of Example 1 was reduced in the same manner as described in Comparative Example 2.

Die Katalysatorstruktur wurde durch HRTEM-Analyse, wie in gezeigt, untersucht. Die Mikrostruktur des Katalysatormaterials, das in Beispiel 2 gewonnen wurde, war sehr homogen, und es wurden durch TEM keine unterschiedlichen Materialtypen beobachtet. Die Cu-Partikel waren fast kugelförmig ( ). Anders als bei Katalysator B (Vergleichsbeispiel 2) werden einzelne getrennte Oxidpartikel kaum beobachtet, und konsequenterweise ist die poröse Cu/ZnO-Partikelanordnung im neuen Material nicht vorhanden. Die Cu-Partikel sind teilweise in die Oxidmatrix eingebettet, was zu einer Anordnung führt, die einem geträgerten System mit einem engen Grenzflächenkontakt zwischen den Metallpartikeln und benachbartem Cu-abgereichertes Oxid ähnelt. Für beide Proben wurde eine statistisch bedeutende Cu-Partikelgrößenverteilung durch Messen der projizierten Flächen in TEM-Bildern von 16308 und 9930 Partikeln für Katalysator A bzw. B bestimmt. Für beide Proben fallen ungefähr 90% der Partikel in einen Größenbereich von 4 bis 9 nm, wobei der mittlere Durchmesser (volumengewichtet) 8,1 ± 2,4 nm (7,2 ± 2,2 nm für Katalysator B) betrug. In Anbetracht der Ähnlichkeiten der Cu-Partikelgröße und -form wird angenommen, dass Unterschiede in der Aktivität zwischen diesem Beispiel (A) und Vergleichsbeispiel 2 (B) mit der Mikrostruktur des ZnO/Al2O3-Bestandteils und seinem Grenzflächenkontakt mit Cu-Partikeln in Beziehung stehen. Die mikrostrukturellen Unterschiede werden schematisch in illustriert.The catalyst structure was analyzed by HRTEM analysis as described in shown, examined. The microstructure of the catalyst material recovered in Example 2 was very homogeneous, and no different types of material were observed by TEM. The Cu particles were almost spherical ( ). Unlike catalyst B (Comparative Example 2), single separated oxide particles are hardly observed, and consequently, the porous Cu / ZnO particle assembly is not present in the new material. The Cu particles are partially embedded in the oxide matrix, resulting in an arrangement that resembles a supported system with close interfacial contact between the metal particles and adjacent Cu-depleted oxide. For both samples, a statistically significant Cu particle size distribution was determined by measuring the projected areas in TEM images of 16308 and 9930 particles for Catalyst A and B, respectively. For both samples, approximately 90% of the particles fall within a size range of 4 to 9 nm, with the average diameter (volume weighted) being 8.1 ± 2.4 nm (7.2 ± 2.2 nm for Catalyst B). In view of the similarities of Cu particle size and shape, it is believed that differences in activity between this Example (A) and Comparative Example 2 (B) are due to the microstructure of the ZnO / Al 2 O 3 ingredient and its interfacial contact with Cu particles in relationship. The microstructural differences are shown schematically in illustrated.

Die Homogenität des Katalysatormaterials wurde in einer EDX-Analyse der lokalen Zusammensetzungen bestätigt, wie in gezeigt (vgl. Katalysator A (∎)).The homogeneity of the catalyst material was confirmed in an EDX analysis of the local compositions, as in (see Catalyst A (■)).

Die durchschnittliche Zusammensetzung („Nominalzusammensetzung”) des Katalysatormaterials, wie durch Röntgenfluoreszenz bestimmt, betrug Cu/Zn/Al = 0,6/0,25/0,15. Im Wesentlichen die gleiche Zusammensetzung (Cu/Zn/Al = 60,6/25,8/13,6) wurde durch das Mitteln von 16 lokalen Zusammensetzungen erhalten, welche wie unten beschrieben bestimmt wurden. Die Durchschnittszusammensetzung wird in durch den Kreuzungspunkt der zwei Gitterlinien angezeigt.The average composition ("nominal composition") of the catalyst material, as determined by X-ray fluorescence, was Cu / Zn / Al = 0.6 / 0.25 / 0.15. Essentially the same Composition (Cu / Zn / Al = 60.6 / 25.8 / 13.6) was obtained by averaging 16 local compositions, which were determined as described below. The average composition is in indicated by the crossing point of the two grid lines.

Die lokalen Zusammensetzungen, die in gezeigt werden, wurden auf 16 Clustern von primären Katalysatorpartikeln bestimmt, die eine projizierte Gesamtfläche von teilweise mehr als 500 nm × 500 nm aufwiesen. Die lokalen Metallgehalte und lokalen Zusammensetzungen wurden daher auf einem etwas anderen Weg als vorher beschrieben und definiert analysiert. Es wird angenommen, dass dieser Unterschied keinen Einfluss auf die Bestimmung der Homogenität der Proben hat.The local compounds used in were determined on 16 clusters of primary catalyst particles which had a total projected area of more than 500 nm x 500 nm. The local metal contents and local compositions were therefore analyzed by a slightly different route than previously described and defined. It is assumed that this difference has no influence on the determination of the homogeneity of the samples.

Es wird ersichtlich, dass im Gegensatz zum Katalysatormaterial von Beispiel 2, die lokalen Cu-, Zn-, und Al-Gehalte kaum von der Durchschnittszusammensetzung abwichen.

  • 1) Die Standardabweichung des lokalen molaren Al-Gehalts vom Durchschnittswert (13,6) betrug ungefähr 1,5, das sind ungefähr 11%.
  • 2) Die Standardabweichung des lokalen molaren Zn-Gehalts vom Durchschnittswert (25,8) betrug ungefähr 2,2, das sind ungefähr 8,4%.
  • 3) Die Standardabweichung des molaren Cu-Gehalts vom Durchschnittswert (60,6) betrug ungefähr 2,5, das sind ungefähr 4,1%.
It can be seen that unlike the catalyst material of Example 2, the local Cu, Zn, and Al contents hardly deviated from the average composition.
  • 1) The standard deviation of the local molar Al content from the average value (13.6) was about 1.5, that is about 11%.
  • 2) The standard deviation of the local molar Zn content from the average value (25.8) was about 2.2, that is about 8.4%.
  • 3) The standard deviation of the molar Cu content from the average value (60.6) was about 2.5, that is about 4.1%.

Die entsprechende Standardabweichung, die aus 13 lokalen Zusammensetzungen des Katalysatormaterials gemäß Vergleichsbeispiel 2 berechnet wurde, war wesentlich größer, das heißt mehr als 100% für den lokalen Al-Gehalt, ungefähr 28% für den lokalen Cu-Gehalt und ungefähr 14% für den lokalen Zn-Gehalt.The corresponding standard deviation calculated from 13 local compositions of the catalyst material according to Comparative Example 2 was substantially larger, that is more than 100% for the local Al content, about 28% for the local Cu content and about 14% for the local Zn content.

Die zugängliche Kupferoberfläche SCu wurde durch N2O-Chemisorption auf 24,8 ± 1,2 m2/g bestimmt.The accessible copper surface S Cu was determined to be 24.8 ± 1.2 m 2 / g by N 2 O chemisorption.

Die Röntgenbeugungs-Daten bestätigten weiter, dass die Cu-Partikel sich in einem Nicht-Gleichgewichtszustand befanden, was durch eine vergrößerte Cu-Gitterkonstante widergespiegelt wird. Sie wurde durch das Fitten der Röntgenbeugungs-Daten auf 3,618 ± 0,001 Å ( ) bestimmt. Dieser Wert ist weit entfernt von dem Wert für Massivkupfer (3,610 Å). Es kann spekuliert werden, dass das Kupfergitter durch verstärkte Metall/Oxid-Wechselwirkungen, wie Epitaxiestress an der Grenzfläche, oder durch teilweise Auflösung von Zink oder Sauerstoff im Cu-Gitter über die Grenzfläche, was zu hoher intrinsischer Aktivität führt, gestört ist.The X-ray diffraction data further confirmed that the Cu particles were in a non-equilibrium state, which is reflected by an increased Cu lattice constant. It was calculated by fitting the X-ray diffraction data to 3.618 ± 0.001Å ( ) certainly. This value is far from the value for massive copper (3.610 Å). It can be speculated that the copper lattice is disturbed by enhanced metal / oxide interactions, such as epitaxial pressure at the interface, or by partial dissolution of zinc or oxygen in the Cu lattice across the interface resulting in high intrinsic activity.

Beispiel 3 (Herstellung von Methanol)Example 3 (production of methanol)

Der katalytische Versuch wurde in einem Fließaufbau, entsprechend demjenigen, der von O. Hinrichsen, T. Genger, M. Muhler, Chem. Eng. Technol. 2000, 11, 956–959 beschrieben wurde, durchgeführt. Für eine schnelle mitlaufende Analyse wurde ein kalibriertes Quadrupol-Massenspektrometer (Pfeiffer Vacuum, Thermostar) verwendet.The catalytic test was carried out in a flow-up structure similar to that of O. Hinrichsen, T. Genger, M. Muhler, Chem. Eng. Technol. 2000, 11, 956-959 described. For a fast running analysis, a calibrated quadrupole mass spectrometer (Pfeiffer Vacuum, Thermostar) was used.

Ein glasbeschichteter Reaktor aus Edelstahl wurde mit 100 mg Katalysator (Siebfraktion 250 bis 355 μm) gefüllt. Die Katalysatorvorläufermaterialien A (Beispiel 2) bzw. B (Vergleichsbeispiel 2) wurden wie folgt reduziert: (i) durch Erwärmen in einer Gasmischung aus 2,0% H2/He auf 175°C (bei 1 K/min–1), gefolgt von Halten des Materials bei 175°C über 15 Stunden und (ii) nachfolgendes Erwärmen in 100% H2 auf 240°C (bei 1 K/min–1), gefolgt von Halten des Materials bei 240°C für 30 min.A glass-lined stainless steel reactor was filled with 100 mg of catalyst (sieve fraction 250 to 355 μm). The catalyst precursor materials A (Example 2) and B (Comparative Example 2) were reduced as follows: (i) by heating in a gas mixture of 2.0% H 2 / He to 175 ° C (at 1 K / min -1 ), followed by holding the material at 175 ° C for 15 hours and (ii) subsequently heating in 100% H 2 to 240 ° C (at 1 K / min -1 ) followed by holding the material at 240 ° C for 30 min.

Die „Anfangsaktivität” des Katalysators unter Gleichgewichtsbedingungen wurde bei 220°C und 10 bar Druck, unter Verwendung einer Fließgeschwindigkeit von 50 N ml min–1 bestimmt. Eine Mischung von 72% H2, 10% CO, 4% CO2 und 14% He wurde als Methanolsynthesezufuhrgas (Reinheit 99,9995%) verwendet. Helium wurde zugegeben, um den N2-Gehalt von Synthesegas zu simulieren. Um die Katalysatoren auf Methanolsyntheseaktivität zu untersuchen, wurden sie der Zufuhrgas ausgesetzt und mit 10 K/min. auf die Standardreaktionstemperatur (220°C) erwärmt, bei welcher die „Anfangsaktivität” gemessen wurde.The "initial activity" of the catalyst under equilibrium conditions was determined at 220 ° C and 10 bar pressure, using a flow rate of 50 N ml min -1. A mixture of 72% H 2 , 10% CO, 4% CO 2 and 14% He was used as the methanol synthesis feed gas (purity 99.9995%). Helium was added to simulate the N 2 content of syngas. To examine the catalysts for methanol synthesis activity, they were exposed to the feed gas and at 10 K / min. heated to the standard reaction temperature (220 ° C) at which the "initial activity" was measured.

Anschließend wurde der Katalysator in dem Zufuhrgas bei Atmosphärendruck abgekühlt. Der Katalysator wurde in dem Zufuhrgas (bei Atmosphärendruck) über Nacht bei einer sehr niedrigen Erwärmungsgeschwindigkeit (0,5 K/min., d. h. quasi stationär) auf 513 K (240°C) erwärmt. Bei 240°C und Atmosphärendruck wird die Methanolherstellung durch das thermodynamische Gleichgewicht bestimmt, so dass die theoretische Konzentration berechnet und mit dem gemessenen Wert verglichen werden kann. Auf diese Art kann die Kalibrierung der MS nochmals geprüft werden. Dieses Übernachtverfahren bei relativ hoher Temperatur (verglichen mit der Standardversuchstemperatur von 220°C) zielt darauf ab, die Katalysatordeaktivierung über längere Verwendungszeiträume unter Standardbedingungen zu simulieren. Die Verweildauer im Zufuhrstrom bei 240°C betrug 8,5 Stunden. Am nächsten Tag wurde die Temperatur auf 220°C erniedrigt und die Aktivität wieder bei 10 bar und 220°C mit der gleichen Zufuhr- und Flussrate wie am Tag 1 gemessen. Messungen an diesem 2. Tag werden als „Endaktivität” bezeichnet. In diesen Tests zeigte der Katalysator A (Beispiel 2) eine höhere Anfangs- und Endaktivität als der Katalysator B (Vergleichsbeispiel 2), wie unten in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Anfangsaktivität Endaktivität „Stabilität” Katalysator A 13,1 12,6 mmol/g h 96,2% Katalysator B 11,56 10,82 mmol/g h 93,6% Subsequently, the catalyst in the feed gas was cooled at atmospheric pressure. The catalyst was heated to 513 K (240 ° C) in the feed gas (at atmospheric pressure) overnight at a very low heating rate (0.5 K / min, ie, quasi-stationary). At 240 ° C and atmospheric pressure, the methanol production is determined by the thermodynamic equilibrium so that the theoretical concentration can be calculated and compared with the measured value. In this way, the calibration of the MS can be checked again. This relatively high temperature overnight process (compared to the standard test temperature of 220 ° C) aims to simulate catalyst deactivation over extended periods of use under standard conditions. The residence time in the feed stream at 240 ° C was 8.5 hours. The next day, the temperature was lowered to 220 ° C and the activity measured again at 10 bar and 220 ° C at the same feed and flow rate as on day 1. Measurements on this second day are referred to as "end activity". In these tests, Catalyst A (Example 2) showed higher initial and final activity than Catalyst B (Comparative Example 2), as shown in Table 1 below. Table 1 initial activity lineout "Stability" Catalyst A 13.1 12.6 mmol / gh 96.2% Catalyst B 11.56 10.82 mmol / gh 93.6%

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • GB 1010871 [0002] GB 1010871 [0002]
  • GB 1159035 [0002] GB 1159035 [0002]
  • GB 1296211 [0002] GB 1296211 [0002]
  • EP 0125689 A2 [0003] EP 0125689 A2 [0003]
  • US 4353071 [0003] US 4353071 [0003]
  • DE 10160486 A1 [0004, 0103] DE 10160486 A1 [0004, 0103]
  • US 4598061 [0005] US 4598061 [0005]
  • US 4279781 [0006] US 4279781 [0006]
  • US 3850850 [0007, 0007] US 3850850 [0007, 0007]
  • US 3923694 [0007, 0007] US 3923694 [0007, 0007]
  • EP 0522669 A2 [0008, 0008] EP 0522669 A2 [0008, 0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • D. Waller et al. Faraday Discuss. Chem. Soc. 1989, 87, 107 [0002] Waller et al. Faraday Discuss. Chem. Soc. 1989, 87, 107 [0002]
  • E. P. Barrett, L. G. Joyner, P. P. Halenda, J. Amer. Chem. Soc. 73 (1951) 373 [0095] EP Barrett, LG Joyner, PP Halenda, J. Amer. Chem. Soc. 73 (1951) 373 [0095]
  • G. C. Chinchen, C. M. Hay, H. D. Vanderwell, K. C. Waugh, J. Catal. 1987, 103, 79 [0096] GC Chinchen, CM Hay, HD Vanderwell, KC Waugh, J. Catal. 1987, 103, 79 [0096]
  • O. Hinrichsen, T. Genger, M. Muhler, Chem. Eng. Technol. 2000, 11, 956–959 [0096] O. Hinrichsen, T. Genger, M. Muhler, Chem. Eng. Technol. 2000, 11, 956-959 [0096]
  • A. A. Coelho, Topas, General Profile and Structure Analysis Software for Powder Diffraction Data, Version 3.0, Bruker AXS GmbH, Karlsruhe, Germany, 2006 [0097] AA Coelho, Topas, General Profile and Structure Analysis Software for Powder Diffraction Data, Version 3.0, Bruker AXS GmbH, Karlsruhe, Germany, 2006 [0097]
  • O. Hinrichsen, T. Genger, M. Muhler, Chem. Eng. Technol. 2000, 11, 956–959 [0138] O. Hinrichsen, T. Genger, M. Muhler, Chem. Eng. Technol. 2000, 11, 956-959 [0138]

Claims (17)

Cu/Zn/Al-Katalysator-Vorläufermaterial, umfassend Oxide und Carbonate von Kupfer, Zink und Aluminium, wobei Kupfer und Zink zusammen in einer größeren molaren Menge als Aluminium vorhanden sind, und wobei die Standardabweichung des lokalen molaren Al-Gehalts, wie durch EDX gemessen, nicht mehr als 50% beträgt.Cu / Zn / Al catalyst precursor material comprising oxides and carbonates of copper, zinc and aluminum, wherein copper and zinc are present together in a molar amount greater than aluminum, and wherein the standard deviation of the local molar Al content, such as by EDX measured, not more than 50%. Cu/Zn/Al-Katalysator-Vorläufermaterial, umfassend Oxide und Carbonate von Kupfer, Zink und Aluminium, wobei Kupfer und Zink zusammen in einer größeren molaren Menge als Aluminium vorhanden sind, und wobei die Reduktion dieses Vorläufermaterials in Gegenwart von Wasserstoff zu einem Katalysatormaterial führt, in dem diskrete kristalline Cu-Partikel teilweise in eine kontinuierliche Phase, umfassend Oxide und Carbonate von mindestens Zn und Al eingebettet sind, wobei die kristallinen Cu-Partikel eine Gitterkonstante von 3,615 Å oder mehr, bevorzugt 3,615 bis 3,621 Å aufweisen.A Cu / Zn / Al catalyst precursor material comprising oxides and carbonates of copper, zinc and aluminum, wherein copper and zinc are present together in a molar amount greater than aluminum, and wherein reduction of said precursor material in the presence of hydrogen results in a catalyst material in which discrete crystalline Cu particles are partially embedded in a continuous phase comprising oxides and carbonates of at least Zn and Al, wherein the crystalline Cu particles have a lattice constant of 3.615 Å or more, preferably 3.615 to 3.621 Å. Cu/Zn/Al-Katalysator-Vorläufermaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das molare Verhältnis von Cu und Zn 0,5/1 bis kleiner als 2,8/1, bevorzugt 2/1 bis 2,7/1 ist und der Al-Gehalt 1 bis 30 mol%, bevorzugt 10 bis 20 mol% bezogen auf alle Metallbestanteile beträgt.Cu / Zn / Al catalyst precursor material according to claim 1 or 2, wherein the molar ratio of Cu and Zn is 0.5 / 1 to less than 2.8 / 1, preferably 2/1 to 2.7 / 1, and the Al content is 1 to 30 mol%, preferably 10 to 20 mol%, based on all metal constituents. Cu/Zn/Al-Katalysator-Vorläufermaterial gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Standardabweichung des lokalen molaren Zn-Gehalts, wie durch EDX gemessen, nicht mehr als 40% beträgt und/oder die Standardabweichung des lokalen molaren Cu-Gehalts, wie durch EDX gemessen, nicht mehr als 25% beträgt.A Cu / Zn / Al catalyst precursor material according to claim 1, 2 or 3, wherein the standard deviation of the molar Zn local content, as measured by EDX, is not more than 40% and / or the standard deviation of the molar local Cu content, as measured by EDX, is not more than 25%. Cu/Zn/Al-Katalysator-Vorläufermaterial gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei der Grad der Kristallinität, wie durch HRTEM gemessen, weniger als 10% beträgt.A Cu / Zn / Al catalyst precursor material according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the degree of crystallinity as measured by HRTEM is less than 10%. Cu/Zn/Al-Katalysator-Vorläufer gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5, wobei der Carbonat-Gehalt, als CO2 ausgedrückt und durch TGA gemessen, 5 Gew.-% oder mehr, bevorzugst 10 Gew.-% oder mehr beträgt.A Cu / Zn / Al catalyst precursor according to any one of claims 1, 2, 3, 4 or 5, wherein the carbonate content, expressed as CO 2 and measured by TGA, is 5% by weight or more, preferably 10% by weight. -% or more. Cu/Zn/Al-Katalysatorvorläufermaterial gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, das mindestens eine der folgenden zwei Bedingungen erfüllt: (i) die BET-Oberfläche, wie mit N2 bei 77 K gemessen, beträgt 90 m2/g oder mehr, bevorzugt 100 oder mehr, noch bevorzugter 110 m2/g oder mehr, und (ii) es weist Poren mit einer Größenverteilung auf, gemessen mit BJH, worin Poren mit Radien von 1 bis 10 nm 45 bis 90% der Gesamtporosität und Poren mit Radien von mehr als 10 und bis zu 100 nm 55 bis 10% der Gesamtporosität ausmachen.A Cu / Zn / Al catalyst precursor material according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5 or 6 which satisfies at least one of the following two conditions: (i) the BET surface area as measured at 77 K with N 2 90 m 2 / g or more, preferably 100 or more, more preferably 110 m 2 / g or more, and (ii) it has pores having a size distribution measured with BJH, wherein pores having radii of 1 to 10 nm 45 to 90% of the total porosity and pores with radii of more than 10 and up to 100 nm account for 55 to 10% of the total porosity. Cu/Zn/Al-Katalysatorvorläufer gemäß Anspruch 1, der eine maximale Reduktionsgeschwindigkeit (TPR) bei einer Temperatur von 180°C oder höher, bevorzugt bei 184 bis 190°C, aufweist.A Cu / Zn / Al catalyst precursor according to claim 1, which has a maximum reduction rate (TPR) at a temperature of 180 ° C or higher, preferably at 184-190 ° C. Cu/Zn/Al-Katalysatormaterial, umfassend diskrete kristalline Cu-Partikel, die teilweise in eine kontinuierliche Phase, umfassend Oxide und Carbonate von mindestens Zn und Al, eingebettet sind, wobei im Katalysatormaterial Cu und Zn zusammen in einer größeren molaren Menge als Aluminium vorhanden sind und bevorzugt das molare Verhältnis von Cu und Zn 0,5/1 bis kleiner als 2,8/1 ist und der Al-Gehalt 1 bis 30 mol%, bezogen auf alle Metallbestandteile, ist, und wobei die Gitterkonstante der kristallinen Cu-Partikel 3,615 Å oder mehr, bevorzugt 3,615 bis 3,621 Å, beträgt und das Katalysatormaterial bevorzugt durch Reduktion des Katalysatorvorläufermaterials gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8 in Gegenwart von Wasserstoff erhältlich ist.Cu / Zn / Al catalyst material comprising discrete crystalline Cu particles partially embedded in a continuous phase comprising oxides and carbonates of at least Zn and Al, wherein in the catalyst material Cu and Zn are present together in a larger molar amount than aluminum and preferably the molar ratio of Cu and Zn is 0.5 / 1 to less than 2.8 / 1 and the Al content is 1 to 30 mol%, based on all metal components, is, and wherein the lattice constant of the crystalline Cu particles is 3.615 Å or more, preferably 3.615 to 3.621 Å, and the catalyst material is preferably obtained by reducing the catalyst precursor material according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8 in the presence of Hydrogen is available. Cu/Zn/Al-Katalysatormaterial gemäß Anspruch 9, wobei mindestens 75% aller Cu-Partikel einen Durchmesser im Bereich von 3 bis 11 nm, bevorzugt 5 bis 9 nm, aufweisen.Cu / Zn / Al catalyst material according to claim 9, wherein at least 75% of all Cu particles have a diameter in the range of 3 to 11 nm, preferably 5 to 9 nm. Cu/Zn/Al-Katalysatormaterial gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: (1) die Standardabweichung des lokalen molaren Al-Gehalts, wie durch EDX gemessen, beträgt nicht mehr als 50%, (2) die Standardabweichung des lokalen molaren Zn-Gehalts, wie durch EDX gemessen, beträgt nicht mehr als 40%, (3) die Standardabweichung des lokalen molaren Cu-Gehalts, wie durch EDX gemessen, beträgt nicht mehr als 25%.Cu / Zn / Al catalyst material according to claim 9 or 10, wherein at least one of the following conditions is satisfied: (1) the standard deviation of the molar local Al content as measured by EDX is not more than 50%, (2) the standard deviation of the local molar Zn content as measured by EDX is not more than 40%, (3) The standard deviation of the local molar Cu content as measured by EDX is not more than 25%. Verfahren zum Herstellen eines Katalysatorvorläufermaterials gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, umfassend die Schritte (a) Zubereiten einer ersten wässrigen Lösung, enthaltend mindestens ein wasserlösliches Kupfersalz und mindestens ein wasserlösliches Zinksalz, (b) Zubereiten einer zweiten Lösung, enthaltend mindestens ein wasserlösliches basisches Aluminiumsalz und mindestens ein alkalisches carbonathaltiges Fällmittel, (c) Mischen der ersten und der zweiten Lösung, wobei ein unlöslicher Feststoff gebildet wird, (d) Gewinnen des unlöslichen Feststoffs, (e) Trocknen des gewonnenen Feststoffs, sowie (f) Kalzinieren des getrockneten Feststoffs bei einer Temperatur, die 450°C nicht überschreitet, um das Katalysatorvorläufermaterial zu erhalten. A process for producing a catalyst precursor material according to any one of claims 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, comprising the steps of (a) preparing a first aqueous solution containing at least one water-soluble copper salt and at least one water-soluble zinc salt (b Preparing a second solution containing at least one water-soluble basic aluminum salt and at least one alkaline carbonated precipitant; (c) mixing the first and second solutions to form an insoluble solid, (d) recovering the insoluble solid, (e) drying the and (f) calcining the dried solid at a temperature not exceeding 450 ° C to obtain the catalyst precursor material. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Trocknen durch kontinuierliches Sprühtrocknen, bevorzugt bei einer Temperatur von 80°C bis 220°C, durchgeführt wird.Process according to claim 12, wherein the drying is carried out by continuous spray-drying, preferably at a temperature of 80 ° C to 220 ° C. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei die Schritte (c), (d) und (e) in einem kontinuierlichen Verfahren ausgeführt werden.A method according to claim 12 or 13, wherein steps (c), (d) and (e) are carried out in a continuous process. Verfahren gemäß Anspruch 12, 13 oder 14, wobei der Zeitabstand zwischen der Bildung des unlöslichen Feststoffs in Schritt (c) und dem Gewinnen des unlöslichen Feststoffs in Schritt (d) kürzer als 60 Minuten, bevorzugt kürzer als 30 Minuten, ist.A method according to claim 12, 13 or 14, wherein the time interval between the formation of the insoluble solid in step (c) and the recovery of the insoluble solid in step (d) is shorter than 60 minutes, preferably shorter than 30 minutes. Katalysator, umfassend das Katalysatormaterial gemäß einem der Ansprüche 9, 10 oder 11.Catalyst comprising the catalyst material according to one of claims 9, 10 or 11. Verfahren zur Herstellung von Methanol, umfassend den Schritt des Inkontaktbringens einer Gasmischung, umfassend Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid, mit dem Katalysator gemäß Anspruch 16.A process for producing methanol comprising the step of contacting a gas mixture comprising hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide with the catalyst of claim 16.
DE102011086451A 2011-11-16 2011-11-16 METHANOL SYNTHESIS CATALYST BASED ON COPPER, ZINC AND ALUMINUM Withdrawn DE102011086451A1 (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011086451A DE102011086451A1 (en) 2011-11-16 2011-11-16 METHANOL SYNTHESIS CATALYST BASED ON COPPER, ZINC AND ALUMINUM
PCT/EP2012/071581 WO2013072197A1 (en) 2011-11-16 2012-10-31 Methanol synthesis catalyst on the basis of copper, zinc and aluminum
EP12783572.6A EP2780110A1 (en) 2011-11-16 2012-10-31 Methanol synthesis catalyst on the basis of copper, zinc and aluminum
CN201280064200.2A CN104039444A (en) 2011-11-16 2012-10-31 Methanol synthesis catalyst on the basis of copper, zinc and aluminum
IN985KON2014 IN2014KN00985A (en) 2011-11-16 2012-10-31
JP2014541598A JP2015502248A (en) 2011-11-16 2012-10-31 Methanol synthesis catalyst based on copper, zinc and aluminum
RU2014123678/04A RU2014123678A (en) 2011-11-16 2012-10-31 COPPER, ZINC AND ALUMINUM METHANOL SYNTHESIS CATALYST

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011086451A DE102011086451A1 (en) 2011-11-16 2011-11-16 METHANOL SYNTHESIS CATALYST BASED ON COPPER, ZINC AND ALUMINUM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102011086451A1 true DE102011086451A1 (en) 2013-05-16

Family

ID=47146375

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011086451A Withdrawn DE102011086451A1 (en) 2011-11-16 2011-11-16 METHANOL SYNTHESIS CATALYST BASED ON COPPER, ZINC AND ALUMINUM

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP2780110A1 (en)
JP (1) JP2015502248A (en)
CN (1) CN104039444A (en)
DE (1) DE102011086451A1 (en)
IN (1) IN2014KN00985A (en)
RU (1) RU2014123678A (en)
WO (1) WO2013072197A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015144548A1 (en) * 2014-03-26 2015-10-01 Clariant International Ltd Hydrogenation catalyst and method for producing same
US10035137B2 (en) 2012-09-28 2018-07-31 Clariant International Ltd. Hydrogenation catalyst and process for production thereof by the use of uncalcined starting material
CN112023962A (en) * 2019-06-03 2020-12-04 国家能源投资集团有限责任公司 Catalyst for methanol synthesis, preparation method thereof and method for synthesizing methanol

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015070298A1 (en) * 2013-11-12 2015-05-21 Petróleo Brasileiro S.A. - Petrobras Catalyst for low-temperature steam reforming processes
EP3208258A1 (en) * 2016-02-16 2017-08-23 Fundació Privada Institut Català d'Investigació Química (ICIQ) Methanol production process
US10138199B2 (en) 2016-03-17 2018-11-27 Saudi Arabian Oil Company High aspect ratio layered double hydroxide materials and methods for preparation thereof
US10106482B2 (en) 2016-03-17 2018-10-23 Saudi Arabian Oil Company Synthesis of magnesium adamantane salts and magnesium oxide nanocomposites, and systems and methods including the salts or the nanocomposites
KR102146239B1 (en) 2016-03-17 2020-08-21 사우디 아라비안 오일 컴퍼니 Synthesis of transition metal adamantane carboxylate salt and oxide nanocomposite
US10087355B2 (en) 2016-03-17 2018-10-02 Saudi Arabian Oil Company Oil-based drilling fluids containing an alkaline-earth diamondoid compound as rheology modifier
US10252245B2 (en) 2016-03-17 2019-04-09 Saudi Arabian Oil Company High temperature layered mixed-metal oxide materials with enhanced stability
DE102016225171A1 (en) 2016-12-15 2018-06-21 Clariant International Ltd Tableted catalyst for methanol synthesis with increased mechanical stability
GB201703558D0 (en) * 2017-03-06 2017-04-19 Univ Oxford Innovation Ltd catalysts
EP3625175A1 (en) 2017-05-19 2020-03-25 Saudi Arabian Oil Company Synthesis of transition-metal adamantane salts and oxide nanocomposites
US10875092B2 (en) 2017-05-19 2020-12-29 Saudi Arabian Oil Company Methods for preparing mixed-metal oxide diamondoid nanocomposites and catalytic systems including the nanocomposites
CN116507412A (en) * 2020-11-24 2023-07-28 托普索公司 Process and catalyst for the catalytic hydrogenation of organic carbonyl compounds
EP4464667A4 (en) * 2022-01-14 2026-01-28 Setolas Holdings Inc ZINC-CONTAINING HYDROTALCITE
CN114660256B (en) * 2022-04-02 2024-01-05 昆明理工大学 Method for measuring content of copper in each valence state in copper-zinc catalyst

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1010871A (en) 1962-08-24 1965-11-24 Ici Ltd Water-gas conversion and catalysts therefor
GB1159035A (en) 1965-08-18 1969-07-23 Ici Ltd Methanol Synthesis.
GB1296211A (en) 1969-01-27 1972-11-15
US3850850A (en) 1972-01-21 1974-11-26 Ici Ltd Method of making a methanol synthesis catalyst
US3923694A (en) 1969-03-04 1975-12-02 Ici Ltd Methanol synthesis catalyst
US4279781A (en) 1979-10-09 1981-07-21 United Catalysts Inc. Catalyst for the synthesis of methanol
US4353071A (en) 1981-04-28 1982-10-05 Fairchild Industries, Inc. Self-erecting floatable structure
EP0125689A2 (en) 1983-05-16 1984-11-21 Süd-Chemie Ag Catalyst for the synthesis of methanol
US4598061A (en) 1984-02-02 1986-07-01 Sud-Chemie Aktiengesellschaft Catalyst for the synthesis of methanol and alcohol mixtures containing higher alcohols and method of making the catalyst
EP0522669A2 (en) 1989-10-17 1993-01-13 Engelhard Corporation Process for preparing hydrogenation catalysts
DE10160486A1 (en) 2001-12-08 2003-06-12 Sued Chemie Ag Copper-zinc-aluminium catalyst for use in methanol synthesis has a relatively low copper to zinc atom ratio and contains the aluminum oxide component in the form of an aluminum hydroxide sol

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2056612C3 (en) * 1970-11-18 1979-09-13 Basf Ag, 6700 Ludwigshafen Process for the production of methanol
FR2558738B1 (en) * 1984-01-27 1987-11-13 Inst Francais Du Petrole PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF CATALYSTS CONTAINING COPPER, ZINC AND ALUMINUM FOR USE IN THE PRODUCTION OF METHANOL FROM SYNTHESIS GAS
DE69123432D1 (en) * 1990-09-18 1997-01-16 Csir Catalyst for methanol synthesis
US5334779A (en) * 1993-06-01 1994-08-02 Eastman Kodak Company Catalyst compositions and the use thereof in the hydrogenation of carboxylic acid esters
JP3527972B2 (en) * 1997-06-30 2004-05-17 独立行政法人産業技術総合研究所 Methanol synthesis catalyst
DE69808983T2 (en) * 1997-03-31 2003-08-07 Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology, Tokio/Tokyo Methanol synthesis and reforming catalyst consisting of copper, zinc and aluminum

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1010871A (en) 1962-08-24 1965-11-24 Ici Ltd Water-gas conversion and catalysts therefor
GB1159035A (en) 1965-08-18 1969-07-23 Ici Ltd Methanol Synthesis.
GB1296211A (en) 1969-01-27 1972-11-15
US3923694A (en) 1969-03-04 1975-12-02 Ici Ltd Methanol synthesis catalyst
US3850850A (en) 1972-01-21 1974-11-26 Ici Ltd Method of making a methanol synthesis catalyst
US4279781A (en) 1979-10-09 1981-07-21 United Catalysts Inc. Catalyst for the synthesis of methanol
US4353071A (en) 1981-04-28 1982-10-05 Fairchild Industries, Inc. Self-erecting floatable structure
EP0125689A2 (en) 1983-05-16 1984-11-21 Süd-Chemie Ag Catalyst for the synthesis of methanol
US4598061A (en) 1984-02-02 1986-07-01 Sud-Chemie Aktiengesellschaft Catalyst for the synthesis of methanol and alcohol mixtures containing higher alcohols and method of making the catalyst
EP0522669A2 (en) 1989-10-17 1993-01-13 Engelhard Corporation Process for preparing hydrogenation catalysts
DE10160486A1 (en) 2001-12-08 2003-06-12 Sued Chemie Ag Copper-zinc-aluminium catalyst for use in methanol synthesis has a relatively low copper to zinc atom ratio and contains the aluminum oxide component in the form of an aluminum hydroxide sol

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. A. Coelho, Topas, General Profile and Structure Analysis Software for Powder Diffraction Data, Version 3.0, Bruker AXS GmbH, Karlsruhe, Germany, 2006
D. Waller et al. Faraday Discuss. Chem. Soc. 1989, 87, 107
E. P. Barrett, L. G. Joyner, P. P. Halenda, J. Amer. Chem. Soc. 73 (1951) 373
G. C. Chinchen, C. M. Hay, H. D. Vanderwell, K. C. Waugh, J. Catal. 1987, 103, 79
O. Hinrichsen, T. Genger, M. Muhler, Chem. Eng. Technol. 2000, 11, 956-959

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10035137B2 (en) 2012-09-28 2018-07-31 Clariant International Ltd. Hydrogenation catalyst and process for production thereof by the use of uncalcined starting material
WO2015144548A1 (en) * 2014-03-26 2015-10-01 Clariant International Ltd Hydrogenation catalyst and method for producing same
GB2543162A (en) * 2014-03-26 2017-04-12 Clariant Int Ltd Hydrogenation catalyst and method for producing same
US10226760B2 (en) 2014-03-26 2019-03-12 Clariant International Ltd. Hydrogenation catalyst and method for producing same
GB2543162B (en) * 2014-03-26 2020-07-22 Clariant Int Ltd Hydrogenation catalyst and method for producing same
CN112023962A (en) * 2019-06-03 2020-12-04 国家能源投资集团有限责任公司 Catalyst for methanol synthesis, preparation method thereof and method for synthesizing methanol
CN112023962B (en) * 2019-06-03 2023-10-03 国家能源投资集团有限责任公司 Catalyst for methanol synthesis and preparation method thereof and method for synthesizing methanol

Also Published As

Publication number Publication date
EP2780110A1 (en) 2014-09-24
JP2015502248A (en) 2015-01-22
RU2014123678A (en) 2015-12-27
IN2014KN00985A (en) 2015-10-09
CN104039444A (en) 2014-09-10
WO2013072197A1 (en) 2013-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011086451A1 (en) METHANOL SYNTHESIS CATALYST BASED ON COPPER, ZINC AND ALUMINUM
EP3116826B1 (en) Yttrium containing catalyst for high-temperature carbondioxide hydrogenation, and/or reforming and process for high-temperature carbondioxide hydrogenation and/or reforming
DE68913248T2 (en) Steam reforming catalyst for hydrocarbons and process for its manufacture.
DE3882952T2 (en) Catalyst support containing lanthanides.
EP2964385A1 (en) Nickel hexaaluminate-containing catalyst for reforming hydrocarbons in the presence of carbon dioxide
DE112007001681T5 (en) Process for producing NiO and Ni nanostructures
DE112018000738T5 (en) New synthesis processes for the preparation of catalysts for propylene ammoxidation
DE112012000702T5 (en) catalysts
DE112018000736T5 (en) Process for the preparation of catalysts for propylene-ammoxidation
WO2013118078A1 (en) Hexaaluminate-comprising catalyst for reforming of hydrocarbons and reforming process
DE19720599B4 (en) Catalysts and processes for steam reforming of lower hydrocarbons
EP0126425B1 (en) Iron oxide chromium oxide catalyst for the high temperature conversion of carbon oxide
WO2006117190A1 (en) Production of cu/zn/al catalysts via the formate route
DE60032742T2 (en) STABILIZATION OF TRANSITIONAL ALUMINUM OXYD
WO2003053575A1 (en) Catalyst for methanol synthesis and other reactions
EP3554690A1 (en) Tableted catalyst for methanol synthesis having increased mechanical stability
EP3122452B1 (en) Method for producing catalysts having increased strength and decreased volume reduction
DE3932780A1 (en) ZIRCONDIOXIDE POWDER, METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF, THE USE THEREOF AND THE SINTER BODIES MADE THEREOF
EP4061525A1 (en) Chromium-free water- and acid-stable catalyst for hydrogenation reactions
EP3554691A1 (en) Tablet-form copper manganese-based catalyst with increased stability against the action of acid
DE102008004135B4 (en) catalyst powder
WO2021180717A1 (en) Chrome-free hydrogenation catalyst having increased water and acid stability
DE112023001106T5 (en) Resin hydrogenation catalyst and process for producing the same
DE102010021792A1 (en) Preparing catalyst or its precursor, comprises combining acidic metal salt- and basic-solution in precipitating mixer by precipitating precipitation product, aging product to obtain catalyst precursor, followed by reducing the precursor
EP4524098A1 (en) Method for producing hydrogen using a supported catalyst containing ruthenium

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: HOFFMANN - EITLE, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: HOFFMANN - EITLE, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: CLARIANT PRODUKTE (DEUTSCHLAND) GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: SUED-CHEMIE IP GMBH & CO. KG, 80333 MUENCHEN, DE

Effective date: 20140409

Owner name: CLARIANT PRODUKTE (DEUTSCHLAND) GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: SUED-CHEMIE AG, 80333 MUENCHEN, DE

Effective date: 20120716

R082 Change of representative

Effective date: 20140512

Effective date: 20140409

Effective date: 20120716

R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee