WO2010060649A2 - Coated catalyst, method for the production thereof, and use thereof - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a coated catalyst comprising a ZrO 2 -containing catalyst support having a shell in which Pd and Au are contained, wherein the Au / Pd atomic ratio of the shell catalyst is 0.2 to 1.2.
- Alkenyl acetates are an important monomer building block in the synthesis of plastic polymers.
- the main applications of alkenyl acetates are i.a. the preparation of polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol and polyvinyl acetal and the co- and terpolymerization with other monomers such as ethylene, vinyl chloride, acrylate, maleate, fumarate and vinyl laurate.
- An alkenyl acetate can be prepared for example in the gas phase from acetic acid and ethylene by reaction with oxygen, the catalysts used for this synthesis preferably Pd as active metal, Au as a promoter and an alkali metal component as a co-promoter, preferably potassium in the form of the acetate.
- the metals Pd and Au are not present in the form of metal particles of the respective pure metal, but rather in the form of Pd / Au alloy particles of possibly different composition, although the presence of unalloyed particles are not excluded can.
- Cd or Ba can also be used as co-promoter.
- alkenyl acetates are produced predominantly by means of so-called shell catalysts in which the noble metals Pd and Au do not completely complete the catalyst support but penetrate only in a more or less wide outer region (shell) of the catalyst support (cf., for this purpose, EP 565 952 A1, EP 634 214 A1, EP 634 209 A1 and EP 634 208 A1), while those lying further inside Areas of the catalyst support are free of precious metals.
- shell catalysts With the aid of shell catalysts, a more selective reaction is possible in many cases than with catalysts in which the carriers are impregnated into the carrier core with active component ("fully impregnated").
- the shell catalysts known in the prior art for the preparation of alkenyl acetates may be, for example, catalyst supports based on silica, alumina, aluminosilicate, titanium oxide or zirconium oxide (cf., for this purpose, EP 839 793 A1, WO 1998/018553 A1, WO 2000/058008 A1 and WO 2005/061107 Al).
- catalyst supports based on titanium oxide or zirconium oxide are currently scarcely used since these catalyst supports are not long-term stable with respect to acetic acid or are relatively expensive.
- catalysts for the preparation of alkenyl acetates are coated catalysts with a Pd / Au shell on a porous amorphous formed as a ball aluminosilicate on the basis of natural phyllosilicates, which are impregnated with potassium acetate as a co-promoter.
- Such alkenyl acetate shell catalysts are usually prepared in a so-called chemical way in which the catalyst support with solutions of corresponding metal precursor compounds, for example by immersing the carrier in the solutions or by Incipient Wetness method (pore filling method), in which the carrier is loaded with a solution volume corresponding to its pore volume, is impregnated.
- Incipient Wetness method pore filling method
- the Pd / Au shell of the catalyst is produced, for example, by first impregnating the catalyst support in a first step with a palladium chloride solution and then fixing the Pd component with NaOH solution onto the catalyst support in the form of a Pd hydroxide compound in a second step becomes. In a subsequent separate third step, the catalyst support is then impregnated with a gold chloride solution and then the Au component also fixed by means of NaOH. After fixing the noble metal components in the outer shell of the catalyst support of the carrier is then largely free of chloride and Na ions washed, then dried, calcined and finally reduced in the liquid or gas phase.
- the Pd / Au shell thus produced usually has a thickness of about 100 ⁇ m to 500 ⁇ m.
- the catalyst support loaded with the noble metals is loaded with potassium acetate after the last fixation step or after the reduction step, with the loading of potassium acetate not only taking place in the outer shell loaded with precious metals, but rather completely impregnated with the co-promoter.
- the catalyst carrier used is predominantly a spherical carrier with the name "KA-160” from SÜD-Chemie AG, Kunststoff, Germany, based on a natural layered silicate which has a BET surface area of about 160 m 2 / g.
- alkenyl acetate selectivities achieved by means of the alkenyl acetate shell catalysts based on Pd and Au and KA-160 supports known in the prior art are approximately 90 mol .-% based on the supplied ethylene, wherein the remaining 10 mol .-% of the reaction products are substantially CO 2 , which is formed by total oxidation of the organic starting materials / products.
- alkenyl acetate catalysts which have relatively high alkenyl acetate activity.
- attempts are made in the prior art to further increase the proportion of known coated catalysts on the active metal Pd.
- Alkenyl acetate catalysts currently used in the art have a Pd content of 0.9 wt.% Or higher.
- the object of the present invention is to provide a shell catalyst which has a relatively high alkenyl acetate activity.
- a shell catalyst comprising a ZrO 2 -containing catalyst support with a shell in which Pd and Au are contained, wherein the Au / Pd atomic ratio of the shell catalyst is 0.2 to 1.2 and wherein the proportion of the shell catalyst Pd is less than or equal to 0.75% by weight.
- the coated catalyst according to the invention has a relatively high alkenyl acetate activity in comparison with corresponding coated catalysts of the prior art, despite a relatively low active metal content.
- the catalyst according to the invention despite its high alkenyl acetate activity, is characterized by a relatively high alkenyl acetate selectivity.
- the coated catalyst of the present invention is particularly cost effective because it requires less Pd to provide the same alkenyl acetate activity and at least the same alkenyl acetate selectivity as a corresponding prior art catalyst.
- Shell catalysts are known in the art. For shell catalysts, a distinction is made between “egg shell” and “egg white” shell catalysts.
- An egg-shell catalyst is a shell catalyst in which the catalytically active substance is present in an outer shell of the catalyst support, the shell extending inwards from the outer surface of the support and the core of the catalyst support being free of catalytically active substance
- an inner shell in a near-surface zone of the catalyst support is slightly loaded below the outer support surface with the catalytically active substance, wherein the not occupied with catalytically active substance outer shell scavenge catalyst poisons and so to protect the underlying, catalytically active substance from poisoning.
- the core of the catalyst support is free of catalytically active substance.
- the coated catalyst according to the invention is a peelable catalyst of " ⁇ gg-sh ⁇ ll” or " ⁇ gg-wh-Lt ⁇ ” -Tv ⁇ , preferably an egg-shell type shell-type catalyst.
- Wt .-% is, preferably 0.70 wt .-% to 0.40 wt .-% and preferably 0.65 wt .-% to 0.45 wt .-%.
- the coated catalyst according to the invention is characterized by a particularly high activity.
- the proportion of the coated catalyst in Pd is 0.75 wt .-% to 0.50 wt .-%, preferably 0.75 wt .-% to 0.55 wt. -%, and preferably 0.70 wt .-% to 0.60 wt .-%.
- the proportion of the coated catalyst according to the invention to Pd is less than or equal to 0.75 wt .-%.
- the expression "proportion of the coated catalyst according to the invention on Pd” refers to the weight of Pd based on the weight of the coated catalyst, ie the sum of the weights of the catalyst support, the noble metals Pd and Au and the co-promoter or co-promoter compound, for example potassium acetate.
- the shell catalyst Prior to determining the weight of the shell catalyst, the shell catalyst is preferably dried for a period of 1 hour at a temperature of 120 ° C. under a nitrogen atmosphere to substantially remove any moisture and then analyzed.
- the Au / Pd atomic ratio of the shell catalyst is 0.3 to 1.0, preferably 0.4 to 0.7.
- the coated catalyst of the invention is characterized by a relatively high
- At least part of the ZrO 2 contained in the catalyst support is present in the tetragonal modification.
- ZrO 2 in the tetragonal modification causes the coated catalyst of the invention over a relatively long period of time by a relatively high alkenyl acetate activity is characterized.
- ZrO 2 occurs in three modifications. At room temperature ZrO 2 is in monoclinic modification, at a temperature above 1170 0 C is ZrO 2 in tetragonal modification before and above 2370 0 C to the melting point at 2690 0 C ZrO 2 is in cubic modification.
- the shell catalyst according to the invention it is provided that at least 50% by weight of the ZrO 2 contained in the catalyst support is present in tetragonal modification. Since the proportion of ZrO 2 contained in the catalyst support with tetragonal modification by X-ray diffractometry (XRD) is determined, the said proportion refers only to X-ray diffractive ZrO 2 , which is included in the catalyst support according to the invention.
- XRD X-ray diffractometry
- Coated catalyst in the alkenyl acetate synthesis the less ZrO? liberated, ie, washed out, the greater the proportion of the carrier to ZrO 2 which is present in the tetragonal modification. Accordingly, it is provided according to a preferred embodiment of the coated catalyst according to the invention that at least 50 wt .-% of ZrO 2 contained in the catalyst support are present in the tetragonal modification, preferably 50 wt .-% to 100 wt .-%, more preferably from 70% to 100%, even more preferably from 85% to 100%, more preferably from 90% to 100%, more preferably 92% by weight to 100% by weight, and more preferably 93% by weight to 100% by weight.
- proportions refer to the X-ray diffractive ZrO 2 contained in the carrier.
- a proportion of 100% by weight tetragonal ZrO 2 which is particularly preferred according to the invention, means that in a corresponding XRD diffractogram only signals of tetragonal ZrO 2 are identifiable and no signals of ZrO 2 monoclinic or cubic modification.
- the ratio of the intensity of the signal at 2theta of 28.2 ° to the intensity of the signal at 2 theta of 30.2 ° is less than or equal to 1 , preferably less than 0.5, preferably less than 0.3, even more preferably less than 0.05 and even more preferably 0. It is further preferred that the XRD diffractogram of the support is free of signals of cubic ZrO 2 .
- the highest intensity peak (hkl 111) of monoclinic ZrO 2 at 2 theta of 30.2 ° lies the highest intensity peak (hkl 101) of tetragonal ZrO 2 .
- the XRD diffractogram is a so-called XRD differential diffractogram.
- the XRD differential diffractogram is generated by taking an XRD diffractogram from a ZrO 2 -containing and a reference catalyst support under the same conditions and subtracting the XRD diffractogram of the reference catalyst support from that of the ZrO 2 -containing catalyst support.
- the reference catalyst support is prepared analogously to the ZrO 2 -containing catalyst support, with the exception that the Reference catalyst carrier is not added to Zr.
- the XRD diffractograms are preferably measured on a BRUKER axs powder X-ray diffractometer, Model D4 Endeavor, in Bragg Brentano geometry.
- Tetragonal zirconia has a relatively high specific surface area.
- the stable at room temperature phase is the monoclinic zirconia, which has a relatively low specific surface area.
- undoped zirconium hydroxide into a support matrix comprising a layered silicate and subsequent calcination, it has been possible to produce and stabilize the surface-rich tetragonal ZrO 2 phase in high yield.
- a relatively high specific zirconia surface is provided in the catalyst support.
- a prior art catalyst support prepared by impregnating a catalyst support with a zirconium salt solution and then calcining it is X-ray amorphous with respect to the zirconium. This usually means that the zirconium is present in the form of nanocrystalline particles and / or in amorphous form.
- the ZrO 2 is present in particulate form. Lies in the catalyst carrier ZrO 2 in the tetragonal
- the ZrO 2 is contained in the carrier in particulate form. Otherwise, the ZrO 2 in the carrier may in principle also be contained in the form of individual ZrO 2 units, which are incorporated, for example, in the structure of the carrier. However, it is preferred that the ZrO 2 in the
- Catalyst support is present in particulate form. As a result, a solid incorporation of ZrO 2 in the carrier and thus a largely low ZrO 2 release of the catalyst support is ensured in acetic acid.
- the ZrO 2 in the catalyst support of the catalyst according to the invention in particulate form, it is provided according to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention that the ZrO 2 has a mean particle diameter d 50 of at most 50 microns, preferably a mean particle diameter d 50 of a maximum of 30 microns and more preferably a mean particle diameter d 50 of 20 microns maximum.
- the determination of the mean particle diameter d 50 is determined by means of electron microscopy (EDX). For this purpose, the maximum dimensions of the 50 largest identifiable ZrO 2 particles are measured in a 1 mm ⁇ 1 mm arbitrarily selected region of an EDX spectrum of the catalyst support and from this the d 50 value is determined.
- EDX electron microscopy
- the EDX measurement is preferably carried out on a scanning electron microscope LEO 430VP, equipped with an energy-dispersive spectrometer from Bruker AXS.
- the catalyst support is cut through, glued onto an aluminum sample holder and then vapor-deposited with carbon.
- the detector preferably is a nitrogen-free silicon drift chamber detector (XFlash ® 410) with a
- d 50 value is usually much larger than the actual d 50 value in the Catalyst supports incorporated ZrO 2 particles.
- the actual d 5 o value did s ä # chiich one would measure, if the ZrO 2 particles may detach from the support and would be measured, corresponding to 0.8 to 2 times the in the process for preparing the Catalyst carrier used zirconium hydroxide.
- the ZrO 2 is uniformly or statistically evenly distributed in the catalyst support.
- matrix is meant the solid matter of the carrier surrounding the pores.
- the ZrO 2 is present in the catalyst support in a proportion of 1% by weight to 30% by weight, based on the weight of the catalyst support. If ZrO 2 is present in the catalyst support in an amount of less than 1% by weight, the alkenyl acetate activity of the coated catalyst according to the invention is only slightly increased, while above a fraction of 25% by weight the increase in the activity of the catalyst with a marked decrease in alkenyl acetate selectivity.
- the ZrO 2 in the catalyst support in a proportion of 1 wt .-% to 25 wt .-% is contained based on the weight of the catalyst support, preferably with a share of 5 Wt .-% to 20 wt .-% and more preferably in a proportion of 8 wt .-% to 15 wt .-%.
- the catalyst support contained in the coated catalyst according to the invention may consist of ZrO 2 or ZrO 2 other ingredients such as one or more metal oxides selected from the group consisting of SiO 2 , MgO, Al 2 O 3 , aluminosilicate, TiO 2 , fumed silica and Nb 2 O 5 .
- the catalyst support comprises a natural layered silicate.
- natural layered silicate for which the term “phyllosilicate” is also used in the literature, is understood in the context of the present invention to originate from natural sources, untreated or treated silicate mineral in which Si0 4 tetrahedra, which structural Form the basic unit of all silicates which are crosslinked in layers of the general formula [Si 2 O 5 ] 2 " These tetrahedral layers alternate with so-called octahedral layers in which a cation, especially Al and Mg, is octahedrally surrounded by OH or O. It will be For example, a distinction is made between two-layer phyllosilicates and three-layer phyllosilicates.
- Phyllosilicates preferred in the context of the present invention are clay minerals, in particular kaolinite, beidellite, hectorite, saponite, nontronite, mica, vermiculite and smectites, with smectites and in particular montmorillonite being particularly preferred.
- layered silicates can be found, for example, in “Lehrbuch der anorganischen Chemie", Hollemann Wiberg, de Gruyter, 102nd Edition, 2007 (ISBN 978-3-11-017770-1) or in "Rompp Lexikon Chemie", 10. Edition, Georg Thieme Verlag under the term “phyllosilicate”.
- Typical treatments to which a natural layered silicate is subjected prior to use as a carrier material include, in particular, treatment with acids, in particular mineral acids such as, for example, hydrochloric acid, and / or calcining.
- a particularly preferred natural layered silicate in the context of the present invention is montmorillonite, which is preferably used in the form of a bentonite.
- Bentonites are mixtures of various clay minerals containing predominantly montmorillonite (about 50% by weight to 90% by weight).
- Other accompanying minerals can i.a. Quartz, mica and feldspar.
- the natural phyllosilicate is an acid-activated phyllosilicate.
- Acid-activated phyllosilicates are known in the art (see Rompp Lexikon Chemie, 10th edition, Georg Thieme Verlag, term “bentonite") Increase catalyst carrier is the natural
- Layered silicate in the carrier preferably in the form of an acid-activated layered silicate.
- the acid-activated phyllosilicate is acid-activated montmorillonite which, according to the invention, is more preferably contained in the carrier in the form of an acid-activated bentonite.
- the proportion of the catalyst support of natural layered silicate is greater than or equal to 50% by weight, preferably 55% by weight to 95% by weight, preferably 60% by weight to 90% by weight, more preferably from 65% to 85% and more preferably from 70% to 80% by weight, based on the weight of the catalyst support.
- the natural phyllosilicate present in the catalyst support has an SiO 2 content of at least 65% by weight, preferably one of at least 80% by weight and more preferably one of 90% by weight % to 95% by weight. This ensures a high chemical resistance of the catalyst support in the alkenyl acetate synthesis.
- the natural sheet silicate therefore contains less than 5% by weight Al 2 O 3 , preferably from 0.1% by weight to 3.5% by weight and preferably from 0.3% by weight to 3.0% by weight, based on the weight of the natural layered silicate present in the carrier.
- the catalyst support has an acidity of from 1 .mu.l / g to 150 .mu.l / g.
- the degree of acidity of the catalyst support may favorably influence the activity of the catalyst of the present invention in the gas-phase synthesis of an alkenyl acetate of acetic acid and ethene.
- the catalyst support has an acidity of 1 .mu.l / g to 150 .mu.l / g, preferably an acidity of 5 .mu.l / g to 130 .mu.l / g, preferably an acidity of 10 .mu.val / g to 100 ⁇ val / g, and more preferably an acidity of 20 ⁇ val / g to 60 ⁇ val / g.
- the acidity of the carrier can be increased, for example, by impregnation of the catalyst or carrier with acid.
- the acidity of a catalyst support is determined as follows: I g of the finely ground catalyst support is mixed with 100 ml of water (with a pH blank) and extracted with stirring for 15 minutes. It is then titrated with 0.01 N NaOH solution at least until pH 7.0, wherein the titration is carried out stepwise; Namely, 1 ml of the NaOH solution is added dropwise to the extract (1 drop / second), then waited 2 minutes, read the pH, 1 ml of NaOH is added dropwise, etc. The blank value of the water used is determined and the acidity Calculation corrected accordingly. The titration curve (ml 0.01 NaOH versus pH) is then plotted and the point of intersection of the titration curve at pH 7 is determined. The molar equivalents are calculated equiv in 10 "6 / g of support, resulting from the consumption of NaOH for the intersection at pH 7: 10 ml of 0.01 N NaOH,.
- the catalyst support has an average pore diameter of 8 nm to 30 nm.
- the catalyst support has an average pore diameter of 8 nm to 30 nm, preferably one of 10 nm to 20 nm and more preferably one of 10 nm to 15 nm.
- the mean pore diameter is determined according to DIN 66134 (determination of the pore size distribution and the specific surface area of mesoporous solids by nitrogen sorption (method according to Barrett, Joyner and Halenda (BJH)).
- the catalyst support has a specific surface area of less than or equal to 180 m 2 / g.
- the alkenyl acetate selectivity of the catalyst according to the invention is the higher with virtually constant activity of the catalyst, the smaller the specific surface area of the catalyst support.
- the catalyst support has a specific surface area of less than or equal to 180 m 2 / g, preferably one of less than or equal to 160 m 2 / g, preferably less than or equal to 140 m 2 / g, more preferably less than or equal to 137 m 2 / g, more preferably less than / equal to 135 m 2 / g, even more preferred a of less than or equal to 133 m 2 / g and particularly preferably a of less than / equal to 130 m 2 / g.
- the specific surface of the support is according to DIN 66131 (determination of the specific
- BET Brunauer, Emmett and Teller
- Catalyst support has a specific surface area of from 60 m 2 / g to 180 m 2 / g, preferably from 65 m 2 / g to 160 m 2 / g, preferably from 70 m 2 / g to 140 m 2 / g, more preferably from 70 m 2 / g to 120 m 2 / g, more preferably from 70 m 2 / g to 110 m 2 / g and most preferably from 80 m 2 / g to 100 m 2 / g.
- the size of the specific surface area, the average pore diameter, the integral pore volume, etc. of the catalyst carrier depends on the case where the
- Catalyst support comprises a natural layered silicate, in particular the quality of the natural layered silicate used, the acid treatment process, i. for example, the nature and the relative to the layered silicate amount and the concentration of the mineral acid used, the acid treatment time and the temperature, the compression pressure and the calcination time and temperature and the calcination from.
- the catalyst support has a hardness of greater than or equal to 55 N, preferably a hardness of 55 N to 65 N and particularly preferably a hardness of 57 N to 63 N.
- the catalyst support has an integral pore volume of from 0.25 ml / g to 0.7 ml / g.
- the alkenyl acetate selectivity of the catalyst according to the invention is dependent on the integral pore volume of the catalyst support. Therefore, it is preferred that the catalyst support has an integral pore volume of 0.25 ml / g to 0.7 ml / g, preferably one of 0.3 ml / g to 0.55 ml / g, and preferably one of 0.35 ml / g to 0-5 ml / g.
- the integral pore cleavage is determined according to DIN 66134 (determination of the pore size distribution and the specific surface area of mesoporous solids by nitrogen sorption (method according to Barrett, Joyner and Halenda (BJH)).
- At least 80% of the integral pore volume of the catalyst support is formed by mesopores and macropores, preferably at least 90% and preferably at least 95%. This counteracts a reduced activity of the catalyst according to the invention caused by diffusion limitation, in particular a shell catalyst with a relatively large shell thickness.
- micropores are understood to mean pores having a diameter of less than 2 nm, a diameter of 2 nm to 50 nm and a diameter of greater than 50 nm
- Mesopores and macropores at the integral pore volume are determined on the basis of the pore volume distribution of the catalyst support according to the invention, which is determined according to DIN 66134 (determination of the pore size distribution and the specific surface of mesoporous solids by nitrogen sorption (method according to Barrett, Joyner and Halenda (BJH)).
- the proportion of the pores of the carrier with a diameter of 6 nm to 50 nm at the integral pore volume is more than 66%, preferably from 66% to 80% and particularly preferably from 68%. up to 75%. The percentages are from the
- Pore size distribution to be determined according to DIN 66134 determination of the pore size distribution and the specific surface area of mesoporous solids by nitrogen sorption (method according to Barrett, Joyner and Halenda (BJH)).
- the Catalyst support has a bulk density of more than 0.3 g / ml, preferably a greater than 0.35 g / ml and more preferably a bulk density of 0.35 g / ml to 0.6 g / ml.
- the catalyst support is formed as a shaped body.
- the catalyst support may have any form which is known to those skilled in the art for the purpose of the invention.
- the catalyst support may be formed as a sphere, cylinder, perforated cylinder, trilobium, ring, star, torus or strand, preferably as a rib strand or star strand.
- the catalyst support has a maximum dimension of 1 mm to 25 mm, preferably a maximum dimension of 3 mm to 15 mm.
- the catalyst support is formed as a sphere.
- the ball has a diameter of 2 mm to 10 mm, preferably a diameter of 4 mm to 8 mm.
- the catalyst support with at least one oxide of a metal selected from the group consisting of Hf, Ti, Si, La, Nb, Ta, W, Mg, Re, Y and Fe, preferably with HfO 2 .
- a metal selected from the group consisting of Hf, Ti, Si, La, Nb, Ta, W, Mg, Re, Y and Fe, preferably with HfO 2 .
- the catalyst support is doped with HfO 2 and / or that the ZrO 2 is doped with Y 2 O 3 , La 2 O 3 and / or SiO 2 .
- the doping of ZrO 2 causes a relatively high acetic acid resistance of ZrO 2 .
- the HfO 2 doping causes an increase in the activity of the catalyst according to the invention.
- the ZrO 2 contained in the catalyst support is free of a doping oxide which stabilizes the tetragonal phase of the ZrO 2 , preferably free of La 2 O 3 , SiO 2 and Y 2 O 3 .
- the tetragonal ZrO 2 can be stable in the carrier.
- the proportion of the catalyst support to doping oxide is between 0.1 wt .-% and 20 wt .-%, preferably 1 wt .-% to 10 wt .-% and preferably 3 Wt .-% to 8 wt .-% based on the weight of the catalyst support.
- the doping can be effected, for example, by surface doping, as known from the prior art, or the metal oxide / metal oxides can / can be incorporated into the matrix of the catalyst support.
- the water absorbency of the catalyst support is 40% to 75%, preferably 50% to 70% calculated as weight increase by Wasseraufnähme.
- the Absorbency is determined by soaking 10 g of the carrier sample with deionized water for 30 minutes until gas bubbles no longer escape from the carrier sample. Then, the excess water is decanted and the soaked sample is blotted with a cotton cloth to free the sample from adherent moisture. Then the water-loaded carrier is weighed and the absorbency calculated according to:
- the thickness of the shell is 30 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably 50 ⁇ m to 200 ⁇ m and particularly preferably 75 ⁇ m to 150 ⁇ m. It was found that the alkenyl acetate selectivity of the coated catalyst according to the invention in the aforementioned intervals is comparatively high while at the same time having relatively high activity of the catalyst.
- the thickness of the shell can be measured, for example, by means of a light microscope or by means of EDX.
- the present invention further relates to a process, in particular a process for the preparation of the coated catalyst according to the invention, comprising
- coated catalysts prepared according to the process of this invention can have a relatively thin shell of relatively uniform thickness and relatively uniform noble metal distribution, resulting in a relatively high alkenyl acetate selectivity of the catalyst.
- the process according to the invention is carried out by producing a fluidized bed in which the catalyst supports move in an elliptical or toroidal path, or in other words in which the catalyst supports rotate elliptically or toroidally.
- a fluidized bed in which the catalyst supports move in an elliptical or toroidal path, or in other words in which the catalyst supports rotate elliptically or toroidally.
- the catalyst supports move "elliptically" in a vertical plane on an elliptical path, “toroidal” on a toroidal path, that is, a catalyst support helically traverses the surface of a vertical elliptical sectioned torus.
- a relaxation point fluidized point
- the fluid velocity (of the gas) is up to 4 times the relaxation rate, preferably up to 3 times the relaxation rate and more preferably up to 2 times the relaxation rate.
- Fluid velocity up to 1.4 times the log of the rate of deceleration, preferably up to 1.3 times the log of the rate of deceleration, and more preferably up to 1.2 times the log of the rate of deceleration.
- Catalyst support causes, in contrast to working in a conventional fluidized bed, that the individual catalyst carriers pass through the spray nozzle in approximately the same frequency.
- the circulation process also ensures that the individual catalyst carriers perform a rotation about their own axis, which is why the
- the catalyst supports moving in the fluidized bed on an elliptical or toroidal orbit can, in the process according to the invention, be treated first with the first solution containing the Pd precursor and then with the second, the Au precursor-containing solution, to be sprayed.
- the catalyst supports may be sprayed first with the second and then with the first solution.
- the catalyst supports are sprayed simultaneously with the first and with the second solution, for example by means of two single-fluid nozzles or by means of a two-fluid nozzle.
- the catalyst supports are sprayed first with the first and then with the second solution.
- Catalyst support in the fluidized bed elliptical or toroidal order.
- the catalyst supports in the fluidized bed move on a toroidal path.
- the method according to the invention further comprises
- the drying of the catalyst carrier sprayed with the solution (s) preferably takes place continuously in the process according to the invention by means of the gas for the production of the fluidized bed, which is why relatively small shell thicknesses can be obtained in a technically simple manner.
- a separate drying step is carried out. For example, in the first case, the temperature of the
- Gas or the catalyst support set the drying rate and thus, for example, the thickness of the shell In the second case, it can be dried by any drying method known to those skilled in the art.
- the drying takes place at a temperature of 20 0 C to 200 0 C, preferably between 40 0 C and 150 0 C and particularly preferably between 70 0 C and 120 0 C, both at atmospheric pressure and in vacuo can be dried. It can be dried both in air and under inert gas.
- the method according to the invention further comprises
- the calcination can be carried out, for example, in a temperature range from 200 ° C. to 1000 ° C., preferably in a temperature range from 300 ° C. to 800 ° C., more preferably in a temperature range from 350 ° C. to 750 ° C. particularly preferably in a temperature range from 400 ° C. to 500 ° C.
- the calcination time is usually in the range of 1 minute to 48 hours, preferably in the range of 30 minutes to 12 hours, and more preferably in the range of 1 hour to 7 hours, with a calcination time of 2 hours to 5 hours is particularly preferred.
- the calcination of the metal precursors sprayed catalyst supports may preferably be carried out under a protective gas, while the metal precursors e.g. decompose to 0 oxidation state metal by autoreduction. As a result, a separate reduction step can be avoided.
- the protective gas is a gas selected from the group consisting of the noble gases, CO 2 , nitrogen and
- an inert protective atmosphere for example, to avoid unwanted chemical reactions.
- the noble gases helium, neon, argon, krypton or xenon can be used as the protective gas, or mixtures of two or more of the abovementioned, with argon being particularly preferred as protective gas.
- nitrogen can also be used as protective gas.
- An inert gas atmosphere which is particularly preferred according to the method of the present invention comprises the noble gas argon and nitrogen.
- the method according to the invention further comprises - Transfer the Pd component of the Pd precursor and the
- the conversion of the metal component of the metal precursor into the oxidation state 0 by means of a reducing agent.
- Gaseous or vaporizable reducing agents such as H 2 , CO, NH 3 , formaldehyde, methanol and hydrocarbons are preferably used, wherein the gaseous reducing agents may also be diluted with inert gas such as carbon dioxide, nitrogen or argon.
- inert gas such as carbon dioxide, nitrogen or argon.
- an inert gas-diluted reducing agent is used.
- the amount of reducing agent is preferably selected so that during the treatment period at least the necessary for the complete transfer of the metals equivalent is passed over the catalyst.
- the metal is depressurized, ie at an absolute pressure of about 1 bar, transferred to the oxidation state 0.
- a rotary kiln or fluidized bed reactor is preferably used in order to ensure a uniform reduction.
- the conversion of the metals into the oxidation state 0 preferably takes place at a temperature of 100 ° C. to 450 ° C.
- the conversion of the metals into the oxidation state 0 can, in principle, be carried out at any temperature which is known to the person skilled in the art as suitable for the purpose according to the invention.
- the conversion of the metals into the oxidation state 0 can be carried out in a temperature range from 100 ° C. to 500 ° C., preferably in a temperature range from 150 ° C. to 450 ° C., and more preferably in a temperature range from 200 ° C. up to 400 ° C.
- the conversion of Pd and Au into the oxidation state 0 can also be carried out in situ, ie in the process reactor, or also ex situ, ie in a special reduction reactor.
- the ex situ conversion can be carried out, for example, with 5% by volume of hydrogen in nitrogen, for example by means of forming gas, at temperatures in the range from preferably 150 ° C. to 400 ° C. over a period of 5 hours.
- the conversion of Pd and Au into the oxidation state 0 can preferably also be carried out by wet-chemical means, for example by means of an aqueous solution of alkali metal hypophosphite.
- the first solution and the second solution are one and the same solution.
- the Pd precursor is Pd (NH 3 J 4 (OH) 2 .
- the Pd precursor may, in principle, be any Pd-containing substance known to the person skilled in the art for the purpose according to the invention. According to the invention, preference is given to the Pd precursor being selected from the group consisting of Pd (NH 4 ) 4 (OH) 2 , Pd (NH 3 J 4 (OAc) 2 , H 2 PdCl 4 , Pd (NH 3 ) 4 ( HCO 3 ) 2 / Pd (NH 3 J 4 (HPO 4 ), Pd (NHa) 4 Cl 2 , Pd (NH 3 ) 4 -oxalate, Pd-oxalate, Pd (NO 3 ) 2 , Pd (NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 , K 2 Pd (OAc) 2 (OH) 2 , Na 2 Pd (OAc) 2 (OH) 2 , Pd (NH 3 ) 2 (NO 2 ) 2 , K 2 Pd (NO 2 J 4 , Na 2 Pd (NO 2 J 4 , Pd (OAc)
- carboxylates of palladium can also be used, preferably the salts of aliphatic monocarboxylic acids having 3 to 5 carbon atoms, for example the propionate - or the butyrate salt.
- Pd nitrite precursors may also be preferred.
- Preferred Pd nitrite precursors are, for example, those obtained by dissolving Pd (OAc) 2 in a NaNO 2 solution.
- the Au precursor is KAuO 2 .
- the Au precursor may in principle be any Au-containing substance which is known to the person skilled in the art for the purpose according to the invention as being suitable.
- the Au precursor is selected from the group consisting of KAuO 2 , HAuCl 4 , KAu (NO 2 ) 4 , AuCl 3 , KAuCl 4 , NaAuCl 4 , KAuCl 4 , KAu (OAc) 3 (OH) , HAu (NO 3 J 4 , NaAuO 2 , NMe 4 AuO 2 , RbAuO 2 , CsAuO 2 , NaAu (OAc) 3 (OH),
- the first solution and the second solution are aqueous solutions.
- Suitable solvents for the precursors are all pure solvents or solvent mixtures in which the selected precursors are soluble and which after application to the catalyst support of the same can be easily removed by drying again.
- Preferred solvents for metal acetates as precursors are, for example, acetone or unsubstituted carboxylic acids, in particular acetic acid, and for the metal chlorides especially water or dilute hydrochloric acid.
- the precursors are not sufficiently soluble in pure solvents such as acetone, acetic acid, water or dilute hydrochloric acid or mixtures thereof, alternatively or in addition to the solvents mentioned, others may be used
- Solvent or solvent additives find application.
- the inventive method is carried out using a device which is adapted to generate by means of a gas, a fluidized bed of a particulate material, wherein the particles of the material move in the fluidized bed on an elliptical or toroidal path.
- a device which is adapted to generate by means of a gas, a fluidized bed of a particulate material, wherein the particles of the material move in the fluidized bed on an elliptical or toroidal path.
- Such devices are described, for example, in the documents WO 2006/027009 A1, DE 102 48 116 B3, EP 0 370 167 A1, EP 0 436 787 B1, DE 199 04 147 A1, DE 20 2005 003 791 U1, the contents of which are referenced in US Pat the present invention is incorporated.
- particularly preferred devices are sold by the company Innojet Technologies under the names Innoj et ® Ventilus or Innojet ® AirCoater. These devices comprise a cylindrical container with a fixed and immovably installed container bottom, in the middle of which a spray nozzle is mounted.
- the floor consists of circular lamellae, which are gradually mounted one above the other. The process air flows between the individual slats horizontally eccentrically with a circumferential
- the apparatus 2 has nozzles ("circular segment nozzles") mounted on an inner ring offset by 180 ° separating two toroidally circulating fluidized beds This preferred embodiment allows separate feeding of solutions (e.g. Pd solutions), so that Pd and Au can be simultaneously coated from separate stock solutions.
- solutions e.g. Pd solutions
- the apparatus comprises a process chamber with a bottom and a side wall, wherein the gas is introduced through the bottom of the process chamber, which is preferably constructed of a plurality of superposed, overlapping annular guide plates, between which annular slots are formed, is introduced with a horizontal, radially outwardly directed component of movement in the process chamber for generating the catalyst carrier fluidized bed.
- the method of the present invention involves applying a circumferential flow component to the gas introduced into the process chamber.
- the circumferential component of motion can the
- Catalyst carriers are imposed, for example, by arranged on the side wall correspondingly aligned guide rails for deflecting the catalyst carrier. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, however, it is provided that a circumferential flow component is imposed on the gas introduced into the process chamber. As a result, the generation of the fluidized bed in which the catalyst carriers rotate toroidally, procedurally simple guaranteed.
- the circumferential flow component is imposed on the gas introduced into the process chamber by introducing additional gas with an obliquely upwardly directed component of motion through the bottom of the process chamber into the flow chamber.
- Fluid bed circulating carrier is carried out with the solution by means of an annular gap nozzle which sprays a spray cloud, wherein the plane of symmetry of the spray cloud in parallel or substantially parallel to the plane of the device floor. Due to the 360 ° circumference of the spray cloud, the catalyst carriers moving down in the middle can be sprayed particularly uniformly with the solution.
- the annular gap nozzle ie its mouth, is preferably completely embedded in the fluidized bed.
- the annular gap nozzle is arranged centrally in the bottom of the container and the mouth of the annular gap nozzle is embedded in the fluidized bed. This ensures that the free path of the droplets of the spray cloud to impinge on a catalyst support is relatively short and corresponding to the drops relatively little time remains to coalesce into larger drops, which could counteract the formation of a largely uniform shell thickness.
- a gas support pad may be produced on the underside of the spray cloud.
- the bottom-side pad keeps the soil surface largely free of sprayed solution, which means that almost the entire sprayed solution is introduced into the fluidized bed, so that hardly any spray losses occur.
- the gas for generating the fluidized bed is selected from the group consisting of air, oxygen, nitrogen and the noble gases and mixtures of the above gases.
- the spraying of the catalyst support with the first and / or second solution at a temperature of 50 0 C to 120 0 C, preferably at a temperature of 55 0 C to 90 0 C and Most preferably at a temperature of 60 0 C to 80 0 C is performed.
- the gas may be enriched with the solvent of the first, of the second or of the first and of the second solution before introduction into the device, preferably in a range of 10%. up to 50% of the saturation vapor pressure (at process temperature).
- the solvent added to the gas and solvent can be separated from the drying of the catalyst support by means of suitable cooling units, condensers and separators from the gas and recycled by means of a pump in the solvent enrichment.
- the present invention further relates to a shell catalyst according to the invention, obtainable by means of the method according to the invention.
- the present invention further relates to the use of a coated catalyst according to the invention or a coated catalyst according to the invention, which is obtainable by the process according to the invention, in which
- Fig. IA is a vertical sectional view of a preferred apparatus for carrying out the method according to the invention and the description of trajectories of catalyst supports is used in conjunction with the drawings to explain the invention. Show it: Fig. IA is a vertical sectional view of a preferred apparatus for carrying out the method according to the invention and the description of trajectories of catalyst supports is used in conjunction with the drawings to explain the invention. Show it: Fig. IA is a vertical sectional view of a preferred
- FIG. 1B shows an enlargement of the area framed in FIG. 1A and marked with the reference symbol IB;
- Fig. 2A is a perspective sectional view of the preferred embodiment
- Fig. 2B is a plan view of the preferred apparatus and trajectories of Fig. 2A;
- 3A is a perspective sectional view of the preferred device, in which the trajectory of a toroidal circulating catalyst carrier is shown schematically.
- Fig. 3B is a plan view of the preferred device and the trajectory of FIG. 3A.
- FIG. 1A shows a device, which is designated overall by the reference numeral 10, for carrying out the method according to the invention.
- the apparatus 10 includes a container 20 having an upstanding cylindrical side wall 18 enclosing a process chamber 15.
- the process chamber 15 has a bottom 16, below which an inflow chamber 30 is located.
- the bottom 16 is composed of a total of seven annular superposed ring plates as baffles. The seven ring plates are placed one above the other so that an outermost ring plate 25 forms a lowermost ring plate on which then the other six inner ring plates, each lying underneath partially overlapping, are placed.
- annular gap nozzle 50 is inserted in the central opening from below.
- the annular gap nozzle 50 has an orifice 55 which has a total of three orifice gaps 52, 53 and 54. All three orifice gaps 52, 53 and 54 are aligned so that they approximately parallel to the bottom 16, so spray approximately horizontally with a 360 ° Um chargedswinkel.
- the spray nozzle may be constructed such that the spray cone extends obliquely upward. Via the upper gap 52 and the lower gap 54, spray air is expelled as the spray gas, through the middle gap 53 the solution to be sprayed.
- the annular gap nozzle 50 has a rod-shaped body 56 which extends downwards and contains the corresponding channels and supply lines, which are known per se and therefore not shown in the drawing.
- the annular gap nozzle 50 may be formed with a so-called rotary annular gap, in which walls of the channel through which the solution is sprayed rotate relative to each other to prevent clogging of the nozzle, so that sprayed uniformly from the gap 53 over the 360 ° surrounding angle can be.
- the annular gap nozzle 50 has a conical head 57 above the mouth gap 52.
- a frusto-conical wall 58 is present, which has numerous openings 59.
- the bottom of the frusto-conical wall 58 rests on the innermost ring plate 29 such that between the bottom of the frusto-conical wall 58 and the underlying, with this partially overlapping ring plate 29, a slot 60 is formed through the process air 40 can pass through.
- the outer ring 25 is spaced from the wall 18 so that process air 40 can enter the process chamber 15 in the direction of the arrow indicated by the reference numeral 61 with a predominantly vertical component and thereby the process air 40 entering the process chamber 15 through the slots 28 gives relatively strong upward component.
- FIG. 1A shows which conditions form in a run-in state in the device 10.
- the horizontal mirror plane is approximately parallel to Ground level runs.
- air which may be, for example, process air 40
- the process air 40 passing through the numerous slots 28 forms a radial flow in the direction of the wall 18, from which the process air 40 is deflected upward, as shown by the arrow indicated by the reference numeral 74. From the deflected process air 40, the catalyst carriers are guided in the area of the wall 18 upwards.
- the process air 40 and the catalyst carriers to be treated then separate from each other, with the process air 40 being discharged through outlets, while the catalyst carriers move radially inwardly as indicated by arrows 75 and vertically downwardly toward the conical head 57 of the annular die 50 due to gravity hike. There, the moving catalyst carriers are deflected, passed to the top of the spray cloud 70 and treated there with the sprayed medium. The sprayed catalyst carrier then move back towards the wall 18 and away from each other, as to
- the catalyst carriers Leaving the spray cloud 70 at the annular orifice gap 53, the catalyst carriers a circumferentially larger space is available.
- the catalyst carriers to be treated meet with the sprayed solution and are moved away from each other in the direction of movement of the wall 18, treating them very evenly and harmoniously with the heated process air 40, ie. dried.
- FIG. 2A shows two possible trajectories of two elliptically circulating catalyst supports by means of the curve progressions denoted by the reference symbols 210 and 220.
- the elliptical trajectory 210 has relatively large changes in the size of the major and minor axis compared to an ideal elliptical path.
- the elliptical trajectory 220 in contrast, has relatively small changes in the size of the major and minor axes and describes nearly an ideal elliptical trajectory without any circumferential (horizontal) motive component, as shown in FIG. 2B.
- FIG. 3A a possible trajectory of a toroidally circulating catalyst carrier is shown by means of the curve course indicated by the reference numeral 310.
- the toroidal trajectory 310 describes a section of the surface of a nearly uniform torus whose vertical section is elliptical and whose horizontal section is annular.
- FIG. 3B shows the movement path 310 in plan view.
- an acid-treated dried powdered bentonite (acid-activated bentonite) with the main constituent montmorillonite as phyllosilicate were mixed with a quantity corresponding to 61.875 g of ZrO 2 (Example 1) or with a quantity corresponding to 132 g of ZrO 2 (Example 2) on commercial Zr ( OK) 4 with a d iö value of about 1 .mu.m , - a d E0 value of about 5 .mu.m and with a d 90 value of 7 .mu.m and with 10 g of a conventional organic binder / pore former mixed together.
- the balls were dried and calcined at a temperature of 650 0 C over a period of 5 h.
- the moldings were treated with 20% hydrochloric acid over a period of 30 hours, washed extensively with water and calcined at a temperature of 600 ° C. for a period of 5 hours.
- the moldings thus obtained have the characteristics listed in Table 1 (Example 1) or Table 2 (Example 2):
- Example 1 70 g catalyst carrier according to Example 1 were measured by temperature-controlled at a temperature of 90 0 C air in a fluidized bed reactor of the type "® Innojet Aircoater 25" Innojet Technologies, Steinen, Germany in a
- the loaded catalyst supports were calcined in air over a period of 2 hours at a temperature of 350 ° C.
- the catalyst supports After the catalyst supports had been calcined, they were again placed in a fluidized bed state in which the catalyst supports toroidally circulated by means of air heated to a temperature of 90 ° C. in said device. After the catalyst supports had been heated to a temperature of 90 ° C., the toroidally circulating catalyst supports were prepared over a period of 0.5 h with a solution of 150 ml of water and 4.4 g of an 8.44% strength KAuO 2 solution ( based on Au 6.2%) sprayed.
- the catalyst supports were exposed to a mixture of 5% by volume of hydrogen in nitrogen over a period of 5 hours and at a temperature of 200 ° C. After reducing, the catalyst supports were impregnated with an aqueous potassium acetate solution by the incipient wetness method and then dried under a nitrogen atmosphere for a period of 1 hour at a temperature of 120 ° C. The proportion of the coated catalyst thus obtained was 2 , 6 wt .-% (calculated on the amount of potassium acetate used).
- the theoretical loading of the supports with Pd is 0.73% by weight and 0.39% by weight Au
- the experimental loading was 0.66% by weight Pd and 0.36% by weight Au (by means of Inductively Coupled plasma (ICP) determined; Au / Pd atomic ratio: 0.29).
- ICP Inductively Coupled plasma
- the shell thickness was 124 ⁇ m (mean value).
- catalyst balls were in a fixed bed tube reactor at a temperature of 153 0 C at 10 bar with a feed gas flow of 550 ml / min composed of 15 vol .-% HOAc, 6 vol .-% O 2 , 39 vol .-% C 2 H 4 acted in N 2 and the reactor effluent analyzed by gas chromatography.
- the space-time yield is obtained as g alkenyl acetate / 1 catalyst / h.
- the oxygen conversion is calculated according to (mole O 2 in-mole O 2 out) / mole O 2 in.
- the catalyst according to the invention shows a selectivity S (C 2 H 4 ) of 91.0% and a space-time yield (determined by gas chromatography) of 922 g alkenyl acetate / 1 catalyst / h at an oxygen conversion of 64.0%.
- S C 2 H 4
- space-time yield determined by gas chromatography
- Example 2 70 g catalyst carrier according to Example 2 were measured by temperature-controlled at a temperature of 90 0 C air in a fluidized bed reactor of the type "® Innojet Aircoater 25" Innojet Technologies, Steinen, Germany in a
- the loaded catalyst supports were calcined in air over a period of 2 hours at a temperature of 350 ° C.
- the catalyst supports After the catalyst supports had been calcined, they were again placed in a fluidized bed state in which the catalyst supports toroidally circulated by means of air heated to a temperature of 90 ° C. in said device. After the catalyst support were heated to a temperature of 90 0 C, the toroidally circulating catalyst carrier over a period KAuö 2 solution (were of O, 5 h with a solution made of 150 ml of water and 3.84 g of a 8.44% strength by weight based on Au 6.2%) sprayed.
- KAuö 2 solution were of O, 5 h with a solution made of 150 ml of water and 3.84 g of a 8.44% strength by weight based on Au 6.2%) sprayed.
- the catalyst supports were exposed to a mixture of 5% by volume of hydrogen in nitrogen over a period of 5 hours and at a temperature of 200 ° C. After reducing, the catalyst supports were impregnated with an aqueous potassium acetate solution by the incipient wetness method and then dried under a nitrogen atmosphere for a period of 1 hour at a temperature of 120 ° C. The proportion of the coated catalyst thus obtained was 2 , 6 wt .-% (calculated on the amount of potassium acetate used.
- the theoretical loading of the supports with Pd is 0.23% by weight and 0.34% by weight Au; the experimental loading was 0.21 wt.% Pd and 0.31 wt.% Au (determined by (ICP); Au / Pd atomic ratio: 0.8).
- the shell thickness was 130 ⁇ m (mean value).
- the catalyst according to the invention shows a selectivity S (C 2 H 4 ) of 95.7% and a space-time yield (determined by gas chromatography) of 408 g alkenyl acetate / 1 catalyst / h at an oxygen conversion of 28.5%.
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Abstract
Description
Schalenkatalysator, Verfahren zu seiner Herstellung sowie Shell catalyst, process for its preparation and
Verwendunguse
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schalenkatalysator, umfassend einen ZrO2 enthaltenden Katalysatorträger mit einer Schale, in welcher Pd und Au enthalten sind, wobei das Au/Pd- Atomverhältnis des Schalenkatalysators 0,2 bis 1,2 beträgt.The present invention relates to a coated catalyst comprising a ZrO 2 -containing catalyst support having a shell in which Pd and Au are contained, wherein the Au / Pd atomic ratio of the shell catalyst is 0.2 to 1.2.
Alkenylacetate sind ein wichtiger Monomerbaustein in der Synthese von Kunststoffpolymeren. Die Hauptanwendungsgebiete von Alkenylacetaten sind u.a. die Herstellung von Polyvinylacetat , Polyvinylalkohol und Polyvinylacetal sowie die Co- und Terpolymerisation mit anderen Monomeren wie zum Beispiel Ethylen, Vinylchlorid, Acrylat, Maleinat, Fumarat und Vinyllaurat.Alkenyl acetates are an important monomer building block in the synthesis of plastic polymers. The main applications of alkenyl acetates are i.a. the preparation of polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol and polyvinyl acetal and the co- and terpolymerization with other monomers such as ethylene, vinyl chloride, acrylate, maleate, fumarate and vinyl laurate.
Ein Alkenylacetate kann beispielsweise in der Gasphase aus Essigsäure und Ethylen durch Umsetzung mit Sauerstoff hergestellt werden, wobei die für diese Synthese eingesetzten Katalysatoren vorzugsweise Pd als Aktivmetall, Au als Promotor und eine Alkalimetall-komponente als Copromotor enthalten, vorzugsweise Kalium in Form des Acetats . In dem Pd/Au-System dieser Katalysatoren liegen die Metalle Pd und Au nicht in Form von Metallpartikeln des jeweiligen reinen Metalls vor, sondern vielmehr in Form von Pd/Au-Legierungspartikeln von möglicherweise unterschiedlicher Zusammensetzung, wenngleich das Vorliegen von unlegierten Partikeln nicht ausgeschlossen werden kann. Alternativ zu Au kann beispielsweise auch Cd oder Ba als Copromotor eingesetzt sein.An alkenyl acetate can be prepared for example in the gas phase from acetic acid and ethylene by reaction with oxygen, the catalysts used for this synthesis preferably Pd as active metal, Au as a promoter and an alkali metal component as a co-promoter, preferably potassium in the form of the acetate. In the Pd / Au system of these catalysts, the metals Pd and Au are not present in the form of metal particles of the respective pure metal, but rather in the form of Pd / Au alloy particles of possibly different composition, although the presence of unalloyed particles are not excluded can. Alternatively to Au, for example, Cd or Ba can also be used as co-promoter.
Gegenwärtig werden Alkenylacetate überwiegend mittels so genannter Schalenkatalysatoren hergestellt, bei welchen die Edelmetalle Pd und Au den Katalysatorträger nicht vollständig durchdringen, sondern vielmehr nur in einem mehr oder weniger breiten äußeren Bereich (Schale) des Katalysatorträgers enthalten sind (vgl. hierzu EP 565 952 Al, EP 634 214 Al, EP 634 209 Al und EP 634 208 Al) , während die weiter innen liegenden Bereiche des Katalysatorträgers edelmetallfrei sind. Mit Hilfe von Schalenkatalysatoren ist in vielen Fällen eine selektivere Reaktionsführung möglich als mit Katalysatoren, bei denen die Träger bis in den Trägerkern hinein mit Aktivkomponente imprägniert („durchimprägniert") sind.At present, alkenyl acetates are produced predominantly by means of so-called shell catalysts in which the noble metals Pd and Au do not completely complete the catalyst support but penetrate only in a more or less wide outer region (shell) of the catalyst support (cf., for this purpose, EP 565 952 A1, EP 634 214 A1, EP 634 209 A1 and EP 634 208 A1), while those lying further inside Areas of the catalyst support are free of precious metals. With the aid of shell catalysts, a more selective reaction is possible in many cases than with catalysts in which the carriers are impregnated into the carrier core with active component ("fully impregnated").
Die im Stand der Technik bekannten Schalenkatalysatoren zur Herstellung von Alkenylacetaten können beispielsweise Katalysatorträger auf der Basis von Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Alumosilikat, Titanoxid oder Zirkoniumoxid sein (vgl. hierzu EP 839 793 Al, WO 1998/018553 Al, WO 2000/058008 Al und WO 2005/061107 Al) . Dabei gelangen Katalysatorträger auf der Basis von Titanoxid oder Zirkoniumoxid derzeit jedoch kaum zum Einsatz, da diese Katalysatorträger gegenüber Essigsäure nicht langzeitstabil sind bzw. verhältnismäßig teuer sind.The shell catalysts known in the prior art for the preparation of alkenyl acetates may be, for example, catalyst supports based on silica, alumina, aluminosilicate, titanium oxide or zirconium oxide (cf., for this purpose, EP 839 793 A1, WO 1998/018553 A1, WO 2000/058008 A1 and WO 2005/061107 Al). However, catalyst supports based on titanium oxide or zirconium oxide are currently scarcely used since these catalyst supports are not long-term stable with respect to acetic acid or are relatively expensive.
Der überwiegende Anteil der gegenwärtig eingesetzten Katalysatoren zur Herstellung von Alkenylacetaten sind Schalenkatalysatoren mit einer Pd/Au-Schale auf einem porösen amorphen, als Kugel ausgebildeten Alumosilikatträger auf der Basis von natürlichen Schichtsilikaten, die mit Kaliumacetat als Copromotor durchimprägniert sind.The majority of currently used catalysts for the preparation of alkenyl acetates are coated catalysts with a Pd / Au shell on a porous amorphous formed as a ball aluminosilicate on the basis of natural phyllosilicates, which are impregnated with potassium acetate as a co-promoter.
Derartige Alkenylacetat-Schalenkatalysatoren werden üblicherweise auf so genanntem chemischen Wege hergestellt, bei welchem der Katalysatorträger mit Lösungen von entsprechenden Metall -Vorläuferverbindungen beispielsweise durch Eintauchen des Trägers in die Lösungen oder mittels des Incipient-Wetness -Verfahrens (Porenfüllverfahren) , bei welchem der Träger mit einem seinem Porenvolumen entsprechenden Lösungsvolumen beladen wird, imprägniert wird.Such alkenyl acetate shell catalysts are usually prepared in a so-called chemical way in which the catalyst support with solutions of corresponding metal precursor compounds, for example by immersing the carrier in the solutions or by Incipient Wetness method (pore filling method), in which the carrier is loaded with a solution volume corresponding to its pore volume, is impregnated.
Die Pd/Au-Schale des Katalysators wird beispielsweise erzeugt, indem zunächst der Katalysatorträger in einem ersten Schritt mit einer Palladiumchlorid-Lösung getränkt und anschließend in einem zweiten Schritt die Pd-Komponente mit NaOH-Lösung auf den Katalysatorträger in Form einer Pd-Hydroxidverbindung fixiert wird. In einem darauffolgenden separaten dritten Schritt wird der Katalysatorträger dann mit einer Goldchlorid- Lösung getränkt und danach die Au-Komponente ebenfalls mittels NaOH fixiert. Nach der Fixierung der Edelmetallkomponenten in der äußeren Schale des Katalysatorträgers wird der Träger dann weitestgehend frei von Chlorid- und Na- Ionen gewaschen, anschließend getrocknet, kalziniert und abschließend in der Fluessig- oder Gasphase reduziert. Die so erzeugte Pd/Au- Schale weist üblicherweise eine Dicke von etwa 100 μm bis 500 μm auf .The Pd / Au shell of the catalyst is produced, for example, by first impregnating the catalyst support in a first step with a palladium chloride solution and then fixing the Pd component with NaOH solution onto the catalyst support in the form of a Pd hydroxide compound in a second step becomes. In a subsequent separate third step, the catalyst support is then impregnated with a gold chloride solution and then the Au component also fixed by means of NaOH. After fixing the noble metal components in the outer shell of the catalyst support of the carrier is then largely free of chloride and Na ions washed, then dried, calcined and finally reduced in the liquid or gas phase. The Pd / Au shell thus produced usually has a thickness of about 100 μm to 500 μm.
Üblicherweise wird der mit den Edelmetallen beladene Katalysatorträger nach dem letzten Fixierungs- oder nach dem Reduzierungsschritt mit Kaliumacetat beladen, wobei die Beladung mit Kaliumacetat nicht nur in der äußeren, mit Edelmetallen beladenen Schale erfolgt, sondern der Katalysatorträger vielmehr mit dem Copromotor vollständig durchimprägniert wird. Als Katalysatorträger wird überwiegend ein kugelförmiger Träger mit der Bezeichnung „KA-160" der Firma SÜD-Cheπiie AG, München, Deutschland auf der Basis eines natürlichen Schichtsilikats eingesetzt, der eine BET- Oberflache von ungefähr 160 m2/g aufweist.Usually, the catalyst support loaded with the noble metals is loaded with potassium acetate after the last fixation step or after the reduction step, with the loading of potassium acetate not only taking place in the outer shell loaded with precious metals, but rather completely impregnated with the co-promoter. The catalyst carrier used is predominantly a spherical carrier with the name "KA-160" from SÜD-Chemie AG, Munich, Germany, based on a natural layered silicate which has a BET surface area of about 160 m 2 / g.
Die mittels der im Stand der Technik bekannten Alkenylacetat- Schalenkatalysatoren auf der Basis von Pd und Au sowie KA-160- Trägern erreichten Alkenylacetat-Selektivitäten betragen circa 90 Mol.-% bezogen auf das zugeführte Ethylen, wobei die verbleibenden 10 Mol.-% der Reaktionsprodukte im Wesentlichen CO2 sind, das durch Totaloxidation der organischen Edukte/Produkte gebildet wird.The alkenyl acetate selectivities achieved by means of the alkenyl acetate shell catalysts based on Pd and Au and KA-160 supports known in the prior art are approximately 90 mol .-% based on the supplied ethylene, wherein the remaining 10 mol .-% of the reaction products are substantially CO 2 , which is formed by total oxidation of the organic starting materials / products.
Es ist erwünscht, Alkenylacetat-Katalysatoren bereitzustellen, die eine verhältnismäßig hohe Alkenylacetat-Aktivität aufweisen. Dazu werden im Stand der Technik Versuche unternommen, den Anteil bekannter Schalenkatalysatoren an dem Aktivmetall Pd weiter zu erhöhen. Derzeit im Stand der Technik eingesetzte Alkenylacetat-Katalysatoren haben einen Pd-Anteil von 0,9 Gew.-% oder höher.It is desirable to provide alkenyl acetate catalysts which have relatively high alkenyl acetate activity. For this purpose, attempts are made in the prior art to further increase the proportion of known coated catalysts on the active metal Pd. Alkenyl acetate catalysts currently used in the art have a Pd content of 0.9 wt.% Or higher.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schalenkatalysator bereitzustellen, der eine verhältnismäßig hohe Alkenylacetat-Aktivität aufweist.The object of the present invention is to provide a shell catalyst which has a relatively high alkenyl acetate activity.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Schalenkatalysator, umfassend einen ZrO2 enthaltenden Katalysatorträger mit einer Schale, in welcher Pd und Au enthalten sind, wobei das Au/Pd- Atomverhältnis des Schalenkatalysators 0,2 bis 1,2 beträgt und wobei der Anteil des Schalenkatalysators an Pd kleiner/gleich 0,75 Gew.-% ist.This object is achieved by a shell catalyst comprising a ZrO 2 -containing catalyst support with a shell in which Pd and Au are contained, wherein the Au / Pd atomic ratio of the shell catalyst is 0.2 to 1.2 and wherein the proportion of the shell catalyst Pd is less than or equal to 0.75% by weight.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass der erfindungsgemäße Schalenkatalysator im Vergleich zu entsprechenden Schalenkatalysatoren des Standes der Technik trotz eines verhältnismäßig geringen Aktivmεtallgehaltes eine verhältnismäßig hohe Alkenylacetat-Aktivität aufweist.Surprisingly, it has been found that the coated catalyst according to the invention has a relatively high alkenyl acetate activity in comparison with corresponding coated catalysts of the prior art, despite a relatively low active metal content.
Darüber hinaus wurde festgestellt, dass der erfindungsgemäße Katalysator trotz seiner hohen Alkenylacetat-Aktivität durch eine verhältnismäßig hohe Alkenylacetat-Selektivität gekennzeichnet ist. Darüber hinaus ist der erfindungsgemäße Schalenkatalysator besonders kostengünstig, da er zur Bereitstellung der gleichen Alkenylacetat-Aktivität und zumindest der gleichen Alkenylacetat-Selektivität wie ein entsprechender Katalysator des Standes der Technik weniger Pd benötigt.In addition, it has been found that the catalyst according to the invention, despite its high alkenyl acetate activity, is characterized by a relatively high alkenyl acetate selectivity. In addition, the coated catalyst of the present invention is particularly cost effective because it requires less Pd to provide the same alkenyl acetate activity and at least the same alkenyl acetate selectivity as a corresponding prior art catalyst.
Schalenkatalysatoren sind im Stand der Technik bekannt. Bei Schalenkatalysatoren wird zwischen „egg- Shell"- und „egg- white "-Schalenkatalysatoren unterschieden. Als „egg-shell"- Katalysator bezeichnet man einen Schalenkatalysator, bei dem die katalytisch aktive Substanz in einer äußeren Schale des Katalysatorträgers vorliegt, wobei sich die Schale von der äußeren Oberfläche des Trägers nach innen erstreckt und der Kern des Katalysatorträgers frei von katalytisch aktiver Substanz ist. Bei einem „egg-white"-Schalenkatalysator hingegen ist eine innere Schale in einer Oberflächen-nahen Zone des Katalysatorträgers etwas unterhalb der äußeren Trägeroberfläche mit der katalytisch aktiven Substanz beladen, wobei die nicht mit katalytisch aktiver Substanz belegte äußere Schale Katalysatorgifte abfangen und so die darunter liegende, katalytisch aktive Substanz vor Vergiftung schützen soll. Auch bei Schalenkatalysatoren vom „egg-white" -Typ ist der Kern des Katalysatorträgers frei von katalytisch aktiver Substanz .Shell catalysts are known in the art. For shell catalysts, a distinction is made between "egg shell" and "egg white" shell catalysts. An egg-shell catalyst is a shell catalyst in which the catalytically active substance is present in an outer shell of the catalyst support, the shell extending inwards from the outer surface of the support and the core of the catalyst support being free of catalytically active substance In an "egg-white" shell catalyst, however, an inner shell in a near-surface zone of the catalyst support is slightly loaded below the outer support surface with the catalytically active substance, wherein the not occupied with catalytically active substance outer shell scavenge catalyst poisons and so to protect the underlying, catalytically active substance from poisoning. Even with shell catalysts of the "egg-white" type, the core of the catalyst support is free of catalytically active substance.
Der erfindungsgemäße Schalenkatalysator ist ein Schälβπkatalysatöir vom „βgg-shβll"- öder „βgg-wh-Ltβ"-Tvρ, vorzugsweise ein Schalenkatalysator vom „egg- Shell "-Typ.The coated catalyst according to the invention is a peelable catalyst of "βgg-shβll" or "βgg-wh-Ltβ" -Tvρ, preferably an egg-shell type shell-type catalyst.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators ist es vorgesehen, dass der Anteil des Schalenkatalysators an Pd 0,75 Gew.-% bis 0,15According to a preferred embodiment of the coated catalyst according to the invention, it is provided that the proportion of the coated catalyst in Pd 0.75 wt .-% to 0.15
Gew.-% beträgt, vorzugsweise 0,70 Gew.-% bis 0,40 Gew.-% und bevorzugt 0,65 Gew.-% bis 0,45 Gew.-%. In den vorstehend genannten Intervallen ist der erfindungsgemäße Schalenkatalysator durch eine besonders hohe Aktivität gekennzeichnet .Wt .-% is, preferably 0.70 wt .-% to 0.40 wt .-% and preferably 0.65 wt .-% to 0.45 wt .-%. In the abovementioned intervals, the coated catalyst according to the invention is characterized by a particularly high activity.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators ist es vorgesehen, dass der Anteil des Schalenkatalysators an Pd 0,75 Gew.-% bis 0,50 Gew.-% beträgt, vorzugsweise 0,75 Gew.-% bis 0,55 Gew.-% und bevorzugt 0,70 Gew.-% bis 0,60 Gew.-%.According to another preferred embodiment of the coated catalyst according to the invention, it is provided that the proportion of the coated catalyst in Pd is 0.75 wt .-% to 0.50 wt .-%, preferably 0.75 wt .-% to 0.55 wt. -%, and preferably 0.70 wt .-% to 0.60 wt .-%.
Der Anteil des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators an Pd ist kleiner/gleich 0,75 Gew.-%. Dabei bezieht sich der Ausdruck „Anteil des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators an Pd" auf das Gewicht von Pd bezogen auf das Gewicht des Schalenkatalysators, d.h. auf die Summe der Gewichte des Katalysatorträgers, der Edelmetalle Pd und Au sowie des Copromotors bzw. der Copromotorverbindung, beispielsweise Kaliumacetat . Vor der Bestimmung des Gewichts des Schalenkatalysators wird der Schalenkatalysator vorzugsweise für einen Zeitraum von 1 h bei einer Temperatur von 120 0C unter einer Stickstoffatmosphäre getrocknet, um etwaige Feuchtigkeit weitgehend zu entfernen, und dann analysiert .The proportion of the coated catalyst according to the invention to Pd is less than or equal to 0.75 wt .-%. In this case, the expression "proportion of the coated catalyst according to the invention on Pd" refers to the weight of Pd based on the weight of the coated catalyst, ie the sum of the weights of the catalyst support, the noble metals Pd and Au and the co-promoter or co-promoter compound, for example potassium acetate. Prior to determining the weight of the shell catalyst, the shell catalyst is preferably dried for a period of 1 hour at a temperature of 120 ° C. under a nitrogen atmosphere to substantially remove any moisture and then analyzed.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators ist es vorgesehen, dass das Au/Pd-Atomverhältnis des Schalenkatalysators 0,3 bis 1,0 beträgt, vorzugsweise 0,4 bis 0,7. In den vorstehend genannten Intervallen zeichnet sich der erfindungsgemäße Schalenkatalysator durch eine verhältnismäßig hoheAccording to a further preferred embodiment of the shell catalyst according to the invention, it is provided that the Au / Pd atomic ratio of the shell catalyst is 0.3 to 1.0, preferably 0.4 to 0.7. In the above-mentioned intervals, the coated catalyst of the invention is characterized by a relatively high
Alkenylacetat-Selektivität aus bei einem verhältnismäßig niedrigen Einsatz an Au. Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators ist es vorgesehen, dass zumindest ein Teil des in dem Katalysatorträger enthaltenen ZrO2 in der tetragonalen Modifikation vorliegt. ZrO2 in der tetragonalen Modifikation bewirkt, dass sich der erfindungsgemäße Schalenkatalysator über einen verhältnismäßig langen Zeitraum durch eine verhältnismäßig hohe Alkenylacetat- Aktivität auszeichnet.Alkenyl acetate selectivity from a relatively low use of Au. According to a further preferred embodiment of the shell catalyst according to the invention, it is provided that at least part of the ZrO 2 contained in the catalyst support is present in the tetragonal modification. ZrO 2 in the tetragonal modification causes the coated catalyst of the invention over a relatively long period of time by a relatively high alkenyl acetate activity is characterized.
ZrO2 kommt in drei Modifikationen vor. Bei Raumtemperatur liegt ZrO2 in monokliner Modifikation vor, bei einer Temperatur oberhalb von 1170 0C liegt ZrO2 in tetragonaler Modifikation vor und oberhalb von 2370 0C bis zum Schmelzpunkt bei 2690 0C liegt ZrO2 in kubischer Modifikation vor.ZrO 2 occurs in three modifications. At room temperature ZrO 2 is in monoclinic modification, at a temperature above 1170 0 C is ZrO 2 in tetragonal modification before and above 2370 0 C to the melting point at 2690 0 C ZrO 2 is in cubic modification.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators ist es vorgesehen, dass zumindest 50 Gew. - % des in dem Katalysatorträger enthaltenen ZrO2 in tetragonaler Modifikation vorliegen. Da der Anteil des in dem Katalysatorträger enthaltenen ZrO2 mit tetragonaler Modifikation mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) bestimmt wird, bezieht sich der besagte Anteil lediglich auf röntgenbeugungsaktives ZrO2, das in dem erfindungsgemäßen Katalysatorträger enthalten ist.According to a preferred embodiment of the shell catalyst according to the invention, it is provided that at least 50% by weight of the ZrO 2 contained in the catalyst support is present in tetragonal modification. Since the proportion of ZrO 2 contained in the catalyst support with tetragonal modification by X-ray diffractometry (XRD) is determined, the said proportion refers only to X-ray diffractive ZrO 2 , which is included in the catalyst support according to the invention.
Es wurde festgestellt, dass der erfindungsgemäßeIt was found that the inventive
Schalenkatalysator in der Alkenylacetat-Synthese umso weniger ZrO? freisetzt, d.h. ausgewaschen wird, je größer der Anteil des Trägers an ZrO2 ist, das in der tetragonalen Modifikation vorliegt. Entsprechend ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators vorgesehen, dass zumindest 50 Gew.-% des in dem Katalysatorträger enthaltenen ZrO2 in der tetragonalen Modifikation vorliegen, bevorzugt 50 Gew.-% bis 100 Gew.-%, mehr bevorzugt 70 Gew.-% bis 100 Gew.-%, noch mehr bevorzugt 85 Gew.-% bis 100 Gew.-%, weiter bevorzugt 90 Gew.-% bis 100 Gew.-%, weiter bevorzugt 92 Gew.-% bis 100 Gew.-% und noch weiter bevorzugt 93 Gew.-% bis 100 Gew.-%. Die vorstehenden Anteile beziehen sich auf das in dem Träger enthaltene röntgenbeugungsaktive ZrO2. Ein Anteil von 100 Gew.-% tetragonalem ZrO2, der erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist, bedeuten dabei, dass in einem entsprechenden XRD- Diffraktogramm nur Signale von tetragonalem ZrO2 identifizierbar sind und keine Signale von ZrO2 monokliner oder kubischer Modifikation.Coated catalyst in the alkenyl acetate synthesis the less ZrO? liberated, ie, washed out, the greater the proportion of the carrier to ZrO 2 which is present in the tetragonal modification. Accordingly, it is provided according to a preferred embodiment of the coated catalyst according to the invention that at least 50 wt .-% of ZrO 2 contained in the catalyst support are present in the tetragonal modification, preferably 50 wt .-% to 100 wt .-%, more preferably from 70% to 100%, even more preferably from 85% to 100%, more preferably from 90% to 100%, more preferably 92% by weight to 100% by weight, and more preferably 93% by weight to 100% by weight. The above proportions refer to the X-ray diffractive ZrO 2 contained in the carrier. A proportion of 100% by weight tetragonal ZrO 2 , which is particularly preferred according to the invention, means that in a corresponding XRD diffractogram only signals of tetragonal ZrO 2 are identifiable and no signals of ZrO 2 monoclinic or cubic modification.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass in einem XRD-Diffraktogramm des Trägers das Verhältnis der Intensität des Signals bei 2theta von 28,2 ° zur Intensität des Signals bei 2 theta von 30,2 ° kleiner/gleich 1 ist, vorzugsweise kleiner als 0,5, bevorzugt kleiner als 0,3, noch mehr bevorzugt kleiner als 0,05 und noch weiter bevorzugt gleich 0 ist. Dabei ist es ferner bevorzugt, dass das XRD- Diffraktogramm des Trägers frei von Signalen von kubischem ZrO2 ist. Bei 2theta von 28,2 ° liegt der Intensitätsstärkste Peak (hkl 111) von monoklinem ZrO2, bei 2theta von 30,2 °liegt der Intensitätsstärkste Peak (hkl 101) von tetragonalem ZrO2. Bei dem XRD-Diffraktogramm handelt es sich dabei um ein sogenanntes XRD-Differenzdiffraktogramm. Das XRD- Differenzdiffraktogramm wird erzeugt, indem ein XRD- Diffraktogramm von einem ZrO2 -haltigen und einem Referenzkatalysatorträger unter gleichen Bedingungen aufgenommen wird und das XRD-Diffraktogramm des Referenzkatalysatorträgers von dem des ZrO2-haltigen Katalysatorträgers subtrahiert wird. Der Referenzkatalysatorträger wird analog dem ZrO2-haltigen Katalysatorträger hergestellt, mit der Ausnahme, dass der Referenzkatalysatorträger nicht mit Zr versetzt wird. Die XRD- Diffraktogramme werden vorzugsweise auf einem Pulver- Röntgenbeugungsdiffraktometer von BRUKER axs, Model D4 Endeavor, in Bragg Brentano Geometrie gemessen. Die Geräteparameter sind dabei vorzugsweise: Cu-Kaipha 1,5406 Ä, Stromspannung 40 kV, Stromstärke 40 mA und die Scan Parameter: continous scan, 2theta von 5° bis 90°, Schrittweite = 0,03° 2theta, Zeit pro Schritt = 0,5 s, Divergence slit = variabel 12 mm, Antiscattering slit = variabel 12 mm, Probenrotation: 30 rpm.According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that in an XRD diffractogram of the carrier the ratio of the intensity of the signal at 2theta of 28.2 ° to the intensity of the signal at 2 theta of 30.2 ° is less than or equal to 1 , preferably less than 0.5, preferably less than 0.3, even more preferably less than 0.05 and even more preferably 0. It is further preferred that the XRD diffractogram of the support is free of signals of cubic ZrO 2 . At 2theta of 28.2 °, the highest intensity peak (hkl 111) of monoclinic ZrO 2 , at 2 theta of 30.2 ° lies the highest intensity peak (hkl 101) of tetragonal ZrO 2 . The XRD diffractogram is a so-called XRD differential diffractogram. The XRD differential diffractogram is generated by taking an XRD diffractogram from a ZrO 2 -containing and a reference catalyst support under the same conditions and subtracting the XRD diffractogram of the reference catalyst support from that of the ZrO 2 -containing catalyst support. The reference catalyst support is prepared analogously to the ZrO 2 -containing catalyst support, with the exception that the Reference catalyst carrier is not added to Zr. The XRD diffractograms are preferably measured on a BRUKER axs powder X-ray diffractometer, Model D4 Endeavor, in Bragg Brentano geometry. The device parameters are preferably: Cu-K a iph a 1.5406 A, current 40 kV, current 40 mA and the scan parameters: continous scan, 2theta from 5 ° to 90 °, increment = 0.03 ° 2theta, time per Step = 0.5 s, divergence slit = variable 12 mm, antiscattering slit = variable 12 mm, sample rotation: 30 rpm.
Tetragonales Zirkondioxid weist eine verhältnismäßig hohe spezifische Oberfläche auf. Die bei Raumtemperatur stabile Phase ist jedoch das monokline Zirkondioxid, welches eine verhältnismäßig niedrige spezifische Oberfläche aufweist. Durch einfaches Inkorporieren von undotiertem Zirkonhydroxid in eine ein Schichtsilikat umfassende Trägermatrix und nachträgliches Kalzinieren ist es gelungen, die oberflächenreiche tetragonale ZrO2-Phase in hoher Ausbeute zu erzeugen und zu stabilisieren. Damit ist mit verhältnismäßig wenig Einsatz von teurem Zirkon eine relativ hohe spezifische Zirkondioxidoberfläche in dem Katalysatorträger bereitgestellt. Ein aus dem Stand der Technik bekannter Katalysatorträger, der hergestellt ist, indem ein Katalysatorträger mit einer Zirkoniumsalzlösung imprägniert und danach kalziniert wird, ist bezüglich des Zirkons röntgenamorph . Dies bedeutet in der Regel, dass das Zirkon in Form von nanokristallinen Partikeln und/oder in amorpher Form vorliegt.Tetragonal zirconia has a relatively high specific surface area. However, the stable at room temperature phase is the monoclinic zirconia, which has a relatively low specific surface area. By simply incorporating undoped zirconium hydroxide into a support matrix comprising a layered silicate and subsequent calcination, it has been possible to produce and stabilize the surface-rich tetragonal ZrO 2 phase in high yield. Thus, with relatively little use of expensive zircon, a relatively high specific zirconia surface is provided in the catalyst support. A prior art catalyst support prepared by impregnating a catalyst support with a zirconium salt solution and then calcining it is X-ray amorphous with respect to the zirconium. This usually means that the zirconium is present in the form of nanocrystalline particles and / or in amorphous form.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators ist es vorgesehen, dass das ZrO2 in partikulärer Form vorliegt. Liegt in dem Katalysatorträger ZrO2 in der tetragonalenAccording to a further preferred embodiment of the coated catalyst according to the invention, it is provided that the ZrO 2 is present in particulate form. Lies in the catalyst carrier ZrO 2 in the tetragonal
Modifikation vor, so ist das ZrO2 in dem Träger in partikulärer Form enthalten. Ansonsten kann das ZrO2 in dem Träger grundsätzlich auch in Form einzelner ZrO2-Einheiten enthalten sein, die beispielsweise in die Struktur des Trägers eingebaut sind. Bevorzugt ist es aber, dass das ZrO2 in demModification before, the ZrO 2 is contained in the carrier in particulate form. Otherwise, the ZrO 2 in the carrier may in principle also be contained in the form of individual ZrO 2 units, which are incorporated, for example, in the structure of the carrier. However, it is preferred that the ZrO 2 in the
Katalysatorträger in partikulärer Form vorliegt . Dadurch wird eine feste Inkorporation des ZrO2 in dem Träger und damit eine weitgehend geringe ZrO2-Freisetzung des Katalysatorträgers in Essigsäure gewährleistet.Catalyst support is present in particulate form. As a result, a solid incorporation of ZrO 2 in the carrier and thus a largely low ZrO 2 release of the catalyst support is ensured in acetic acid.
Ist das ZrO2 in dem Katalysatorträger des erfindungsgemäßen Katalysators in partikulärer Form enthalten, so ist es gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators vorgesehen, dass das ZrO2 einen mittleren Partikeldurchmesser d50 von maximal 50 μm aufweist, bevorzugt einen mittleren Partikeldurchmesser d50 von maximal 30 μm und weiter bevorzugt einen mittleren Partikeldurchmesser d50 von maximal 20 μm. Die Bestimmung des mittleren Partikeldurchmessers d50 wird mittels Elektronenmikroskopie (EDX) bestimmt. Dazu werden die maximalen Abmessungen der 50 größten identifizierbaren ZrO2-Partikel in einem 1 mm x 1 mm großen, beliebig ausgewählten Bereich eines EDX Spektrums des Katalysatorträgers ausgemessen und daraus der d50-Wert ermittelt. Die EDX-Messung erfolgt vorzugsweise an einem Rasterelektronenmikroskop LEO 430VP, ausgerüstet mit einem energiedispersiven Spektrometer der Fa. Bruker AXS. Zur Messung wird der Katalysatorträger durchschnitten, auf einen Aluminiumprobenhalter geklebt und anschließend mit Kohlenstoff bedampft. Als Detektor kommt vorzugsweise ein stickstofffreier Siliziumdriftkammerdetektor (XFlash® 410) mit einerIf the ZrO 2 in the catalyst support of the catalyst according to the invention in particulate form, it is provided according to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention that the ZrO 2 has a mean particle diameter d 50 of at most 50 microns, preferably a mean particle diameter d 50 of a maximum of 30 microns and more preferably a mean particle diameter d 50 of 20 microns maximum. The determination of the mean particle diameter d 50 is determined by means of electron microscopy (EDX). For this purpose, the maximum dimensions of the 50 largest identifiable ZrO 2 particles are measured in a 1 mm × 1 mm arbitrarily selected region of an EDX spectrum of the catalyst support and from this the d 50 value is determined. The EDX measurement is preferably carried out on a scanning electron microscope LEO 430VP, equipped with an energy-dispersive spectrometer from Bruker AXS. For the measurement, the catalyst support is cut through, glued onto an aluminum sample holder and then vapor-deposited with carbon. The detector preferably is a nitrogen-free silicon drift chamber detector (XFlash ® 410) with a
Energieauflösung von 125 eV für die Mangan KaiPha-Linie zum Einsatz. Der so ermittelte d50-Wert ist in der Regel deutlich größer als der tatsächliche d50-Wert der in dem Katalysatorträger inkorporierten ZrO2-Partikel . Der tatsächliche d5o-Werttatsächiich# den man messen würde, wenn man die ZrO2-Partikel aus dem Träger herauslösen könnte und vermessen würde, entspricht dem 0,8- bis 2-fachen des in dem Verfahren zur Herstellung des Katalysatorträgers eingesetzten Zirkoniumhydroxids. Daraus und anhand der Intensität der XRD- Reflexe für das tetragonale ZrO2 kann geschlossen werden, wie groß der Anteil an ZrO2-Partikeln im Katalysatorträger ist, die von der Abmessung her (ungefähr größer als 50 Angstrom) röntgenbeugungsaktiv sind.Energy resolution of 125 eV for the manganese K a i Pha line is used. The thus determined d 50 value is usually much larger than the actual d 50 value in the Catalyst supports incorporated ZrO 2 particles. The actual d 5 o value did s ä # chiich one would measure, if the ZrO 2 particles may detach from the support and would be measured, corresponding to 0.8 to 2 times the in the process for preparing the Catalyst carrier used zirconium hydroxide. From this, and based on the intensity of the XRD reflections for the tetragonal ZrO 2, it can be concluded how large the proportion of ZrO 2 particles in the catalyst support which are X-ray diffractive in terms of size (approximately greater than 50 Angstrom).
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators ist es vorgesehen, dass das ZrO2 in dem Katalysatorträger gleichmäßig oder statistisch gleichmäßig verteilt enthalten ist.According to a further preferred embodiment of the coated catalyst according to the invention, it is provided that the ZrO 2 is uniformly or statistically evenly distributed in the catalyst support.
Es konnte festgestellt werden, dass die ZrO2-Freisetzung des Katalysatorträgers in Essigsäure umso geringer ist, je gleichmäßiger das ZrO2 in der Matrix des Trägers verteilt ist. Unter Matrix wird dabei die feste Materie des Trägers verstanden, welche die Poren umgibt. Für den Fall, dass der in dem erfindungsgemäßen Schalenkatalysator enthaltene Katalysatorträger nicht aus ZrO2 besteht, ist es entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators daher vorgesehen, dass das ZrO2 in der Matrix des Trägers gleichmäßig verteilt enthalten ist, vorzugsweise homogen verteilt.It has been found that the more uniformly the ZrO 2 is distributed in the matrix of the carrier, the lower the ZrO 2 release of the catalyst carrier in acetic acid. By matrix is meant the solid matter of the carrier surrounding the pores. In the event that the catalyst support contained in the coated catalyst according to the invention does not consist of ZrO 2 , it is therefore provided according to a further preferred embodiment of the coated catalyst according to the invention that the ZrO 2 is uniformly distributed in the matrix of the carrier, preferably homogeneously distributed.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators ist es vorgesehen, dass das ZrO2 in dem Katalysatorträger mit einem Anteil von 1 Gew. -% bis 30 Gew.-% enthalten ist bezogen auf das Gewicht des Katalysatorträgers . Ist ZrO2 mit einem Anteil von weniger als 1 Gew.-% in dem Katalysatorträger enthalten, so ist die Alkenylacetat- Aktivität des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators nur geringfügig gesteigert, während oberhalb eines Anteils von 25 Gew.-% die Steigerung der Aktivität des Katalysators mit einer merklichen Abnahme der Alkenylacetat-Selektivität einhergehen kann. Entsprechend ist es gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators vorgesehen, dass das ZrO2 in dem Katalysatorträger mit einem Anteil von 1 Gew.-% bis 25 Gew.-% enthalten ist bezogen aus das Gewicht des Katalysatorträgers, bevorzugt mit einem Anteil von 5 Gew.-% bis 20 Gew.-% und weiter bevorzugt mit einem Anteil von 8 Gew.-% bis 15 Gew.-%.According to a further preferred embodiment of the coated catalyst according to the invention, it is provided that the ZrO 2 is present in the catalyst support in a proportion of 1% by weight to 30% by weight, based on the weight of the catalyst support. If ZrO 2 is present in the catalyst support in an amount of less than 1% by weight, the alkenyl acetate activity of the coated catalyst according to the invention is only slightly increased, while above a fraction of 25% by weight the increase in the activity of the catalyst with a marked decrease in alkenyl acetate selectivity. Accordingly, it is provided according to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention that the ZrO 2 in the catalyst support in a proportion of 1 wt .-% to 25 wt .-% is contained based on the weight of the catalyst support, preferably with a share of 5 Wt .-% to 20 wt .-% and more preferably in a proportion of 8 wt .-% to 15 wt .-%.
Der in dem erfindungsgemäßen Schalenkatalysator enthaltene Katalysatorträger kann aus ZrO2 bestehen oder neben ZrO2 noch weitere Bestandteile enthalten wie beispielsweise ein oder mehrere Metalloxide ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiO2, MgO, Al2O3, Alumosilikat , TiO2, fumed Silica und Nb2O5.The catalyst support contained in the coated catalyst according to the invention may consist of ZrO 2 or ZrO 2 other ingredients such as one or more metal oxides selected from the group consisting of SiO 2 , MgO, Al 2 O 3 , aluminosilicate, TiO 2 , fumed silica and Nb 2 O 5 .
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators ist es vorgesehen, dass der Katalysatorträger ein natürliches Schichtsilikat umfasst.According to a further preferred embodiment of the coated catalyst according to the invention, it is provided that the catalyst support comprises a natural layered silicate.
Unter dem Begriff „natürliches Schichtsilikat", wofür in der Literatur auch der Begriff „Phyllosilikat" verwendet wird, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung aus natürlichen Quellen stammendes, unbehandeltes oder behandeltes Silikat- Mineral verstanden, in welchem Si04-Tetraeder, welche die strukturelle Grundeinheit aller Silikate bilden, in Schichten der allgemeinen Formel [Si2O5]2" miteinander vernetzt sind. Diese Tetraederschichten wechsellagern mit so genannten Oktaederschichten, in denen ein Kation, vor allem Al und Mg, oktaedrisch von OH bzw. 0 umgeben ist. Dabei werden beispielsweise Zweischicht-Phyllosilikate und Dreischicht- Phyllosilikate unterschieden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugte Schichtsilikate sind Tonminerale, insbesondere Kaolinit, Beidellit, Hectorit, Saponit, Nontronit, Glimmer, Vermiculit und Smektite, wobei Smektite und dabei insbesondere Montmorillonit besonders bevorzugt sind. Definitionen des Begriffes „Schichtsilikate" finden sich beispielsweise in „Lehrbuch der anorganischen Chemie", Hollemann Wiberg, de Gruyter, 102. Auflage, 2007 (ISBN 978-3- 11-017770-1) oder in „Römpp Lexikon Chemie", 10. Auflage, Georg Thieme Verlag unter dem Begriff „Phyllosilikat" .The term "natural layered silicate", for which the term "phyllosilicate" is also used in the literature, is understood in the context of the present invention to originate from natural sources, untreated or treated silicate mineral in which Si0 4 tetrahedra, which structural Form the basic unit of all silicates which are crosslinked in layers of the general formula [Si 2 O 5 ] 2 " These tetrahedral layers alternate with so-called octahedral layers in which a cation, especially Al and Mg, is octahedrally surrounded by OH or O. It will be For example, a distinction is made between two-layer phyllosilicates and three-layer phyllosilicates. Phyllosilicates preferred in the context of the present invention are clay minerals, in particular kaolinite, beidellite, hectorite, saponite, nontronite, mica, vermiculite and smectites, with smectites and in particular montmorillonite being particularly preferred. Definitions of the term "layered silicates" can be found, for example, in "Lehrbuch der anorganischen Chemie", Hollemann Wiberg, de Gruyter, 102nd Edition, 2007 (ISBN 978-3-11-017770-1) or in "Rompp Lexikon Chemie", 10. Edition, Georg Thieme Verlag under the term "phyllosilicate".
Typische Behandlungen, denen ein natürliches Schichtsilikat vor dem Einsatz als Trägermaterial unterzogen wird, beinhalten insbesondere ein Behandeln mit Säuren, insbesondere Mineralsäuren wie beispielsweise Salzsäure, und/oder ein Kalzinieren.Typical treatments to which a natural layered silicate is subjected prior to use as a carrier material include, in particular, treatment with acids, in particular mineral acids such as, for example, hydrochloric acid, and / or calcining.
Ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugtes natürliches Schichtsilikat ist Montmorillonit, das vorzugsweise in Form eines Bentonits eingesetzt wird.A particularly preferred natural layered silicate in the context of the present invention is montmorillonite, which is preferably used in the form of a bentonite.
Bentonite sind Gemische von verschiedenen Tonmineralien, die als überwiegenden Bestandteil Montmorillonit (etwa 50 Gew. -% bis 90 Gew.-%) enthalten. Weitere Begleitmineralien können u.a. Quarz, Glimmer und Feldspat sein.Bentonites are mixtures of various clay minerals containing predominantly montmorillonite (about 50% by weight to 90% by weight). Other accompanying minerals can i.a. Quartz, mica and feldspar.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schaienkatalysators ist es vorgesehen, dass das natürliche Schichtsilikat ein säureaktiviertes Schichtsilikat ist.According to a further preferred embodiment of the Schaienkatalysators invention, it is provided that the natural phyllosilicate is an acid-activated phyllosilicate.
Säureaktivierte Schichtsilikate sind im Stand der Technik bekannt (vgl. Römpp Lexikon Chemie, 10. Auflage, Georg Thieme Verlag, Begriff „Bentonite") . Um die Adsorptionskraft des Katalysatorträgers zu erhöhen, liegt das natürlicheAcid-activated phyllosilicates are known in the art (see Rompp Lexikon Chemie, 10th edition, Georg Thieme Verlag, term "bentonite") Increase catalyst carrier is the natural
Schichtsilikat in dem Träger vorzugsweise in Form eines säureaktivierten Schichtsilikates vor. Dabei ist es weiter bevorzugt, dass das säureaktivierte Schichtsilikat säureaktivierter Montmorillonit ist, der erfindungsgemäß weiter bevorzugt in Form eines säureaktivierten Bentonits in dem Träger enthalten ist.Layered silicate in the carrier, preferably in the form of an acid-activated layered silicate. It is further preferred that the acid-activated phyllosilicate is acid-activated montmorillonite which, according to the invention, is more preferably contained in the carrier in the form of an acid-activated bentonite.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, dass der Anteil des Katalysatorträgers an natürlichem Schichtsilikat größer/gleich 50 Gew.-% ist, vorzugsweise 55 Gew.-% bis 95 Gew.-% beträgt, bevorzugt 60 Gew.-% bis 90 Gew.-%, weiter bevorzugt 65 Gew.-% bis 85 Gew.-% und noch weiter bevorzugt 70 Gew.-% bis 80 Gew.- % bezogen auf das Gewicht des Katalysatorträgers .According to the invention, the proportion of the catalyst support of natural layered silicate is greater than or equal to 50% by weight, preferably 55% by weight to 95% by weight, preferably 60% by weight to 90% by weight, more preferably from 65% to 85% and more preferably from 70% to 80% by weight, based on the weight of the catalyst support.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators ist es vorgesehen, dass das in dem Katalysatorträger enthaltene natürliche Schichtsilikat einen SiO2-Gehalt von zumindest 65 Gew. -% aufweist, vorzugsweise einen von zumindest 80 Gew.-% und besonders bevorzugt einen von 90 Gew.-% bis 95 Gew.-%. Dadurch wird eine hohe chemische Beständigkeit des Katalysatorträgers in der Alkenylacetat-Synthese gewährleistet.According to a further preferred embodiment of the coated catalyst according to the invention, it is provided that the natural phyllosilicate present in the catalyst support has an SiO 2 content of at least 65% by weight, preferably one of at least 80% by weight and more preferably one of 90% by weight % to 95% by weight. This ensures a high chemical resistance of the catalyst support in the alkenyl acetate synthesis.
Bei der Gasphasensynthese eines Alkenylacetats aus Essigsäure und Ethen wirkt sich ein verhältnismäßig niedriger Al2O3 -Gehalt in dem natürlichen Schichtsilikat kaum nachteilig aus, während bei hohen Ai2O3 -Gehalten mit einer merklichen Abnahme der Druckhärte des Katalysatorträgers gerechnet werden muss . Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators enthält das natürliche Schichtsilikat daher weniger als 5 Gew.-% Al2O3, vorzugsweise 0,1 Gew.-% bis 3,5 Gew.-% und bevorzugt 0,3 Gew.-% bis 3,0 Gew. -% bezogen auf das Gewicht des im Träger enthaltenen natürlichen Schichtsilikats. Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass der Katalysatorträger eine Acidität von 1 μval/g bis 150 μval/g aufweist .In the gas-phase synthesis of an alkenyl acetate from acetic acid and ethene, a relatively low Al 2 O 3 content in the natural layered silicate hardly adversely affects, while at high Ai 2 O 3 contents must be expected with a significant decrease in the pressure of the catalyst support. According to a preferred embodiment of the catalyst according to the invention, the natural sheet silicate therefore contains less than 5% by weight Al 2 O 3 , preferably from 0.1% by weight to 3.5% by weight and preferably from 0.3% by weight to 3.0% by weight, based on the weight of the natural layered silicate present in the carrier. According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that the catalyst support has an acidity of from 1 .mu.l / g to 150 .mu.l / g.
Der Grad der Acidität des Katalysatorträgers kann die Aktivität des erfindungsgemäßen Katalysators bezüglich der Gasphasensynthese eines Alkenylacetats aus Essigsäure und Ethen vorteilhaft beeinflussen. Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es daher vorgesehen, dass der Katalysatorträger eine Acidität von 1 μval/g bis 150 μval/g aufweist, vorzugsweise eine Acidität von 5 μval/g bis 130 μval/g, bevorzugt eine Acidität von 10 μval/g bis 100 μval/g und besonders bevorzugt eine Acidität von 20 μval/g bis 60 μval/g. Die Acidität des Trägers kann beispielsweise durch Imprägnierung des Katalysators oder Trägers mit Säure erhöht werden.The degree of acidity of the catalyst support may favorably influence the activity of the catalyst of the present invention in the gas-phase synthesis of an alkenyl acetate of acetic acid and ethene. According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is therefore provided that the catalyst support has an acidity of 1 .mu.l / g to 150 .mu.l / g, preferably an acidity of 5 .mu.l / g to 130 .mu.l / g, preferably an acidity of 10 .mu.val / g to 100 μval / g, and more preferably an acidity of 20 μval / g to 60 μval / g. The acidity of the carrier can be increased, for example, by impregnation of the catalyst or carrier with acid.
Die Acidität eines Katalysatorträgers wird wie folgt bestimmt: I g des fein gemahlenen Katalysatorträgers wird mit 100 ml Wasser (mit einem pH-Blindwert) versetzt und unter Rühren 15 Minuten extrahiert. Anschließend wird mit 0,01 n NaOH-Lösung zumindest bis pH 7,0 titriert, wobei die Titration stufenweise erfolgt; und zwar wird zunächst 1 ml der NaOH-Lösung zu dem Extrakt getropft (1 Tropfen/Sekunde) , dann 2 Minuten gewartet, der pH-Wert abgelesen, erneut 1 ml NaOH zugetropft, usw. Der Blindwert des eingesetzten Wassers wird bestimmt und die Aciditäts-Berechnung entsprechend korrigiert. Die Titrationskurve (ml 0,01 NaOH gegen pH-Wert) wird dann aufgetragen und der Schnittpunkt der Titrationskurve bei pH 7 bestimmt. Berechnet werden die Moläquivalente in 10"6 äquiv/g Träger, die sich aus dem NaOH-Verbrauch für den Schnittpunkt bei pH 7 ergeben: 10 * ml 0,01 n NaOH , .The acidity of a catalyst support is determined as follows: I g of the finely ground catalyst support is mixed with 100 ml of water (with a pH blank) and extracted with stirring for 15 minutes. It is then titrated with 0.01 N NaOH solution at least until pH 7.0, wherein the titration is carried out stepwise; Namely, 1 ml of the NaOH solution is added dropwise to the extract (1 drop / second), then waited 2 minutes, read the pH, 1 ml of NaOH is added dropwise, etc. The blank value of the water used is determined and the acidity Calculation corrected accordingly. The titration curve (ml 0.01 NaOH versus pH) is then plotted and the point of intersection of the titration curve at pH 7 is determined. The molar equivalents are calculated equiv in 10 "6 / g of support, resulting from the consumption of NaOH for the intersection at pH 7: 10 ml of 0.01 N NaOH,.
Gesamtsaure : = μval/gTotal acid: = μval / g
1 Träger1 carrier
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass der Katalysatorträger einen mittleren Porendurchmesser von 8 nm bis 30 nm aufweist.According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that the catalyst support has an average pore diameter of 8 nm to 30 nm.
Um die Porendiffusionslimitierung des erfindungsgemäßen Katalysators weitgehend gering zu halten, ist es gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators vorgesehen, dass der Katalysatorträger einen mittleren Porendurchmesser von 8 nm bis 30 nm aufweist, vorzugsweise einen von 10 nm bis 20 nm und besonders bevorzugt einen von 10 nm bis 15 nm. Der mittlere Porendurchmesser wird nach DIN 66134 (Bestimmung der Porengrößenverteilung und der spezifischen Oberfläche mesoporöser Feststoffe durch StickstoffSorption (Verfahren nach Barrett, Joyner und Halenda (BJH)) bestimmt.In order to keep the pore diffusion limitation of the catalyst according to the invention substantially low, it is provided according to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention that the catalyst support has an average pore diameter of 8 nm to 30 nm, preferably one of 10 nm to 20 nm and more preferably one of 10 nm to 15 nm. The mean pore diameter is determined according to DIN 66134 (determination of the pore size distribution and the specific surface area of mesoporous solids by nitrogen sorption (method according to Barrett, Joyner and Halenda (BJH)).
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass der Katalysatorträger eine spezifische Oberfläche von kleiner/gleich 180 m2/g aufweist.According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that the catalyst support has a specific surface area of less than or equal to 180 m 2 / g.
Es wurde festgestellt, dass die Alkenylacetat-Selektivität des erfindungsgemäßen Katalysators umso höher ist bei nahezu gleichbleibender Aktivität des Katalysators, je kleiner die spezifische Oberfläche des Katalysatorträgers ist. Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es daher vorgesehen, dass der Katalysatorträger eine spezifische Oberfläche von kleiner/gleich 180 m2/g aufweist, vorzugsweise eine von kleiner/gleich 160 m2/g, bevorzugt eine von kleiner/gleich 140 m2/g, weiter bevorzugt eine von kleiner/gleich 137 m2/g, mehr bevorzugt eine von kleiner/gleich 135 m2/g, noch mehr bevorzugt eine von kleiner/gleich 133 m2/g und besonders bevorzugt eine von kleiner/gleich 130 m2/g. Die spezifische Oberfläche des Trägers wird nach DIN 66131 (Bestimmung der spezifischenIt has been found that the alkenyl acetate selectivity of the catalyst according to the invention is the higher with virtually constant activity of the catalyst, the smaller the specific surface area of the catalyst support. According to a particularly preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is therefore provided that the catalyst support has a specific surface area of less than or equal to 180 m 2 / g, preferably one of less than or equal to 160 m 2 / g, preferably less than or equal to 140 m 2 / g, more preferably less than or equal to 137 m 2 / g, more preferably less than / equal to 135 m 2 / g, even more preferred a of less than or equal to 133 m 2 / g and particularly preferably a of less than / equal to 130 m 2 / g. The specific surface of the support is according to DIN 66131 (determination of the specific
Oberfläche von Feststoffen durch Gasadsorption nach Brunauer, Emmett und Teller (BET) ) und DIN 66132 mittels Stickstoff bestimmt.Surface of solids by gas adsorption according to Brunauer, Emmett and Teller (BET)) and DIN 66132 determined by nitrogen.
Erfindungsgemäß ist es ferner bevorzugt, dass derAccording to the invention it is further preferred that the
Katalysatorträger eine spezifische Oberfläche von 60 m2/g bis 180 m2/g aufweist, vorzugsweise eine von 65 m2/g bis 160 m2/g, bevorzugt eine von 70 m2/g bis 140 m2/g, weiter bevorzugt eine von 70 m2/g bis 120 m2/g, mehr bevorzugt eine von 70 m2/g bis 110 m2/g und am meisten bevorzugt eine von 80 m2/g bis 100 m2/g.Catalyst support has a specific surface area of from 60 m 2 / g to 180 m 2 / g, preferably from 65 m 2 / g to 160 m 2 / g, preferably from 70 m 2 / g to 140 m 2 / g, more preferably from 70 m 2 / g to 120 m 2 / g, more preferably from 70 m 2 / g to 110 m 2 / g and most preferably from 80 m 2 / g to 100 m 2 / g.
Die Größe der spezifischen Oberfläche, des mittleren Porendurchmessers, des integralen Porenvolumens etc. des Katalysatorträgers hängt für den Fall, dass derThe size of the specific surface area, the average pore diameter, the integral pore volume, etc. of the catalyst carrier depends on the case where the
Katalysatorträger ein natürliches Schichtsilikat umfasst, insbesondere von der Qualität des eingesetzten natürlichen Schichtsilikats, dem Säurebehandlungsverfahren, d.h. beispielsweise der Natur und der zum Schichtsilikat relativen Menge und der Konzentration der eingesetzten Mineralsäure, der Säurebehandlungsdauer sowie der -temperatur, vom Verpressungsdruck sowie von der Kalzinierdauer und -temperatur sowie der Kalzinieratmosphäre ab.Catalyst support comprises a natural layered silicate, in particular the quality of the natural layered silicate used, the acid treatment process, i. for example, the nature and the relative to the layered silicate amount and the concentration of the mineral acid used, the acid treatment time and the temperature, the compression pressure and the calcination time and temperature and the calcination from.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass der Katalysatorträger eine Härte von größer/gleich 55 N aufweist, bevorzugt eine Härte von 55 N bis 65 N und besonders bevorzugt eine Härte von 57 N bis 63 N. Die Ermittlung der HärteAccording to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that the catalyst support has a hardness of greater than or equal to 55 N, preferably a hardness of 55 N to 65 N and particularly preferably a hardness of 57 N to 63 N. The determination of hardness
(Druckhärte) erfolgt an kugelförmigen Proben (Durchmesser: 5 mm) mittels des Tablettenhärtetesters 8M der Firma Dr. Schleuniger Pharmatron AG (Schweiz) . Vor der Messung werden die Proben über einen Zeitraum von 2 h bei einer Temperatur von 130 0C getrocknet. Die Härte wird als Durchschnitt von 100 Messungen berechnet. Für die Messungen werden die nachstehend genannten, wählbaren Parameter des Tablettenhärtetesters 8M wie folgt eingestellt:(Pressure hardness) is carried out on spherical samples (diameter: 5 mm) by means of the tablet hardness tester 8M from Dr. Ing. Schleuniger Pharmatron AG (Switzerland). Before the measurement, the samples are dried over a period of 2 h at a temperature of 130 0 C. Hardness is calculated as the average of 100 measurements. For the measurements, the following selectable parameters of the 8M Tablet Hardness Tester are set as follows:
Härte (Dimension) : NHardness (dimension): N
Distanz zur Probe: 5,00 mmDistance to the sample: 5.00 mm
Zeitverzögerung: 0,80 sTime delay: 0.80 s
Vorschub-Typ: 6 DFeed type: 6 D
Geschwindigkeit: 0,60 mm/sSpeed: 0.60 mm / s
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass der Katalysatorträger ein integrales Porenvolumen von 0,25 ml/g bis 0,7 ml/g aufweist.According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that the catalyst support has an integral pore volume of from 0.25 ml / g to 0.7 ml / g.
Es konnte festgestellt werden, dass die Alkenylacetat- Selektivität des erfindungsgemäßen Katalysators vom integralen Porenvolumen des Katalysatorträgers abhängig ist. Daher ist es bevorzugt, dass der Katalysatorträger ein integrales Porenvolumen von 0,25 ml/g bis 0,7 ml/g aufweist, vorzugsweise eines von 0,3 ml/g bis 0,55 ml/g und bevorzugt eines von 0,35 ml/g bis 0.-5 ml/g. Das integrale Porenvclumεn wird gemäß DIN 66134 (Bestimmung der Porengrößenverteilung und der spezifischen Oberfläche mesoporöser Feststoffe durch Stickstoffsorption (Verfahren nach Barrett, Joyner und Halenda (BJH)) bestimmt. Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass zumindest 80 % des integralen Porenvolumens des Katalysatorträgers von Mesoporen und Makroporen gebildet sind, vorzugsweise zumindest 90 % und bevorzugt zumindest 95 %. Dadurch wird einer durch Diffusionslimitierung bewirkten verminderten Aktivität des erfindungsgemäßen Katalysators, insbesondere eines Schalenkatalysators mit verhältnismäßig großer Schalendicke, entgegengewirkt. Dabei werden unter den Begriffen „Mikroporen" , „Mesoporen" und „Makroporen" Poren verstanden , die einen Durchmesser von kleiner als 2 nm, einen Durchmesser von 2 nm bis 50 nm bzw. einen Durchmesser von größer als 50 nm aufweisen. Der Volumenanteil der Mesoporen und Makroporen am integralen Porenvolumen wird anhand der Porenvolumenverteilung des erfindungsgemäßen Katalysatorträgers ermittelt, die nach DIN 66134 (Bestimmung der Porengrößenverteilung und der spezifischen Oberfläche mesoporöser Feststoffe durch StickstoffSorption (Verfahren nach Barrett, Joyner und Halenda (BJH) ) bestimmt wird.It was found that the alkenyl acetate selectivity of the catalyst according to the invention is dependent on the integral pore volume of the catalyst support. Therefore, it is preferred that the catalyst support has an integral pore volume of 0.25 ml / g to 0.7 ml / g, preferably one of 0.3 ml / g to 0.55 ml / g, and preferably one of 0.35 ml / g to 0-5 ml / g. The integral pore cleavage is determined according to DIN 66134 (determination of the pore size distribution and the specific surface area of mesoporous solids by nitrogen sorption (method according to Barrett, Joyner and Halenda (BJH)). According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that at least 80% of the integral pore volume of the catalyst support is formed by mesopores and macropores, preferably at least 90% and preferably at least 95%. This counteracts a reduced activity of the catalyst according to the invention caused by diffusion limitation, in particular a shell catalyst with a relatively large shell thickness. Here, the terms "micropores", "mesopores" and "macropores" are understood to mean pores having a diameter of less than 2 nm, a diameter of 2 nm to 50 nm and a diameter of greater than 50 nm Mesopores and macropores at the integral pore volume are determined on the basis of the pore volume distribution of the catalyst support according to the invention, which is determined according to DIN 66134 (determination of the pore size distribution and the specific surface of mesoporous solids by nitrogen sorption (method according to Barrett, Joyner and Halenda (BJH)).
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass der Anteil der Poren des Trägers mit einem Durchmesser von 6 nm bis 50 nm am integralen Porenvolumen mehr als 66 % beträgt, vorzugsweise von 66 % bis 80 % und besonders bevorzugt von 68 % bis 75 %. Die Prozentangaben werden aus derAccording to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that the proportion of the pores of the carrier with a diameter of 6 nm to 50 nm at the integral pore volume is more than 66%, preferably from 66% to 80% and particularly preferably from 68%. up to 75%. The percentages are from the
Porengrößenverteilung, die nach DIN 66134 (Bestimmung der Porengrößenverteilung und der spezifischen Oberfläche mesoporöser Feststoffe durch StickstoffSorption (Verfahren nach Barrett, Joyner und Halenda (BJH)) zu bestimmen ist, ermittelt.Pore size distribution to be determined according to DIN 66134 (determination of the pore size distribution and the specific surface area of mesoporous solids by nitrogen sorption (method according to Barrett, Joyner and Halenda (BJH)).
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass der Katalysatorträger eine Schüttdichte von mehr als 0,3 g/ml aufweist, vorzugsweise eine von mehr als 0,35 g/ml und besonders bevorzugt eine Schüttdichte von 0,35 g/ml bis 0,6 g/ml.According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that the Catalyst support has a bulk density of more than 0.3 g / ml, preferably a greater than 0.35 g / ml and more preferably a bulk density of 0.35 g / ml to 0.6 g / ml.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass der Katalysatorträger als Formkörper ausgebildet ist.According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that the catalyst support is formed as a shaped body.
Im Prinzip kann der Katalysatorträger jede Form haben, die dem Fachmann für den erfindungsgemäßen Zweck als geeignet bekannt ist. Beispielsweise kann der Katalysatorträger als Kugel, Zylinder, Lochzylinder, Trilobus, Ring, Stern, Torus oder Strang, vorzugsweise als Rippstrang oder Sternstrang, ausgebildet sein.In principle, the catalyst support may have any form which is known to those skilled in the art for the purpose of the invention. For example, the catalyst support may be formed as a sphere, cylinder, perforated cylinder, trilobium, ring, star, torus or strand, preferably as a rib strand or star strand.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass der Katalysatorträger eine maximale Abmessung von 1 mm bis 25 mm aufweist, vorzugsweise eine maximale Abmessung von 3 mm bis 15 mm.According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that the catalyst support has a maximum dimension of 1 mm to 25 mm, preferably a maximum dimension of 3 mm to 15 mm.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass der Katalysatorträger als Kugel ausgebildet ist.According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that the catalyst support is formed as a sphere.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass die Kugel einen Durchmesser von 2 mm bis 10 mm aufweist, vorzugsweise einen Durchmesser von 4 mm bis 8 mm.According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that the ball has a diameter of 2 mm to 10 mm, preferably a diameter of 4 mm to 8 mm.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass der Katalysatorträger mit zumindest einem Oxid eines Metalls ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Hf, Ti, Si, La, Nb, Ta, W, Mg, Re, Y und Fe dotiert ist, vorzugsweise mit HfO2. Durch die Dotierung kann die Aktivität des erfindungsgemäßen Katalysators gesteigert werden.According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that the catalyst support with at least one oxide of a metal selected from the group consisting of Hf, Ti, Si, La, Nb, Ta, W, Mg, Re, Y and Fe, preferably with HfO 2 . By doping, the activity of the catalyst according to the invention can be increased.
Besonders bevorzugt ist es, dass der Katalysatorträger mit HfO2 dotiert ist und/oder dass das ZrO2 mit Y2O3, La2O3 und/oder SiO2 dotiert ist. Die Dotierung des ZrO2 bewirkt eine verhältnismäßig hohe Essigsäure-Beständigkeit des ZrO2. Die HfO2-Dotierung bewirkt eine Erhöhung der Aktivität des erfindungsgemäßen Katalysators.It is particularly preferred that the catalyst support is doped with HfO 2 and / or that the ZrO 2 is doped with Y 2 O 3 , La 2 O 3 and / or SiO 2 . The doping of ZrO 2 causes a relatively high acetic acid resistance of ZrO 2 . The HfO 2 doping causes an increase in the activity of the catalyst according to the invention.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist es vorgesehen, dass das in dem Katalysatorträger enthaltene ZrO2 frei von einem Dotierungsoxid ist, welches die tetragonale Phase des ZrO2 stabilisiert, vorzugsweise frei von La2O3, SiO2 und Y2O3.According to an alternative embodiment, it is provided that the ZrO 2 contained in the catalyst support is free of a doping oxide which stabilizes the tetragonal phase of the ZrO 2 , preferably free of La 2 O 3 , SiO 2 and Y 2 O 3 .
Auch ohne entsprechende Dotierung kann das tetragonale ZrO2 in dem Träger stabil sein.Even without appropriate doping, the tetragonal ZrO 2 can be stable in the carrier.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators ist es vorgesehen, dass der Anteil des Katalysatorträgers an Dotierungsoxid zwischen 0,1 Gew.-% und 20 Gew.-% beträgt, vorzugsweise 1 Gew.-% bis 10 Gew.-% und bevorzugt 3 Gew.-% bis 8 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des Katalysatorträgers. Die Dotierung kann dabei beispielsweise durch Oberflächen-Dotierung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, erfolgen oder das Metalloxid/die Metalloxide kann/können in die Matrix des Katalysatorträgers eingearbeitet sein.According to a further preferred embodiment of the catalyst according to the invention, it is provided that the proportion of the catalyst support to doping oxide is between 0.1 wt .-% and 20 wt .-%, preferably 1 wt .-% to 10 wt .-% and preferably 3 Wt .-% to 8 wt .-% based on the weight of the catalyst support. The doping can be effected, for example, by surface doping, as known from the prior art, or the metal oxide / metal oxides can / can be incorporated into the matrix of the catalyst support.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass die Wassersaugfähigkeit des Katalysatorträgers 40 % bis 75 % beträgt, bevorzugt 50 % bis 70 % berechnet als Gewichtszunahme durch Wasseraufnähme . Die Saugfähigkeit wird bestimmt, indem 10 g der Trägerprobe mit entionisiertem Wasser 30 min lang getränkt werden, bis von der Trägerprobe keine Gasblasen mehr entweichen. Dann wird das überschüssige Wasser dekantiert und die getränkte Probe mit einem Baumwolltuch abgetupft zur Befreiung der Probe von anhaftender Feuchtigkeit. Anschließend wird der wasserbeladene Träger ausgewogen und die Saugfähigkeit berechnet gemäß:According to a further preferred embodiment, it may be provided that the water absorbency of the catalyst support is 40% to 75%, preferably 50% to 70% calculated as weight increase by Wasseraufnähme. The Absorbency is determined by soaking 10 g of the carrier sample with deionized water for 30 minutes until gas bubbles no longer escape from the carrier sample. Then, the excess water is decanted and the soaked sample is blotted with a cotton cloth to free the sample from adherent moisture. Then the water-loaded carrier is weighed and the absorbency calculated according to:
(Auswaage (g) - Einwaage (g) ) x 10 = Wassersaugfähigkeit (%)(Weight (g) - weight (g)) x 10 = water absorbency (%)
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators ist es vorgesehen, dass die Dicke der Schale 30 μm bis 500 μm beträgt, vorzugsweise 50 μm bis 200 μm und besonders bevorzugt 75 μm bis 150 μm. Es konnte festgestellt werden, dass die Alkenylacetat- Selektivität des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators in den vorgenannten Intervallen vergleichsweise hoch ist bei gleichzeitig verhältnismäßig hoher Aktivität des Katalysators. Die Dicke der Schale kann beispielsweise mittels eines Lichtmikroskops oder mittels EDX ausgemessen werden.According to a further preferred embodiment of the shell catalyst according to the invention, it is provided that the thickness of the shell is 30 μm to 500 μm, preferably 50 μm to 200 μm and particularly preferably 75 μm to 150 μm. It was found that the alkenyl acetate selectivity of the coated catalyst according to the invention in the aforementioned intervals is comparatively high while at the same time having relatively high activity of the catalyst. The thickness of the shell can be measured, for example, by means of a light microscope or by means of EDX.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren, insbesondere ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schalenkatalysators, umfassendThe present invention further relates to a process, in particular a process for the preparation of the coated catalyst according to the invention, comprising
- Erzeugen eines Fließbettes von Katalysatorträgern mittels eines Gases, wobei sich die Katalysatorträger in dem Fließbett auf einer elliptischen oder toroidalen Bahn bewegen;- generating a fluidized bed of catalyst supports by means of a gas, wherein the catalyst supports move in the fluidized bed on an elliptical or toroidal path;
- Besprühen der sich in dem Fließbett auf einer elliptischen bzw. toroidalen Bahn bewegenden Katalysatorträger mit einer ersten Lösung, in welcher ein Pd-Vorläufer gelöst enthalten ist; - Besprühen der sich in dem Fließbett auf einer elliptischen bzw. toroidalen Bahn bewegenden Katalysatorträger mit einer zweiten Lösung, in welcher ein Au-Vorläufer gelöst enthalten ist.Spraying the catalyst support moving in the fluidized bed on an elliptical or toroidal orbit with a first solution in which a Pd precursor is dissolved; Spraying the catalyst support moving in the fluidized bed on an elliptical or toroidal orbit with a second solution in which an Au precursor is dissolved.
Es wurde festgestellt, dass entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schalenkatalysatoren eine verhältnismäßig dünne Schale mit verhältnismäßig gleichmäßiger Dicke sowie verhältnismäßig gleichmäßiger Edelmetallverteilung aufweisen können, was zu einer relativ hohen Alkenylacetat- Selektivität des Katalysators führt.It has been found that coated catalysts prepared according to the process of this invention can have a relatively thin shell of relatively uniform thickness and relatively uniform noble metal distribution, resulting in a relatively high alkenyl acetate selectivity of the catalyst.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durchgeführt, indem ein Fließbett erzeugt wird, in welchem sich die Katalysatorträger auf einer elliptischen oder toroidalen Bahn bewegen, oder anders ausgedrückt, in welchem die Katalysatorträger elliptisch oder toroidal umlaufen. Um eine Vorstellung davon zu geben, wie sich die Katalysatorträger in dem Fließbett bewegen sei ausgeführt, dass sich bei „elliptischem Umlaufen" die Katalysatorträger in dem Fließbett in vertikaler Ebene auf einer elliptischen Bahn mit ein wenig variierender Größe der Haupt- und Nebenachse bewegen. Bei „toroidalem Umlaufen" bewegen sich die Katalysatorträger in dem Fließbett in vertikaler Ebene auf einer elliptischen Bahn mit ein wenig variierender Größe der Haupt- und Nebenachse und in horizontaler Ebene auf einer Kreisbahn mit ein wenig wechselnder Größe des Radius. Im Mittel bewegen sich die Katalysatorträger bei "elliptischem Umlaufen" in vertikaler Ebene auf einer elliptischen Bahn, bei "toroidalem Umlaufen" auf einer toroidalen Bahn, d.h., dass ein Katalysatorträger die Oberfläche eines Torus mit vertikal elliptischem Schnitt helikal abfährt. Im Stand der Technik wird der Übergang der Partikel einer Schüttung in einen Zustand, in welchen die Partikel vollständig frei beweglich werden (Fließbett) , als Lockerungspunkt (Wirbelpunkt) bezeichnet und die entsprechende Fluidgeschwindigkeit als Lockerungsgeschwindigkeit . Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, dass in dem erfindungs- gemäßen Verfahren die Fluidgeschwindigkeit (des Gases) bis zum 4 -fachen der Lockerungsgeschwindigkeit beträgt, bevorzugt bis zum 3 -fachen der Lockerungsgeschwindigkeit und mehr bevorzugt bis zum 2-fachen der Lockerungsgeschwindigkeit.The process according to the invention is carried out by producing a fluidized bed in which the catalyst supports move in an elliptical or toroidal path, or in other words in which the catalyst supports rotate elliptically or toroidally. To give an idea of how the catalyst supports move in the fluidized bed, in "elliptical orbit" the catalyst supports in the fluidized bed move in a vertical plane on an elliptical orbit of slightly varying major and minor axis size "Toroidal orbital" the catalyst supports in the fluidized bed move in a vertical plane on an elliptical orbit of slightly varying size of the major and minor axes and in a horizontal plane on a circular orbit of slightly varying size of the radius. On average, the catalyst supports move "elliptically" in a vertical plane on an elliptical path, "toroidal" on a toroidal path, that is, a catalyst support helically traverses the surface of a vertical elliptical sectioned torus. In the prior art, the transition of the particles of a bed to a state in which the particles are completely free to move (fluidized bed), referred to as a relaxation point (fluidized point) and the corresponding fluid velocity as loosening speed. According to the invention it is preferred that in the process according to the invention the fluid velocity (of the gas) is up to 4 times the relaxation rate, preferably up to 3 times the relaxation rate and more preferably up to 2 times the relaxation rate.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass dieAccording to an alternative embodiment of the method according to the invention, it may be provided that the
Fluidgeschwindigkeit bis zum 1,4-fachen des Zehnerlogarithmus der Lockerungsgeschwindigkeit beträgt, bevorzugt bis zum 1,3- fachen des Zehnerlogarithmus der Lockerungsgeschwindigkeit und mehr bevorzugt bis zum 1,2-fachen des Zehnerlogarithmus der Lockerungsgeschwindigkeit .Fluid velocity up to 1.4 times the log of the rate of deceleration, preferably up to 1.3 times the log of the rate of deceleration, and more preferably up to 1.2 times the log of the rate of deceleration.
Das Zusammenwirken des Besprühens mit der fließbettartigen elliptischen oder toroidalen Umwälzbewegung derThe interaction of spraying with the fluid bed elliptical or toroidal circulation of the
Katalysatorträger bewirkt im Gegensatz zu einem Arbeiten in einer herkömmlichen Wirbelschicht, dass die einzelnen Katalysatorträger in annähernd gleicher Häufigkeit die Sprühdüse passieren. Darüber hinaus sorgt der Umwälzvorgang auch dafür, dass die einzelnen Katalysatorträger eine Rotation um ihre eigene Achse durchführen, weshalb dieCatalyst support causes, in contrast to working in a conventional fluidized bed, that the individual catalyst carriers pass through the spray nozzle in approximately the same frequency. In addition, the circulation process also ensures that the individual catalyst carriers perform a rotation about their own axis, which is why the
Va h => T vσa *- /->v<- rä πor Vio oz-inHoT-c! πl o i r>Vimä(lή α TΠ i t- T.nonnπ H rmmrStern H prh werden .Va h => T vσa * - / -> v <- rä πor Vio oz-inHoT-c! πl o i r> Vimä (lή α TΠ i t- T.nonnπ H rmmrStern H prh.
Die sich in dem Fließbett auf einer elliptischen bzw. toroidalen Bahn bewegenden Katalysatorträger können in dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst mit der ersten, den Pd- Vorläufer enthaltenden Lösung, und danach mit der zweiten, den Au-Vorläufer enthaltenden Lösung, besprüht werden. Alternativ dazu können die Katalysatorträger zunächst mit der zweiten und dann mit der ersten Lösung besprüht werden. Alternativ dazu kann es ferner vorgesehen sein, dass die Katalysatorträger gleichzeitig mit der ersten und mit der zweiten Lösung besprüht werden, beispielsweise mittels zweier Einstoffdüsen oder mittels einer Zweistoffdüse. Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist es, dass die Katalysatorträger zunächst mit der ersten und danach mit der zweiten Lösung besprüht werden.The catalyst supports moving in the fluidized bed on an elliptical or toroidal orbit can, in the process according to the invention, be treated first with the first solution containing the Pd precursor and then with the second, the Au precursor-containing solution, to be sprayed. Alternatively, the catalyst supports may be sprayed first with the second and then with the first solution. Alternatively, it can also be provided that the catalyst supports are sprayed simultaneously with the first and with the second solution, for example by means of two single-fluid nozzles or by means of a two-fluid nozzle. According to the invention it is particularly preferred that the catalyst supports are sprayed first with the first and then with the second solution.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren laufen dieIn the method according to the invention run the
Katalysatorträger in dem Fließbett elliptisch oder toroidal um. Besonders bevorzugt ist es jedoch, dass sich die Katalysatorträger in dem Fließbett auf einer toroidalen Bahn bewegen .Catalyst support in the fluidized bed elliptical or toroidal order. However, it is particularly preferred that the catalyst supports in the fluidized bed move on a toroidal path.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren desweiterenIn a further preferred embodiment, the method according to the invention further comprises
- Trocknen der mit der ersten und/oder zweiten Lösung besprühten Katalysatorträger.- Drying of sprayed with the first and / or second solution catalyst support.
Die Trocknung der mit der/den Lösung/en besprühten Katalysatorträger erfolgt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise kontinuierlich mittels des Gases zur Erzeugung des Fließbettes, weshalb auf verfahrenstechnisch einfache Weise verhältnismäßig kleine Schalendicken erhalten werden können. Es kann aber auch vorgesehen sein., dass nach Sprühimprägnierung unter kontinuierlicher Trocknung oder ohne Trocknung ein gesonderter Trocknungsschritt durchgeführt wird. Im ersten Fall beispielsweise kann durch die Temperatur desThe drying of the catalyst carrier sprayed with the solution (s) preferably takes place continuously in the process according to the invention by means of the gas for the production of the fluidized bed, which is why relatively small shell thicknesses can be obtained in a technically simple manner. However, it can also be provided that, after spray impregnation with continuous drying or without drying, a separate drying step is carried out. For example, in the first case, the temperature of the
Gases bzw. der Katalysatorträger die Trocknungsgeschwindigkeit und damit beispielsweise die Dicke der Schale eingestellt werden, im zweiten Fall kann durch jede dem Fachmann als geeignet bekannte Trocknungsmethode getrocknet werden.Gas or the catalyst support set the drying rate and thus, for example, the thickness of the shell In the second case, it can be dried by any drying method known to those skilled in the art.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, dass das Trocknen bei einer Temperatur von 20 0C bis 200 0C erfolgt, bevorzugt zwischen 40 0C und 150 0C und besonders bevorzugt zwischen 70 0C und 120 0C, wobei sowohl bei Normaldruck als auch im Vakuum getrocknet werden kann. Es kann sowohl an der Luft als auch unter Inertgas getrocknet werden.According to the invention it is preferred that the drying takes place at a temperature of 20 0 C to 200 0 C, preferably between 40 0 C and 150 0 C and particularly preferably between 70 0 C and 120 0 C, both at atmospheric pressure and in vacuo can be dried. It can be dried both in air and under inert gas.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren desweiterenAccording to a further preferred embodiment, the method according to the invention further comprises
- Kalzinieren der mit der ersten und/oder zweiten Lösung besprühten Katalysatorträger bei einer Temperatur, bei welcher die Metallkomponente des/der auf die Katalysatorträger aufgesprühten Metall- Vorläufers/Vorläufer in eine oxidische Form überführt wird/werden .Calcination of the catalyst supports sprayed with the first and / or second solution at a temperature at which the metal component of the metal precursor / precursor sprayed onto the catalyst supports is converted into an oxidic form.
Durch das Kalzinieren wird zum Einen eine Fixierung der Pd-, der Au- bzw. der Pd- und der Au-Komponente an dem Katalysatorträger erzielt, zum Anderen lassen sich diese Metalle verhältnismäßig leicht aus der oxidischen Form in den metallischen Zustand überführen.By calcining a fixation of the Pd, the Au or the Pd and the Au component is achieved on the catalyst support on the one hand, on the other hand, these metals can be converted relatively easily from the oxidic form in the metallic state.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Kalzinierung beispielsweise in einem Temperaturbereich von 200 0C bis 1000 0C durchgeführt werden, bevorzugt in einem Temperaturbereich von 300 0C bis 800 0C, weiter bevorzugt in einem Temperaturbereich von 350 0C bis 750 0C und besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich von 400 0C bis 500 0C. Die Dauer der Kalzinierung liegt in der Regel in einem Bereich von 1 min bis 48 h, bevorzugt in einem Bereich von 30 min bis 12 h und mehr bevorzugt in einem Bereich von 1 h bis 7 h, wobei eine Kalzinierdauer von 2 h bis 5 h besonders bevorzugt ist.In the context of the present invention, the calcination can be carried out, for example, in a temperature range from 200 ° C. to 1000 ° C., preferably in a temperature range from 300 ° C. to 800 ° C., more preferably in a temperature range from 350 ° C. to 750 ° C. particularly preferably in a temperature range from 400 ° C. to 500 ° C. The calcination time is usually in the range of 1 minute to 48 hours, preferably in the range of 30 minutes to 12 hours, and more preferably in the range of 1 hour to 7 hours, with a calcination time of 2 hours to 5 hours is particularly preferred.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Kalzinieren der mit Metall-Vorläufer besprühten Katalysatorträger bevorzugt unter einem Schutzgas erfolgen, wenn sich dabei die Metall-Vorläufer z.B. durch Autoreduktion zu Metall der Oxidationsstufe 0 zersetzen. Dadurch kann ein gesonderter Reduktionsschritt vermieden werden.According to the present invention, the calcination of the metal precursors sprayed catalyst supports may preferably be carried out under a protective gas, while the metal precursors e.g. decompose to 0 oxidation state metal by autoreduction. As a result, a separate reduction step can be avoided.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es dabei besonders bevorzugt, dass das Schutzgas ein Gas ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Edelgasen, CO2, Stickstoff undAccording to the present invention, it is particularly preferred that the protective gas is a gas selected from the group consisting of the noble gases, CO 2 , nitrogen and
Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten ist. Unter Schutzgas werden Gase oder Gasgemische verstanden, die als inerte schützende Atmosphäre verwendet werden können, beispielsweise zur Vermeidung unerwünschter chemischer Reaktionen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können als Schutzgas insbesondere die Edelgase Helium, Neon, Argon, Krypton oder Xenon eingesetzt werden oder Gemische von zwei oder mehr der vorgenannten, wobei Argon als Schutzgas besonders bevorzugt ist. Neben den Edelgasen oder zusätzlich zu diesen kann beispielsweise auch Stickstoff als Schutzgas eingesetzt werden. Eine gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugte Schutzgas-Atmosphäre umfasst das Edelgas Argon sowie Stickstoff.Mixtures of two or more of the aforementioned. Under protective gas gases or gas mixtures are understood that can be used as an inert protective atmosphere, for example, to avoid unwanted chemical reactions. In the context of the present invention, the noble gases helium, neon, argon, krypton or xenon can be used as the protective gas, or mixtures of two or more of the abovementioned, with argon being particularly preferred as protective gas. In addition to the noble gases or in addition to these, for example, nitrogen can also be used as protective gas. An inert gas atmosphere which is particularly preferred according to the method of the present invention comprises the noble gas argon and nitrogen.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren desweiteren - Überführen der Pd-Komponente des Pd-Vorläufers und derAccording to a further preferred embodiment, the method according to the invention further comprises - Transfer the Pd component of the Pd precursor and the
Au-Komponente des Au-Vorläufers in die Oxidationsstufe 0Au component of the Au precursor in the oxidation state 0
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es dabei bevorzugt, dass das Überführen der Metall-Komponente der Metall-Vorläufer in die Oxidationsstufe 0 mittels eines Reduktionsmittels erfolgt.According to the present invention, it is preferred that the conversion of the metal component of the metal precursor into the oxidation state 0 by means of a reducing agent.
Gasförmige oder verdampfbare Reduktionsmittel wie beispielsweise H2, CO, NH3, Formaldehyd, Methanol und Kohlenwasserstoffe werden bevorzugt eingesetzt, wobei die gasförmigen Reduktionsmittel auch mit Inertgas, wie beispielsweise Kohlendioxid, Stickstoff oder Argon, verdünnt sein können. Vorzugsweise wird ein Inertgas-verdünntes Reduktionsmittel eingesetzt. Bevorzugt sind Mischungen von Wasserstoff mit Stickstoff oder Argon, vorzugsweise mit einem Wasserstoffgehalt zwischen 1 Vol.-% und 50 Vol.-%.Gaseous or vaporizable reducing agents such as H 2 , CO, NH 3 , formaldehyde, methanol and hydrocarbons are preferably used, wherein the gaseous reducing agents may also be diluted with inert gas such as carbon dioxide, nitrogen or argon. Preferably, an inert gas-diluted reducing agent is used. Preference is given to mixtures of hydrogen with nitrogen or argon, preferably with a hydrogen content of between 1% by volume and 50% by volume.
Die Menge an Reduktionsmittel wird vorzugsweise so gewählt, dass während der Behandlungsdauer zumindest das zur vollständigen Überführung der Metalle nötige Äquivalent über den Katalysator geleitet wird. Bevorzugt wird jedoch einThe amount of reducing agent is preferably selected so that during the treatment period at least the necessary for the complete transfer of the metals equivalent is passed over the catalyst. However, preference is given to
Überschuss an Reduktionsmittel über den Katalysator geleitet, um eine schnelle und vollständige Überführung zu gewährleisten .Excess reducing agent passed over the catalyst to ensure rapid and complete transfer.
Vorzugsweise wird das Metall drucklos, d.h. bei einem Absolutdruck von ca. 1 bar, in die Oxidationsstufe 0 überführt. Für die Herstellung technischer Mengen an Katalysator wird bevorzugt ein Drehrohrofen oder Wirbelschichtreaktor verwendet, um ein gleichmäßiges reduzieren zu gewährleisten. Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt das Überführen der Metalle in die Oxidationsstufe 0 bevorzugt bei einer Temperatur von 100 0C bis 450 0C.Preferably, the metal is depressurized, ie at an absolute pressure of about 1 bar, transferred to the oxidation state 0. For the production of technical quantities of catalyst, a rotary kiln or fluidized bed reactor is preferably used in order to ensure a uniform reduction. According to the present invention, the conversion of the metals into the oxidation state 0 preferably takes place at a temperature of 100 ° C. to 450 ° C.
Das Überführen der Metalle in die Oxidationsstufe 0 kann im Prinzip bei jeder Temperatur erfolgen, die dem Fachmann als für den erfindungsgemäßen Zweck geeignet bekannt ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann das Überführen der Metalle in die Oxidationsstufe 0 in einem Temperaturbereich von 100 0C bis 500 0C durchgeführt werden, bevorzugt in einem Temperaturbereich von 150 0C bis 450 0C und mehr bevorzugt in einem Temperaturbereich von 200 0C bis 400 0C.The conversion of the metals into the oxidation state 0 can, in principle, be carried out at any temperature which is known to the person skilled in the art as suitable for the purpose according to the invention. In the context of the present invention, the conversion of the metals into the oxidation state 0 can be carried out in a temperature range from 100 ° C. to 500 ° C., preferably in a temperature range from 150 ° C. to 450 ° C., and more preferably in a temperature range from 200 ° C. up to 400 ° C.
Das Überführen von Pd und Au in die Oxidationsstufe 0 kann auch in situ, d.h. im Prozessreaktor, oder auch ex situ, d.h. in einem speziellen Reduktionsreaktor, durchgeführt werden. Das Überführen ex situ kann beispielsweise mit 5 Vol.-% Wasserstoff in Stickstoff, beispielsweise mittels Formiergas, bei Temperaturen im Bereich von vorzugsweise 150 0C bis 400 0C über einen Zeitraum von 5 h durchgeführt werden.The conversion of Pd and Au into the oxidation state 0 can also be carried out in situ, ie in the process reactor, or also ex situ, ie in a special reduction reactor. The ex situ conversion can be carried out, for example, with 5% by volume of hydrogen in nitrogen, for example by means of forming gas, at temperatures in the range from preferably 150 ° C. to 400 ° C. over a period of 5 hours.
Das Überführen von Pd und Au in die Oxidationsstufe 0 kann vorzugsweise auch auf nasschemischem Weg erfolgen, beispielsweise mittels einer wässrigen Lösung von Alkalimetallhypophosphit .The conversion of Pd and Au into the oxidation state 0 can preferably also be carried out by wet-chemical means, for example by means of an aqueous solution of alkali metal hypophosphite.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die erste Lösung und die zweite Lösung ein und dieselbe Lösung sind.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the first solution and the second solution are one and the same solution.
Werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren dieAre in the inventive method the
Katalysatorträger mit einer Lösung besprüht, in welcher sowohl der Pd-Vorläufer als auch der Au-Vorläufer gelöst enthalten ist, so können die Vorläufer auf verfahrenstechnisch besonders einfache Weise auf die Träger aufgetragen werden.Catalyst support sprayed with a solution in which both the Pd precursor and the Au precursor contained dissolved is, then the precursors can be applied to procedural particularly simple way on the carrier.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass der Pd- Vorläufer Pd(NH3J4(OH)2 ist.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the Pd precursor is Pd (NH 3 J 4 (OH) 2 .
Der Pd-Vorläufer kann im Prinzip jeder Pd haltige Stoff sein, der dem Fachmann für den erfindungsgemäßen Zweck als geeignet bekannt ist. Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, dass der Pd- Vorläufer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Pd(NHs)4(OH)2, Pd(NH3J4(OAc)2, H2PdCl4, Pd (NH3) 4 (HCO3) 2/ Pd(NH3J4(HPO4), Pd(NHa)4Cl2, Pd (NH3) 4-Oxalat , Pd-Oxalat, Pd(NO3)2, Pd (NH3) 4 (NO3) 2, K2Pd(OAc)2(OH)2, Na2Pd(OAc)2(OH)2, Pd (NH3) 2 (NO2) 2, K2Pd(NO2J4, Na2Pd(NO2J4, Pd(OAc)2, K2PdCl4, (NH4J2PdCl4, PdCl2 und Na2PdCl4, wobei Pd(NH3) 4 (OH) 2 besonders bevorzugt ist. Anstelle von NH3 können auch die entsprechenden Komplexsalze mit Ethylendiamin oder Ethanolamin als Ligand verwendet werden. Neben Pd(OAc)2 können auch andere Carboxylate des Palladiums eingesetzt werden, vorzugsweise die Salze der aliphatischen Monocarbonsäuren mit 3 bis 5 Kohlenstoffatomen, beispielsweise das Propionat- oder das Butyratsalz.The Pd precursor may, in principle, be any Pd-containing substance known to the person skilled in the art for the purpose according to the invention. According to the invention, preference is given to the Pd precursor being selected from the group consisting of Pd (NH 4 ) 4 (OH) 2 , Pd (NH 3 J 4 (OAc) 2 , H 2 PdCl 4 , Pd (NH 3 ) 4 ( HCO 3 ) 2 / Pd (NH 3 J 4 (HPO 4 ), Pd (NHa) 4 Cl 2 , Pd (NH 3 ) 4 -oxalate, Pd-oxalate, Pd (NO 3 ) 2 , Pd (NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 , K 2 Pd (OAc) 2 (OH) 2 , Na 2 Pd (OAc) 2 (OH) 2 , Pd (NH 3 ) 2 (NO 2 ) 2 , K 2 Pd (NO 2 J 4 , Na 2 Pd (NO 2 J 4 , Pd (OAc) 2 , K 2 PdCl 4 , (NH 4 J 2 PdCl 4 , PdCl 2 and Na 2 PdCl 4 , with Pd (NH 3 ) 4 (OH) 2 being particularly preferred The corresponding complex salts with ethylenediamine or ethanolamine as ligand can also be used instead of NH 3. Besides Pd (OAc) 2 , other carboxylates of palladium can also be used, preferably the salts of aliphatic monocarboxylic acids having 3 to 5 carbon atoms, for example the propionate - or the butyrate salt.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch Pd-Nitrit-Vorläufer bevorzugt sein. Bevorzugte Pd-Nitrit-Vorläufer sind beispielsweise solche, die mittels Lösen von Pd(OAc)2 in einer Na-NO2-Lösung erhalten werden.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, Pd nitrite precursors may also be preferred. Preferred Pd nitrite precursors are, for example, those obtained by dissolving Pd (OAc) 2 in a NaNO 2 solution.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass der Au- Vorläufer KAuO2 ist. Der Au-Vorläufer kann im Prinzip jeder Au haltige Stoff sein, der dem Fachmann für den erfindungsgemäßen Zweck als geeignet bekannt ist. Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, dass der Au- Vorläufer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus KAuO2, HAuCl4, KAu(NO2) 4, AuCl3, KAuCl4, NaAuCl4, KAuCl4, KAu(OAc)3(OH), HAu(NO3J4, NaAuO2, NMe4AuO2, RbAuO2, CsAuO2, NaAu(OAc)3(OH),According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the Au precursor is KAuO 2 . The Au precursor may in principle be any Au-containing substance which is known to the person skilled in the art for the purpose according to the invention as being suitable. According to the invention it is preferred that the Au precursor is selected from the group consisting of KAuO 2 , HAuCl 4 , KAu (NO 2 ) 4 , AuCl 3 , KAuCl 4 , NaAuCl 4 , KAuCl 4 , KAu (OAc) 3 (OH) , HAu (NO 3 J 4 , NaAuO 2 , NMe 4 AuO 2 , RbAuO 2 , CsAuO 2 , NaAu (OAc) 3 (OH),
RbAu(OAc)3OH, CsAu(OAc)3OH, NMe4Au(OAc)3OH und Au(OAc)3, wobei KAuO2 besonders bevorzugt ist. Dabei ist es gegebenenfalls empfehlenswert Au(OAc)3 oder KAuO2 mittels Fällung des Oxids/Hydroxids aus einer Goldsäure-Lösung, Waschung und Isolierung des Niederschlags sowie Aufnahme desselben in Essigsäure bzw. KOH jeweils frisch anzusetzen.RbAu (OAc) 3 OH, CsAu (OAc) 3 OH, NMe 4 Au (OAc) 3 OH and Au (OAc) 3 , with KAuO 2 being particularly preferred. It may be advisable to prepare Au (OAc) 3 or KAuO 2 fresh by precipitating the oxide / hydroxide from a solution of gold acid, washing and isolating the precipitate and taking up the same in acetic acid or KOH.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die erste Lösung und die zweite Lösung wässrige Lösungen sind.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the first solution and the second solution are aqueous solutions.
Als Lösungsmittel für die Vorläufer sind alle reinen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische geeignet, in denen die ausgewählten Vorläufer löslich sind und die nach dem Auftrag auf den Katalysatorträger von demselben leicht mittels Trocknung wieder entfernt werden können. Bevorzugte Lösungsmittel für Metallacetate als Vorläufer sind beispielsweise Aceton oder unsubstituierte Carbonsäuren, insbesondere Essigsäure, und für die Metallchloride vor allem Wasser oder verdünnte Salzsäure.Suitable solvents for the precursors are all pure solvents or solvent mixtures in which the selected precursors are soluble and which after application to the catalyst support of the same can be easily removed by drying again. Preferred solvents for metal acetates as precursors are, for example, acetone or unsubstituted carboxylic acids, in particular acetic acid, and for the metal chlorides especially water or dilute hydrochloric acid.
Falls die Vorläufer in reinen Lösungsmitteln wie Aceton, Essigsäure, Wasser oder verdünnter Salzsäure oder Mischungen davon nicht ausreichend löslich sind, können alternativ oder zusätzlich zu den genannten Lösungsmitteln auch andereIf the precursors are not sufficiently soluble in pure solvents such as acetone, acetic acid, water or dilute hydrochloric acid or mixtures thereof, alternatively or in addition to the solvents mentioned, others may be used
Lösungsmittel oder Lösungsmitteladditive Anwendung finden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Nutzung einer Vorrichtung durchgeführt, die eingerichtet ist, mittels eines Gases ein Fließbett eines partikulären Gutes zu erzeugen, wobei sich die Partikel des Gutes in dem Fließbett auf einer elliptischen oder toroidalen Bahn bewegen. Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in den Dokumenten WO 2006/027009 Al, DE 102 48 116 B3, EP 0 370 167 Al, EP 0 436 787 Bl, DE 199 04 147 Al, DE 20 2005 003 791 Ul beschrieben, deren Inhalt mittels Referenzierung in die vorliegende Erfindung miteinbezogen wird.Solvent or solvent additives find application. In a particularly preferred embodiment, the inventive method is carried out using a device which is adapted to generate by means of a gas, a fluidized bed of a particulate material, wherein the particles of the material move in the fluidized bed on an elliptical or toroidal path. Such devices are described, for example, in the documents WO 2006/027009 A1, DE 102 48 116 B3, EP 0 370 167 A1, EP 0 436 787 B1, DE 199 04 147 A1, DE 20 2005 003 791 U1, the contents of which are referenced in US Pat the present invention is incorporated.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugte Vorrichtungen werden von der Firma Innojet Technologies unter den Bezeichnungen Innoj et® Ventilus oder Innojet® AirCoater vertrieben. Diese Vorrichtungen umfassen einen zylindrischen Behälter mit einem fest und unbeweglich eingebauten Behälterboden, in dessen Mitte eine Sprühdüse montiert ist. Der Boden besteht aus kreisrunden Lamellen, die stufenweise übereinander montiert sind. Die Prozessluft strömt zwischen den einzelnen Lamellen waagerecht exzentrisch mit einer umfänglichenAccording to the invention particularly preferred devices are sold by the company Innojet Technologies under the names Innoj et ® Ventilus or Innojet ® AirCoater. These devices comprise a cylindrical container with a fixed and immovably installed container bottom, in the middle of which a spray nozzle is mounted. The floor consists of circular lamellae, which are gradually mounted one above the other. The process air flows between the individual slats horizontally eccentrically with a circumferential
Strömungskomponente nach außen in Richtung der Behälterwand in den Behälter ein. Dabei bilden sich so genannte Luftgleitschichten aus, auf denen die Katalysatorträger zunächst nach außen in Richtung Behälterwand transportiert werden. Außen an der Behälterwand wird ein senkrecht ausgerichteter Prozessluftstrom geführt, der die Katalysatortragβr nach obsn umlenkt . Obsn angekommen bsv/egsn sich die Katalysatorträger auf einer mehr oder weniger tangentialen Bahn in Richtung Mitte des Bodens zurück, in dessen Verlauf sie den Sprühnebel der Düse passieren. Nach dem Passieren des Sprühnebels beginnt der beschriebene Bewegungsvorgang von Neuem. Die beschriebene Prozessluftführung liefert dabei die Grundlage für eine weitgehend homogene, toroidale fließbettartige Umwälzbewegung der Katalysatorträger.Outflow component in the direction of the container wall into the container. In the process, so-called air sliding layers form, on which the catalyst carriers are initially transported outwards in the direction of the container wall. On the outside of the container wall, a vertically aligned process air flow is guided, which deflects the catalyst carrier to the exterior. Obsn arrived bsv / egsn the catalyst carrier back on a more or less tangential path towards the center of the soil, in the course of which they pass the spray of the nozzle. After passing the spray, the described movement process starts again. The described process air supply provides the basis for a largely homogeneous, toroidal fluidized bed-like circulation of the catalyst support.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt die Vorrichtung 2 Düsen („Kreissegmentdüsen") , die auf einem inneren Ring um 180° versetzt angebracht sind, der zwei toroidal umlaufende Fliessbetten voneinander trennt. Diese bevorzugte Ausführungsform ermöglicht beispielsweise das getrennte Zuführen von Lösungen (beispielsweise Au und Pd Lösungen) , sodass Pd und Au gleichzeitig aus getrennten Stammlösungen gecoatet werden können.In a further preferred embodiment, the apparatus 2 has nozzles ("circular segment nozzles") mounted on an inner ring offset by 180 ° separating two toroidally circulating fluidized beds This preferred embodiment allows separate feeding of solutions (e.g. Pd solutions), so that Pd and Au can be simultaneously coated from separate stock solutions.
Zur Bewerkstelligung eines Katalysatorträger-Fließbettes, in welchem die Katalysatorträger elliptisch oder toroidal umlaufen, auf verfahrenstechnisch einfache und damit kostengünstige Weise ist entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Prozesskammer mit einem Boden und einer Seitenwand umfasst, wobei das Gas durch den Boden der Prozesskammer, der vorzugsweise aus mehreren übereinander gelegten, sich überlappenden, ringförmigen Leitplatten aufgebaut ist, zwischen denen ringförmige Schlitze ausgebildet sind, mit einer horizontalen, radial nach außen gerichteten Bewegungskomponente in die Prozesskammer eingeführt wird zur Erzeugung des Katalysatorträger-Fließbettes.In order to accomplish a catalyst support fluidized bed in which the catalyst supports rotate elliptically or toroidally, it is provided in a procedurally simple and thus cost-effective manner that according to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the apparatus comprises a process chamber with a bottom and a side wall, wherein the gas is introduced through the bottom of the process chamber, which is preferably constructed of a plurality of superposed, overlapping annular guide plates, between which annular slots are formed, is introduced with a horizontal, radially outwardly directed component of movement in the process chamber for generating the catalyst carrier fluidized bed.
Dadurch, dass Gas mit einer horizontalen, radial nach außen gerichteten Bewegungskomponente in die Prozesskammer eingeführt wird, wird ein elliptisches Umlaufen der Katalysatorträger in dem Fließbett bewirkt. Sollen die Strukturen in dem Fließbett toroidal umlaufen, so muss den Katalysatorträgern zusätzlich noch eine umfängliche Bewegungskomponente auferlegt werden, welche die Träger auf eine Kreisbahn zwingt. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhaltet daher gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, dass dem in die Prozesskammer eingeführten Gas eine umfängliche Strömungskomponente auferlegt wird.By introducing gas into the process chamber with a horizontal, radially outwardly directed component of motion, elliptical circulation of the catalyst supports in the fluidized bed is effected. If the structures in the fluidized bed are to rotate toroidally, then the catalyst carriers must additionally be subjected to a circumferential component of motion which forces the carriers onto a circular path. The method of the present invention, therefore, according to a preferred embodiment, involves applying a circumferential flow component to the gas introduced into the process chamber.
Die umfängliche Bewegungskomponente kann denThe circumferential component of motion can the
Katalysatorträgern beispielsweise auferlegt werden, indem an der Seitenwand entsprechend ausgerichtete Führungsschienen zur Umlenkung der Katalysatorträger angeordnet sind. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedoch vorgesehen, dass dem in die Prozesskammer eingeführten Gas eine umfängliche Strömungskomponente auferlegt wird. Dadurch wird die Erzeugung des Fließbettes, in welchem die Katalysatorträger toroidal umlaufen, verfahrenstechnisch einfach gewährleistet.Catalyst carriers are imposed, for example, by arranged on the side wall correspondingly aligned guide rails for deflecting the catalyst carrier. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, however, it is provided that a circumferential flow component is imposed on the gas introduced into the process chamber. As a result, the generation of the fluidized bed in which the catalyst carriers rotate toroidally, procedurally simple guaranteed.
Um dem in die Prozesskammer eingeführten Gas die umfängliche Strömungskomponente aufzuerlegen, kann es gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass zwischen den ringförmigen Leitplatten entsprechend geformte und ausgerichtete Gas-Leitelemente angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich dazu kann es vorgesehen sein, dass dem in die Prozesskammer eingeführten Gas die umfängliche Strömungskomponente auferlegt wird, indem durch den Boden der Prozesskammer zusätzliches Gas mit einer schräg nach oben gerichteten Bewegungskomponente in die r L Ui C O OΛαuuiici c iiiy c i uiu i. m ± j. u , v \j±. .. u^ o wci- o c -i- ui >-- j- -_i± u£ j.In order to impose the circumferential flow component on the gas introduced into the process chamber, it can be provided according to a further preferred embodiment of the method according to the invention that appropriately shaped and aligned gas guide elements are arranged between the annular guide plates. Alternatively or additionally, it can be provided that the circumferential flow component is imposed on the gas introduced into the process chamber by introducing additional gas with an obliquely upwardly directed component of motion through the bottom of the process chamber into the flow chamber. m ± j. u, v \ j ±. .. u ^ o wci- o c -i ui> - j- -i ± u £ j.
Seitenwand der Prozesskammer.Side wall of the process chamber.
Es kann vorgesehen sein, dass das Besprühen der in demIt may be provided that the spraying in the
Fließbett umlaufenden Träger mit der Lösung mittels einer Ringspaltdüse durchgeführt wird, die eine Sprühwolke versprüht, wobei die Symmetrieebene der Sprühwolke parallel oder im Wesentlichen parallel zur Ebene des Gerätebodens verläuft. Durch den 360°- Umfang der Sprühwolke können die sich mittig herabbewegenden Katalysatorträger besonders gleichmäßig mit der Lösung besprüht werden. Dabei ist die Ringspaltdüse, d.h. deren Mündung, vorzugsweise vollständig in dem Fließbett eingebettet.Fluid bed circulating carrier is carried out with the solution by means of an annular gap nozzle which sprays a spray cloud, wherein the plane of symmetry of the spray cloud in parallel or substantially parallel to the plane of the device floor. Due to the 360 ° circumference of the spray cloud, the catalyst carriers moving down in the middle can be sprayed particularly uniformly with the solution. The annular gap nozzle, ie its mouth, is preferably completely embedded in the fluidized bed.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die Ringspaltdüse mittig im Boden des Behälters angeordnet ist und die Mündung der Ringspaltdüse in dem Fließbett eingebettet ist. Dadurch wird gewährleistet, dass die freie Weglänge der Tropfen der Sprühwolke bis zum Auftreffen auf einen Katalysatorträger verhältnismäßig kurz ist und entsprechend den Tropfen verhältnismäßig wenig Zeit verbleibt, zu größeren Tropfen zu koaleszieren, was der Ausbildung einer weitgehend einheitlichen Schalendicke entgegenwirken könnte.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the annular gap nozzle is arranged centrally in the bottom of the container and the mouth of the annular gap nozzle is embedded in the fluidized bed. This ensures that the free path of the droplets of the spray cloud to impinge on a catalyst support is relatively short and corresponding to the drops relatively little time remains to coalesce into larger drops, which could counteract the formation of a largely uniform shell thickness.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass an der Unterseite der Sprühwolke ein Gasstützpolster bewerkstelligt ist. Das bodenseitige Polster hält die Bodenoberfläche weitgehend frei von versprühter Lösung, das heißt, dass nahezu die gesamte versprühte Lösung in das Fließbett eingetragen wird, so dass kaum Sprühverluste auftreten.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, provision may be made for a gas support pad to be produced on the underside of the spray cloud. The bottom-side pad keeps the soil surface largely free of sprayed solution, which means that almost the entire sprayed solution is introduced into the fluidized bed, so that hardly any spray losses occur.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Gas zur Erzeugung des Fließbettes ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Luft, Sauerstoff, Stickstoff und den Edelgasen sowie Mischungen der vorstehenden Gase. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass das Besprühen der Katalysatorträger mit der ersten und/oder zweiten Lösung bei einer Temperatur von 50 0C bis 120 0C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 55 0C bis 90 0C und am meisten bevorzugt bei einer Temperatur von 60 0C bis 80 0C durchgeführt wird.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, it is provided that the gas for generating the fluidized bed is selected from the group consisting of air, oxygen, nitrogen and the noble gases and mixtures of the above gases. According to a further embodiment of the method according to the invention, it is preferred that the spraying of the catalyst support with the first and / or second solution at a temperature of 50 0 C to 120 0 C, preferably at a temperature of 55 0 C to 90 0 C and Most preferably at a temperature of 60 0 C to 80 0 C is performed.
Um ein vorzeitiges Abtrocknen von Tropfen der Sprühwolke zu verhindern, kann es vorgesehen sein, dass das Gas vor der Einführung in die Vorrichtung mit dem Lösungsmittel der ersten, der zweiten oder der ersten und der zweiten Lösung angereichert wird, vorzugsweise in einem Bereich von 10 % bis 50 % des Sättigungsdampfdrucks (bei Prozesstemperatur) . Dabei kann das dem Gas zugegebene Lösungsmittel sowie Lösungsmittel von der Abtrocknung der Katalysatorträger mittels geeigneter Kühlaggregate, Kondensatoren und Abscheider vom Gas abgetrennt und mittels einer Pumpe in den Lösungsmittelanreicherer rückgeführt werden.In order to prevent premature drying of droplets of the spray cloud, provision may be made for the gas to be enriched with the solvent of the first, of the second or of the first and of the second solution before introduction into the device, preferably in a range of 10%. up to 50% of the saturation vapor pressure (at process temperature). In this case, the solvent added to the gas and solvent can be separated from the drying of the catalyst support by means of suitable cooling units, condensers and separators from the gas and recycled by means of a pump in the solvent enrichment.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen erfindungsgemäßen Schalenkatalysator, erhältlich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens.The present invention further relates to a shell catalyst according to the invention, obtainable by means of the method according to the invention.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Schalenkatalysators oder eines erfindungsgemäßen Schalenkatalysators, der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhältlich ist, bei derThe present invention further relates to the use of a coated catalyst according to the invention or a coated catalyst according to the invention, which is obtainable by the process according to the invention, in which
Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie die Beschreibung von Bewegungsbahnen von Katalysatorträgern dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der Erläuterung der Erfindung. Es zeigen: Fig. IA eine vertikale Schnittansicht einer bevorzugtenThe following description of a preferred apparatus for carrying out the method according to the invention and the description of trajectories of catalyst supports is used in conjunction with the drawings to explain the invention. Show it: Fig. IA is a vertical sectional view of a preferred
Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;Apparatus for carrying out the method according to the invention;
Fig. IB eine Vergrößerung des in der Fig. IA umrahmten und mit dem Bezugszeichen IB markierten Bereichs;FIG. 1B shows an enlargement of the area framed in FIG. 1A and marked with the reference symbol IB; FIG.
Fig. 2A eine perspektivische Schnittansicht der bevorzugtenFig. 2A is a perspective sectional view of the preferred
Vorrichtung, in welcher die Bewegungsbahnen zweier elliptisch umlaufender Katalysatorträger schematisch dargestellt sind;Device in which the trajectories of two elliptically rotating catalyst carrier are shown schematically;
Fig. 2B eine Draufsicht auf die bevorzugte Vorrichtung und die Bewegungsbahnen gemäß Fig. 2A;Fig. 2B is a plan view of the preferred apparatus and trajectories of Fig. 2A;
Fig. 3A eine perspektivische Schnittansicht der bevorzugten Vorrichtung, in welcher die Bewegungsbahn eines toroidal umlaufenden Katalysatorträgers schematisch dargestellt ist;3A is a perspective sectional view of the preferred device, in which the trajectory of a toroidal circulating catalyst carrier is shown schematically.
Fig. 3B eine Draufsicht auf die bevorzugte Vorrichtung und die Bewegungsbahn gemäß Fig. 3A.Fig. 3B is a plan view of the preferred device and the trajectory of FIG. 3A.
In der Fig. IA ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 belegte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.FIG. 1A shows a device, which is designated overall by the reference numeral 10, for carrying out the method according to the invention.
Die Vorrichtung 10 weist einen Behälter 20 mit einer aufrecht stehenden zylindrischen Seitenwand 18 auf, die eine Prozesskammer 15 umschließt.The apparatus 10 includes a container 20 having an upstanding cylindrical side wall 18 enclosing a process chamber 15.
Die Prozesskammer 15 weist einen Boden 16 auf, unter dem sich eine Anströmkammer 30 befindet. Der Boden 16 ist aus insgesamt sieben ringförmigen übereinander gelegenen Ringplatten als Leitplatten zusammengesetzt. Die sieben Ringplatten sind so übereinander gesetzt, dass eine äußerste Ringplatte 25 eine unterste Ringplatte bildet, auf der dann die weiteren sechs inneren Ringplatten, die jeweils darunter liegende teilweise überlappend, aufgelegt sind.The process chamber 15 has a bottom 16, below which an inflow chamber 30 is located. The bottom 16 is composed of a total of seven annular superposed ring plates as baffles. The seven ring plates are placed one above the other so that an outermost ring plate 25 forms a lowermost ring plate on which then the other six inner ring plates, each lying underneath partially overlapping, are placed.
Der Übersicht halber sind nur einige der insgesamt sieben Ringplatten mit Bezugszeichen versehen, beispielsweise die beiden übereinander liegenden Ringplatten 26 und 27. Durch diese Übereinanderlegung und Beabstandung ist zwischen zwei Ringplatten jeweils ein ringförmiger Schlitz 28 ausgebildet, durch den Prozessluft 40 als Gas mit einer überwiegend horizontal gerichteten Bewegungskomponente durch den Boden 16 hindurchtreten kann.For the sake of clarity, only a few of the total of seven ring plates are provided with reference numerals, for example, the two superimposed annular plates 26 and 27. This overlapping and spacing between two annular plates each have an annular slot 28 formed by the process air 40 as a gas with a predominantly horizontal directed movement component can pass through the bottom 16.
In der mittigen obersten inneren Ringplatte 29 ist in deren zentraler Öffnung von unten eine Ringspaltdüse 50 eingesetzt. Die Ringspaltdüse 50 weist eine Mündung 55 auf, die insgesamt drei Mündungsspalte 52, 53 und 54 aufweist. Alle drei Mündungsspalte 52, 53 und 54 sind so ausgerichtet, dass sie etwa parallel zum Boden 16, also etwa horizontal mit einem Umfassungswinkel von 360 ° aussprühen. Alternativ kann die Sprühdüse derart konstruiert sein, dass der Sprühkegel schräg nach oben verläuft. Über den oberen Spalt 52 sowie den unteren Spalt 54 wird Sprühluft als Sprühgas ausgεpresst, durch den mittleren Spalt 53 die zu versprühende Lösung.In the central uppermost inner ring plate 29, an annular gap nozzle 50 is inserted in the central opening from below. The annular gap nozzle 50 has an orifice 55 which has a total of three orifice gaps 52, 53 and 54. All three orifice gaps 52, 53 and 54 are aligned so that they approximately parallel to the bottom 16, so spray approximately horizontally with a 360 ° Umfassungswinkel. Alternatively, the spray nozzle may be constructed such that the spray cone extends obliquely upward. Via the upper gap 52 and the lower gap 54, spray air is expelled as the spray gas, through the middle gap 53 the solution to be sprayed.
Die Ringspaltdüse 50 weist einen stabförmigen Körper 56 auf, der nach unten fortreicht und die entsprechenden Kanäle und Zuführleitungen enthält, die an sich bekannt und deshalb in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Die Ringspaltdüse 50 kann beispielsweise mit einem so genannten rotativen Ringspalt ausgebildet sein, bei dem sich Wände des Kanals, durch den die Lösung ausgesprüht wird, relativ zueinander drehen, um Verstopfungen der Düse zu vermeiden, so dass über den Umfassungswinkel von 360 ° gleichmäßig aus dem Spalt 53 ausgesprüht werden kann.The annular gap nozzle 50 has a rod-shaped body 56 which extends downwards and contains the corresponding channels and supply lines, which are known per se and therefore not shown in the drawing. The annular gap nozzle 50 For example, it may be formed with a so-called rotary annular gap, in which walls of the channel through which the solution is sprayed rotate relative to each other to prevent clogging of the nozzle, so that sprayed uniformly from the gap 53 over the 360 ° surrounding angle can be.
Die Ringspaltdüse 50 weist oberhalb des Mündungsspalts 52 einen kegelförmigen Kopf 57 auf.The annular gap nozzle 50 has a conical head 57 above the mouth gap 52.
Im Bereich unterhalb des Mündungsspalts 54 ist eine kegelstumpfförmige Wand 58 vorhanden, die zahlreiche Öffnungen 59 aufweist. Wie aus der Fig. IB zu erkennen ist, ruht die Unterseite der kegelstumpfförmigen Wand 58 auf der innersten Ringplatte 29 derart, dass zwischen der Unterseite der kegelstumpfförmigen Wand 58 und der darunter liegenden, mit dieser teilweise überlappenden Ringplatte 29 ein Schlitz 60 ausgebildet ist, durch den Prozessluft 40 hindurch treten kann.In the area below the mouth gap 54, a frusto-conical wall 58 is present, which has numerous openings 59. As can be seen from Fig. IB, the bottom of the frusto-conical wall 58 rests on the innermost ring plate 29 such that between the bottom of the frusto-conical wall 58 and the underlying, with this partially overlapping ring plate 29, a slot 60 is formed through the process air 40 can pass through.
Der äußere Ring 25 ist zu der Wand 18 beabstandet, so dass Prozessluft 40 in Richtung des mit dem Bezugszeichen 61 belegten Pfeiles mit einer überwiegend vertikalen Komponente in die Prozesskammer 15 eintreten kann und dadurch der durch die Schlitze 28 in die Prozesskammer 15 eintretenden Prozessluft 40 eine verhältnismäßig stark nach oben gerichtete Komponente verleiht.The outer ring 25 is spaced from the wall 18 so that process air 40 can enter the process chamber 15 in the direction of the arrow indicated by the reference numeral 61 with a predominantly vertical component and thereby the process air 40 entering the process chamber 15 through the slots 28 gives relatively strong upward component.
Auf der rechten Hälfte der Fig. IA ist dargestellt, welche Verhältnisse sich in einem eingelaufenen Zustand in der Vorrichtung 10 ausbilden.The right-hand half of FIG. 1A shows which conditions form in a run-in state in the device 10.
Aus dem Mündungsspalt 53 tritt eine Sprühwolke 70 der Lösung aus, deren horizontale Spiegelebene in etwa parallel zur Bodenebene verläuft. Durch die Öffnungen 59 in der kegelstumpfförmigen Wand 58 durchtretende Luft, die beispielsweise Prozessluft 40 sein kann, bildet sich an der Unterseite der Sprühwolke 70 eine Stützluftströmung 72 aus. Durch die durch die zahlreichen Schlitze 28 hindurch tretende Prozessluft 40 bildet sich eine radiale Strömung in Richtung der Wand 18 aus, von der die Prozessluft 40 nach oben umgelenkt wird, wie das durch den mit dem Bezugszeichen 74 belegten Pfeil dargestellt ist. Von der umgelenkten Prozessluft 40 werden die Katalysatorträger im Bereich der Wand 18 nach oben geführt. Die Prozessluft 40 und die zu behandelnden Katalysatorträger trennen sich dann voneinander, wobei die Prozessluft 40 durch Auslässe abgeführt wird, während sich die Katalysatorträger radial gemäß der Pfeile 75 nach innen bewegen und aufgrund der Schwerkraft in Richtung des kegelförmigen Kopfes 57 der Ringspaltdüse 50 vertikal nach unten wandern. Dort werden die sich herabbewegenden Katalysatorträger umgelenkt, auf die Oberseite der Sprühwolke 70 geleitet und dort mit dem versprühten Medium behandelt. Die besprühten Katalysatorträger bewegen sich dann wieder in Richtung der Wand 18 und dabei voneinander weg, da nachFrom the mouth gap 53 exits a spray cloud 70 of the solution, the horizontal mirror plane is approximately parallel to Ground level runs. Through the openings 59 in the frusto-conical wall 58 passing air, which may be, for example, process air 40, forms on the underside of the spray cloud 70, a supporting air flow 72 from. The process air 40 passing through the numerous slots 28 forms a radial flow in the direction of the wall 18, from which the process air 40 is deflected upward, as shown by the arrow indicated by the reference numeral 74. From the deflected process air 40, the catalyst carriers are guided in the area of the wall 18 upwards. The process air 40 and the catalyst carriers to be treated then separate from each other, with the process air 40 being discharged through outlets, while the catalyst carriers move radially inwardly as indicated by arrows 75 and vertically downwardly toward the conical head 57 of the annular die 50 due to gravity hike. There, the moving catalyst carriers are deflected, passed to the top of the spray cloud 70 and treated there with the sprayed medium. The sprayed catalyst carrier then move back towards the wall 18 and away from each other, as to
Verlassen der Sprühwolke 70 an dem ringförmigen Mündungsspalt 53 den Katalysatorträgern ein umfänglich größerer Raum zur Verfügung steht. Im Bereich der Sprühwolke 70 treffen die zu behandelnden Katalysatorträger mit der versprühten Lösung zusammen und werden in Bewegungsrichtung in Richtung der Wand 18 bleibend voneinander weg bewegt und dabei sehr gleichmäßig und harmonisch mit der erwärmten Prozessluft 40 behandelt d.h. getrocknet.Leaving the spray cloud 70 at the annular orifice gap 53, the catalyst carriers a circumferentially larger space is available. In the area of the spray cloud 70, the catalyst carriers to be treated meet with the sprayed solution and are moved away from each other in the direction of movement of the wall 18, treating them very evenly and harmoniously with the heated process air 40, ie. dried.
In der Figur 2A sind zwei mögliche Bewegungsbahnen zweier elliptisch umlaufender Katalysatorträger mittels der mit den Bezugszeichen 210 und 220 belegten Kurvenverläufe gezeigt. Die elliptische Bewegungsbahn 210 weist relativ große Änderungen in der Größe der Haupt- und Nebenachse auf im Vergleich zu einer idealen elliptischen Bahn. Die elliptische Bewegungsbahn 220 weist im Gegensatz dazu relativ kleine Änderung in der Größe der Haupt- und Nebenachse auf und beschreibt nahezu eine ideale elliptische Bahn ohne jegliche umfängliche (horizontale) Bewegungskomponente, wie aus der Figur 2B zu entnehmen ist .FIG. 2A shows two possible trajectories of two elliptically circulating catalyst supports by means of the curve progressions denoted by the reference symbols 210 and 220. The elliptical trajectory 210 has relatively large changes in the size of the major and minor axis compared to an ideal elliptical path. The elliptical trajectory 220, in contrast, has relatively small changes in the size of the major and minor axes and describes nearly an ideal elliptical trajectory without any circumferential (horizontal) motive component, as shown in FIG. 2B.
In der Figur 3A ist eine mögliche Bewegungsbahn eines toroidal umlaufenden Katalysatorträgers mittels des mit dem Bezugszeichen 310 belegten Kurvenverlaufs gezeigt. Die toroidal verlaufende Bewegungsbahn 310 beschreibt einen Ausschnitt der Oberfläche eines nahezu gleichförmigen Torus, dessen vertikaler Schnitt ellipsenförmig und dessen horizontaler Schnitt ringförmig ist. Die Figur 3B zeigt die Bewegungsbahn 310 in Draufsicht.In FIG. 3A, a possible trajectory of a toroidally circulating catalyst carrier is shown by means of the curve course indicated by the reference numeral 310. The toroidal trajectory 310 describes a section of the surface of a nearly uniform torus whose vertical section is elliptical and whose horizontal section is annular. FIG. 3B shows the movement path 310 in plan view.
Die nachfolgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.The following examples serve to illustrate the invention.
Beispiele 1 und 2 :Examples 1 and 2:
500,0 g eines säurebehandelten getrockneten pulverförmigen Bentonits (säureaktivierter Bentonit) mit dem Hauptbestandteil Montmorillonit als Schichtsilikat wurden mit einer 61,875 g ZrO2 entsprechenden Menge (Beispiel 1) bzw. mit einer 132 g ZrO2 entsprechenden Menge (Beispiel 2) an handelsüblichem Zr(OK)4 mit einem diö-Wert von ca. 1 μm,- einem dE0-Wert von ca. 5 μm und mit einem d90-Wert von 7 μm sowie mit 10 g eines üblichen organischen Binders / Porenbildners miteinander vermischt.500.0 g of an acid-treated dried powdered bentonite (acid-activated bentonite) with the main constituent montmorillonite as phyllosilicate were mixed with a quantity corresponding to 61.875 g of ZrO 2 (Example 1) or with a quantity corresponding to 132 g of ZrO 2 (Example 2) on commercial Zr ( OK) 4 with a d iö value of about 1 .mu.m , - a d E0 value of about 5 .mu.m and with a d 90 value of 7 .mu.m and with 10 g of a conventional organic binder / pore former mixed together.
Das resultierende Gemisch wurde mit Wasser versetzt und mittels eines Mischers zu einem Teig verarbeitet, aus dem mittels einer Tablettenpresse unter Druck kugelförmige Formkörper (d = 5 mm) hergestellt wurden. Zur Aushärtung wurden die Kugeln getrocknet und bei einer Temperatur von 650 0C über einen Zeitraum von 5 h kalziniert. Nach dem Kalzinieren wurden die Formkörper über einen Zeitraum von 30 h mit 20 %iger Salzsäure behandelt, ausgiebig mit Wasser gewaschen und für einen Zeitraum von 5 h bei einer Temperatur von 600 0C kalziniert. Die so erhaltenen Formkörper weisen die in der Tabelle 1 (Beispiel 1) bzw. Tabelle 2 (Beispiel 2) aufgeführten Charakteristika auf: The resulting mixture was mixed with water and processed by means of a mixer into a dough, from which spherical shaped bodies (d = 5 mm) were produced by means of a tablet press under pressure. For curing, the balls were dried and calcined at a temperature of 650 0 C over a period of 5 h. After calcination, the moldings were treated with 20% hydrochloric acid over a period of 30 hours, washed extensively with water and calcined at a temperature of 600 ° C. for a period of 5 hours. The moldings thus obtained have the characteristics listed in Table 1 (Example 1) or Table 2 (Example 2):
Tabelle 1:Table 1:
Tabelle 2: Table 2:
Beispiel 3 : Example 3:
70 g Katalysatorträger gemäß Beispiel 1 wurden mittels auf eine Temperatur von 90 0C temperierter Luft in einem Fließbettreaktor vom Typ „Innojet® Aircoater 25" der Firma Innojet Technologies, Steinen, Deutschland in einen70 g catalyst carrier according to Example 1 were measured by temperature-controlled at a temperature of 90 0 C air in a fluidized bed reactor of the type "® Innojet Aircoater 25" Innojet Technologies, Steinen, Germany in a
Fließbettzustand versetzt, in welchem die Katalysatorträger toroidal umliefen.Fluidized bed state offset in which the catalyst carrier toroidal circulated.
Nachdem die Katalysatorträger auf eine Temperatur von 90 0C temperiert waren, wurden die toroidal umlaufendenAfter the catalyst supports were heated to a temperature of 90 0 C, the toroidal were circulating
Katalysatorträger über einen Zeitraum von 0,5 h mit einer Lösung hergestellt aus 150 ml Wasser und 11,35 g einer 8,82 %igen Pd(NH3) 4 (OH) 2-Lösung (bezogen auf Pd 4,5 %) besprüht.Catalyst support over a period of 0.5 h with a solution prepared from 150 ml of water and 11.35 g of a 8.82% Pd (NH 3 ) 4 (OH) 2 solution (based on Pd 4.5%) sprayed ,
Nachdem die Lösung auf die Träger aufgesprüht worden war, wurden die beladenen Katalysatorträger über einen Zeitraum von 2 h bei einer Temperatur von 350 0C an der Luft kalziniert.After the solution had been sprayed onto the supports, the loaded catalyst supports were calcined in air over a period of 2 hours at a temperature of 350 ° C.
Nachdem die Katalysatorträger kalziniert worden waren, wurden sie in besagter Vorrichtung mittels auf eine Temperatur von 90 0C temperierter Luft abermals in einen Fließbettzustand versetzt, in welchem die Katalysatorträger toroidal umliefen. Nachdem die Katalysatorträger auf eine Temperatur von 90 0C temperiert waren, wurden die toroidal umlaufenden Katalysatorträger über einen Zeitraum von 0,5 h mit einer Lösung hergestellt aus 150 ml Wasser und 4,4 g einer 8,44 %igen KAuö2-Lösung (bezogen auf Au 6,2 %) besprüht.After the catalyst supports had been calcined, they were again placed in a fluidized bed state in which the catalyst supports toroidally circulated by means of air heated to a temperature of 90 ° C. in said device. After the catalyst supports had been heated to a temperature of 90 ° C., the toroidally circulating catalyst supports were prepared over a period of 0.5 h with a solution of 150 ml of water and 4.4 g of an 8.44% strength KAuO 2 solution ( based on Au 6.2%) sprayed.
Zur Reduktion der Edelmetallkomponenten wurden die Katalysatorträger über einen Zeitraum von 5 h und bei einer Temperatur von 200 0C einem Gemisch aus 5 Vol.-% Wasserstoff in Stickstoff ausgesetzt. Nach dem Reduzieren wurden die Katalysatorträger mit einer wässrigen Kaliumacetatlösung mittels des „Incipient-Wetness"- Verfahrens imprägniert und anschließend für einen Zeitraum von 1 h bei einer Temperatur von 120 0C unter einer Stickstoffatmosphäre getrocknet. Der Anteil des so erhaltenen Schalenkatalysators an Kalium betrug 2,6 Gew.-% (berechnet über die Menge an eingesetztem Kaliumacetat) .To reduce the noble metal components, the catalyst supports were exposed to a mixture of 5% by volume of hydrogen in nitrogen over a period of 5 hours and at a temperature of 200 ° C. After reducing, the catalyst supports were impregnated with an aqueous potassium acetate solution by the incipient wetness method and then dried under a nitrogen atmosphere for a period of 1 hour at a temperature of 120 ° C. The proportion of the coated catalyst thus obtained was 2 , 6 wt .-% (calculated on the amount of potassium acetate used).
Die theoretische Beladung der Träger mit Pd beträgt 0,73 Gew.- % und 0,39 Gew.-% Au,- die experimentelle Beladung betrug 0,66 Gew.-% Pd und 0,36 Gew.-% Au (mittels Inductively Coupled Plasma (ICP) bestimmt; Au/Pd-Atomverhältnis : 0,29) .The theoretical loading of the supports with Pd is 0.73% by weight and 0.39% by weight Au, the experimental loading was 0.66% by weight Pd and 0.36% by weight Au (by means of Inductively Coupled plasma (ICP) determined; Au / Pd atomic ratio: 0.29).
Die Schalendicke betrug 124 μm (Mittelwert) .The shell thickness was 124 μm (mean value).
38 Katalysatorkugeln wurden in einem Festbettröhrenreaktor bei einer Temperatur von 153 0C bei 10 bar mit einem Feedgasstrom von 550 ml/min zusammengesetzt aus 15 Vol.-% HOAc, 6 Vol.-% O2, 39 Vol.-% C2H4 in N2 beaufschlagt und der Reaktoraustrag mittels Gaschromatographie analysiert.38 catalyst balls were in a fixed bed tube reactor at a temperature of 153 0 C at 10 bar with a feed gas flow of 550 ml / min composed of 15 vol .-% HOAc, 6 vol .-% O 2 , 39 vol .-% C 2 H 4 acted in N 2 and the reactor effluent analyzed by gas chromatography.
Die Selektivität (von Ethylen zum Alkylenacetat) wird nach der Formel S(C2H4) = mole Alkenylacetat / (mole Alkenylacetat + mole CO2/2) berechnet. Die Raum-Zeit-Ausbeute ergibt sich als g Alkenylacetat/1 Katalysator/h. Der Sauerstoff-Umsatz wird berechnet nach (mole O2 in - mole O2 out) /mole O2 in.The selectivity (to ethylene Alkylenacetat) is calculated according to the formula S (C 2 H 4) = mole Alkenylacetat / (mole Alkenylacetat + CO 2 mole / 2). The space-time yield is obtained as g alkenyl acetate / 1 catalyst / h. The oxygen conversion is calculated according to (mole O 2 in-mole O 2 out) / mole O 2 in.
Der erfindungsgemäße Katalysator zeigt eine Selektivität S(C2H4) von 91,0 % sowie eine Raum- Zeit-Ausbeute (gaschromatographisch bestimmt) von 922 g Alkenylacetat / 1 Katalysator / h bei einem Sauerstoffumsatz von 64,0 %. Beispiel 4 :The catalyst according to the invention shows a selectivity S (C 2 H 4 ) of 91.0% and a space-time yield (determined by gas chromatography) of 922 g alkenyl acetate / 1 catalyst / h at an oxygen conversion of 64.0%. Example 4:
70 g Katalysatorträger gemäß Beispiel 2 wurden mittels auf eine Temperatur von 90 0C temperierter Luft in einem Fließbettreaktor vom Typ „Innojet® Aircoater 25" der Firma Innojet Technologies, Steinen, Deutschland in einen70 g catalyst carrier according to Example 2 were measured by temperature-controlled at a temperature of 90 0 C air in a fluidized bed reactor of the type "® Innojet Aircoater 25" Innojet Technologies, Steinen, Germany in a
Fließbettzustand versetzt, in welchem die Katalysatorträger toroidal umliefen.Fluidized bed state offset in which the catalyst carrier toroidal circulated.
Nachdem die Katalysatorträger auf eine Temperatur von 90 0C temperiert waren, wurden die toroidal umlaufendenAfter the catalyst supports were heated to a temperature of 90 0 C, the toroidal were circulating
Katalysatorträger über einen Zeitraum vonO,5 h mit einer Lösung hergestellt aus 150 ml Wasser und 3,58 g einer 8,82 %igen Pd(NH3) 4 (OH) 2-Lösung (bezogen auf Pd 4,5 %) besprüht.Catalyst support over a period of O, 5 h with a solution prepared from 150 ml of water and 3.58 g of a 8.82% Pd (NH 3 ) 4 (OH) 2 solution (based on Pd 4.5%) sprayed.
Nachdem die Lösung auf die Träger aufgesprüht worden war, wurden die beladenen Katalysatorträger über einen Zeitraum von 2 h bei einer Temperatur von 350 0C an der Luft kalziniert.After the solution had been sprayed onto the supports, the loaded catalyst supports were calcined in air over a period of 2 hours at a temperature of 350 ° C.
Nachdem die Katalysatorträger kalziniert worden waren, wurden sie in besagter Vorrichtung mittels auf eine Temperatur von 90 0C temperierter Luft abermals in einen Fließbettzustand versetzt, in welchem die Katalysatorträger toroidal umliefen. Nachdem die Katalysatorträger auf eine Temperatur von 90 0C temperiert waren, wurden die toroidal umlaufenden Katalysatorträger über einen Zeitraum vonO,5 h mit einer Lösung hergestellt aus 150 ml Wasser und 3,84 g einer 8,44 %igen KAuö2-Lösung (bezogen auf Au 6,2 %) besprüht.After the catalyst supports had been calcined, they were again placed in a fluidized bed state in which the catalyst supports toroidally circulated by means of air heated to a temperature of 90 ° C. in said device. After the catalyst support were heated to a temperature of 90 0 C, the toroidally circulating catalyst carrier over a period KAuö 2 solution (were of O, 5 h with a solution made of 150 ml of water and 3.84 g of a 8.44% strength by weight based on Au 6.2%) sprayed.
Zur Reduktion der Edelmetallkomponenten wurden die Katalysatorträger über einen Zeitraum von 5 h und bei einer Temperatur von 200 0C einem Gemisch aus 5 Vol.-% Wasserstoff in Stickstoff ausgesetzt. Nach dem Reduzieren wurden die Katalysatorträger mit einer wässrigen Kaliumacetatlösung mittels des „Incipient-Wetness"- Verfahrens imprägniert und anschließend für einen Zeitraum von 1 h bei einer Temperatur von 120 0C unter einer Stickstoffatmosphäre getrocknet. Der Anteil des so erhaltenen Schalenkatalysators an Kalium betrug 2,6 Gew.-% (berechnet über die Menge an eingesetztem Kaliumacetat .To reduce the noble metal components, the catalyst supports were exposed to a mixture of 5% by volume of hydrogen in nitrogen over a period of 5 hours and at a temperature of 200 ° C. After reducing, the catalyst supports were impregnated with an aqueous potassium acetate solution by the incipient wetness method and then dried under a nitrogen atmosphere for a period of 1 hour at a temperature of 120 ° C. The proportion of the coated catalyst thus obtained was 2 , 6 wt .-% (calculated on the amount of potassium acetate used.
Die theoretische Beladung der Träger mit Pd beträgt 0,23 Gew.- % und 0,34 Gew.-% Au; die experimentelle Beladung betrug 0,21 Gew.-% Pd und 0,31 Gew.-% Au (mittels (ICP) bestimmt; Au/Pd- Atomverhältnis : 0,8) .The theoretical loading of the supports with Pd is 0.23% by weight and 0.34% by weight Au; the experimental loading was 0.21 wt.% Pd and 0.31 wt.% Au (determined by (ICP); Au / Pd atomic ratio: 0.8).
Die Schalendicke betrug 130 μm (Mittelwert) .The shell thickness was 130 μm (mean value).
38 Katalysatorkugeln wurden in einem Festbettröhrenreaktor bei einer Temperatur von 147,6 0C bei 10 bar mit einem Feedgasstrom von 550 ml/min zusammengesetzt aus 15 Vol.-% HOAc, 6 Vol.-% O2, 39 Vol.-% C2H4 in N2 beaufschlagt und der Reaktoraustrag mittels Gaschromatographie analysiert.38 catalyst spheres were in a fixed bed tubular reactor at a temperature of 147.6 0 C in 10 bar with a feed gas stream of 550 ml / min composed of 15 vol .-% HOAc, 6 vol .-% O 2, 39 vol .-% C 2 H 4 acted upon in N 2 and the reactor effluent analyzed by gas chromatography.
Der erfindungsgemäße Katalysator zeigt eine Selektivität S(C2H4) von 95,7 % sowie eine Raum-Zeit-Ausbeute (gaschromatographisch bestimmt) von 408 g Alkenylacetat / 1 Katalysator / h bei einem Sauerstoffumsatz von 28,5 %. The catalyst according to the invention shows a selectivity S (C 2 H 4 ) of 95.7% and a space-time yield (determined by gas chromatography) of 408 g alkenyl acetate / 1 catalyst / h at an oxygen conversion of 28.5%.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09764193 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09764193 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |