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WO2007009904A1 - Catalyst with bimodal distribution of the particles of the catalytically active material, method for the production thereof and for the regeneration thereof and the use of the catalyst - Google Patents

Catalyst with bimodal distribution of the particles of the catalytically active material, method for the production thereof and for the regeneration thereof and the use of the catalyst Download PDF

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Publication number
WO2007009904A1
WO2007009904A1 PCT/EP2006/064073 EP2006064073W WO2007009904A1 WO 2007009904 A1 WO2007009904 A1 WO 2007009904A1 EP 2006064073 W EP2006064073 W EP 2006064073W WO 2007009904 A1 WO2007009904 A1 WO 2007009904A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
catalytically active
active material
catalyst
particles
carrier
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/064073
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Kotrel
Peter Lechtken
Gerd Rohrbacher
Original Assignee
Basf Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Basf Aktiengesellschaft filed Critical Basf Aktiengesellschaft
Priority to EP06792487A priority Critical patent/EP1907120A1/en
Publication of WO2007009904A1 publication Critical patent/WO2007009904A1/en

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Definitions

  • Catalyst with bimodal distribution of the particles of the catalytically active material process for its preparation and for its regeneration and use of the catalyst.
  • the subject of the present invention is a catalyst containing a carrier and a catalytically active material.
  • the particles of the catalytically active material are bimodal size distributed.
  • the fraction of the larger particles of the catalytically active material and the fraction of the smaller particles of the catalytically active material are uniformly mixed in the catalytically active layer of the catalyst.
  • the catalytically active material is 50% by weight or less based on the catalyst.
  • the invention further relates to a process for the preparation or regeneration of a catalyst according to the invention.
  • a catalytically active material located on a support is coagulated in a first step.
  • a further catalytically active material is applied to the carrier.
  • the invention further relates to the use of the catalytically active material for the dehydrogenation of five- or six-membered carbon-containing molecule rings to aromatic compounds.
  • Catalysts with a bimodal size distribution of the catalytically active material are known, for example Sayari et al. (Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 58 (4) (1992) 285 to 298). Sayari et al. but suggest that a bimodal size distribution with a fraction of the smaller particles of the catalytically active material, which is homogeneously distributed over the carrier, and a fraction of the larger particles of the catalytically active material, which are arranged only on the outer surface of the carrier material systematically occurs in the catalysts.
  • Tsang et al. shows a carbon nanotube catalyst with palladium as the catalytically active Material.
  • the outside on the nanotubes arranged palladium particles have a diameter of 20 to 28 nm.
  • the smaller palladium particles arranged on the inside of the nanotube have a mean diameter of approximately 2.6 nm.
  • the good catalytic activity is attributed to the smaller palladium particles located on the inside of the nanotube.
  • DE 19 900 176 describes a catalyst with a bimodal size distribution of the catalytically active material.
  • the catalytically active material is nickel. Zirconium is used as a carrier.
  • the nickel content of the catalyst is 60% or more.
  • EP 1 205 240 discloses palladium as a catalytically active material and ⁇ -alumina as a carrier. A coagulated metal phase coats the particles of the catalytically active material. A bimodal size distribution of the particles of the catalytically active material is considered to be negative, since it can not achieve the desired sweep ratio for optimum catalytic activity. Instead, a monomodal size distribution of the metal-coated catalytically active material is recommended.
  • a deactivated catalyst can be regenerated. It is generally endeavored to prevent coagulation of the catalytically active material, for example by a glow of the carrier, since the coagulated particles of the catalytically active material in principle show a poorer catalytic activity.
  • the support of the catalyst should continue to have a low abrasion.
  • consuming carrier to be produced should be regenerated again.
  • the process should be as cost-effective as possible by a few process steps and the dispensability of chemical substances such as solvents.
  • a repeated regeneration of the carrier material should be possible.
  • This object is achieved according to the invention by providing the catalyst described at the outset and a process for the preparation or regeneration of the catalyst according to the invention.
  • the catalytically active material may be a substance of Groups 7 to 11 of the Periodic Table.
  • the periodic table according to IUPAC applies at the time of February 4, 2005. This means in particular the elements Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au.
  • the catalytically active material is palladium.
  • the catalytically active material can be applied to the support in all forms. The application is possible in metallic or in elementary form, for example by vapor deposition. The catalytically active material can also be applied in a covalently bonded form. It is also possible to apply in an electrostatically bound form. An example is the application in the form of a salt or in the form of a complex of the catalytically active material.
  • the further catalytically active material can be applied to the support, for example by the method described in DE 19 533 665.
  • An oxide support is preferably impregnated with an aqueous nitric acid Pd (NO 3) 2 solution.
  • the Pd content of a Pd (NO 3) 2 solution is generally from 5% by weight to 20% by weight, preferably from 10% by weight to 15% by weight, particularly preferably from 11% by weight to 13 Wt .-% based on the solution.
  • each impregnation step with a Pd (NO 3) 2 solution increases the Pd content of the support by 1% by weight or less, preferably from 0.1% by weight to 0.5% by weight, based on the carrier.
  • the impregnation can also be carried out with other Pd salts or complexes known to the person skilled in the art, such as nitrosyl nitrates, halides, carbonates, carboxylates, acetylacetonates, chloro complexes, nitrite complexes or amine complexes.
  • Pd salts or complexes known to the person skilled in the art, such as nitrosyl nitrates, halides, carbonates, carboxylates, acetylacetonates, chloro complexes, nitrite complexes or amine complexes.
  • the catalytically active material is generally present in the active form on the carrier. This active form depends on the particular catalytically active material.
  • the catalytically active material is generally active in the reduced form.
  • the catalytically active material must therefore be reduced in the case of covalently or electrostatically bonded forms of the catalytically active material, as a rule.
  • This reduction can, for example, by heat treatment under pure H 2 , for example at Pd (NO 3 ) 2 at 230 0 C to 300 0 C, preferably at 240 0 C to 260 0 C for 2 to 3 h, preferably for 1 h to 3 h respectively.
  • the reduction is also possible by CO, hydrazine and all other reduction methods known in the art.
  • catalytically active material for example Pd
  • a plurality of catalytically active elements for example two, three or four different elements, to be applied in covalent or in electrostatically bound or in elemental form to the support.
  • the catalytically active material is generally present in such amounts as to ensure catalytic activity. This depends on the respective catalytic active material for example in Pd usually at a content of the catalytically active material of 0.1 wt .-% or more preferably at 0.3 wt .-% and particularly preferably at 0.5 wt .-% or more based on the Catalyst the case.
  • the catalytically active material is 50% by weight or less, preferably 10% by weight or less, and more preferably 5% by weight or less, and more preferably 1% by weight or less, based on the catalyst.
  • a carrier according to the invention is generally a solid that is heat stable up to the sintering temperature of the catalytically active material.
  • a support according to the invention may be selected from the group metal oxides, nitrites, carbides, silicates, aluminosilicates, spinels or carbons.
  • a carrier according to the invention can also consist of more than just one material.
  • the metal oxides are preferably used as a carrier according to the invention.
  • the preferred carriers in the context of the present invention are 0C-Al 2 O 3 or ZrO 2.
  • An ⁇ -AbCv support according to the invention is preferably prepared according to DE 19 533 665.
  • the support generally has a BET specific surface area of from 1 m 2 / g to 10 m 2 / g, preferably from 4 m 2 / g to 8 m 2 / g, a pore diameter of 5 nm to 300 ⁇ m, preferably 20 nm to 50 microns and especially from 20 nm to 10 microns and a pore volume of 0.1 cm 3 / g to 0.5 cm 3 / g, preferably from 0.2 cm 3 / g to 0.3 cm 3 / g.
  • the catalyst is formed as a shell catalyst.
  • shell-type catalyst is to be understood as meaning a catalyst in which the catalytically active material occurs only in the outer layer.
  • This outer layer is understood to mean the outer 600 ⁇ m or less, preferably the outer 400 ⁇ m or less and in particular the outer 200 ⁇ m of the carrier.
  • a bimodal size distribution of the particles of the catalytically active material is present when the mean diameters of the particles of the catalytically active material are distributed such that they form two maximas.
  • the standard DIN 66136-3 is applicable for chemisorption with regard to the metals platinum and copper.
  • DIN 66136-3 is applied to Pd in the context of the present invention.
  • the chemisorption is preferably carried out with a single Anaylsegas.
  • This analysis gas is preferably CO.
  • Helium can be used preferably as a carrier gas for the CO.
  • a comparison of the thermal conductivity detector signal of an injection (loop) with the signal of a manually performed injection serves as a calibration (gas syringe).
  • the gravimetric control can be done by filling the loop with water. This is described in point 3.4.1 of DIN 66136-3.
  • the ramp is preferably 5 ° C / min.
  • the H 2 can then preferably be washed away with helium.
  • the dispersity and the mean diameter of the particles of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material of a catalyst according to the invention can be determined, for example, in particular in the case of Pd as the catalytically active material, as follows.
  • the catalytically active material is first applied to the support, for example in the manner described in Comparative Example 1. This is followed by a CO chemisorption measurement. This CO chemisorption measurement gives the mean diameter and dispersity of the particles of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material.
  • Such a value can be seen, for example, in Table 2 for Inventive Example 1 on the catalysis analyzers ⁇ 2 to ⁇ .
  • the dispersity and the mean diameter of the particles of the fraction of the larger particles of the catalytically active material can be determined, for example, in particular in the case of Pd as the catalytically active material as follows.
  • the example given in Example 1 The method of calcination leads to coagulation of the particles of the catalytically active material.
  • a subsequent CO chemisorption measurement according to the method described above then gives the dispersity and the average diameter of the particles of the fraction of the larger particles of the catalytically active material.
  • Such a value can be seen, for example, in the first row of Table 2, for example, 1 in the catalyst V5.
  • the fixation of the catalyst can take place by embedding in synthetic resin.
  • the ultrathin sections (floated on water) can be made with a Microtom Leica Ultracut from the manufacturer Leica.
  • the verification of the catalytically active material can be carried out by an EDXS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy).
  • the EDXS is particularly suitable for a core charge of greater than 7.
  • HAADF STEM images High Angle Annular Dark Field Scanning TEM
  • the transmission electron micrographs show two different fractions of the particles of the catalytically active material.
  • the maximum of the particles of the smaller fraction of the catalytically active material from 1 nm to 10 nm, more preferably from 3 nm to 7 nm. In another embodiment of the invention, the maximum of the larger fraction of the particles of the catalytically active material from 50 nm to 100 nm, preferably from 60 nm to 80 nm.
  • the dispersity of the particles of the smaller fraction of the catalytically active material is 10% or more, preferably 15% or more and particularly preferably 20% or more and in particular 25% or more.
  • the dispersity of the particles of the larger fraction of the catalytically active material is generally 10% or less, preferably 5% or less, and more preferably 2% or less.
  • the measurement of this Maximas takes place by CO chemisorption according to DIN 66136-3. In the context of the present invention, this is also applied correspondingly to Pd.
  • the CO chemisorption is carried out with a single analysis gas, the CO. This is the so-called CO chemisorption.
  • Helium is used as a carrier gas for the CO.
  • a comparison of the thermal conductivity detector signal of an injection (loop) with the signal of a manually performed injection serves as calibration (gas syringe).
  • the gravimetric control is done by filling the loop with water. This is described in point 3.4.1 of DIN 66136-3.
  • the catalyst is reduced before the CO Chemisorptionsunk at 200 0 C for 30 min under hfe.
  • the ramp is 5 ° C / min.
  • N is the number of Pd atoms on the surface of a Pd particle. N is determined by the CO absorption amount per g of catalyst measured in CO chemisorption.
  • Vpd effective volume of a Pd atom in a Pd particle apd effective area of a Pd atom located on the surface of a Pd particle Dpd dispersity with respect to the last impregnation with Pd see Table 2 for example
  • vpd molecular weight of Pd / (density of Pd * Avogadro constant)
  • the average diameter of the fraction of the larger particles of the catalytically active material is ten times or more of the mean diameter of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material. The measurement of this diameter of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material takes place after the same CO chemisorption and after the same evaluation, after which the measurement of the Maximas took place.
  • the fraction of the larger particles and the fraction of the smaller particles of the catalytically active material are monodisperse.
  • monodisperse means a small deviation from the mean value of the diameters within a fraction of the particles of the catalytically active material.
  • a low deviation is generally present when the average diameter of the particles of the catalytically active material measured by CO chemisorption is 20% or less, preferably 15% or less, and more preferably 10% or less and in particular 5% or less exceeded or by 20% or less, preferably by 15% or less and more preferably by 10% or less and in particular by 5% or less.
  • This undershoot or overshoot can also be detected, for example, by the transmission electron microscopy described above.
  • a monodisperse distribution according to the invention of the diameter of the particles of the fraction of the larger particles of the catalytically active material and the fraction of the smaller particles of the catalytically active material can be seen, for example, in Example 1, FIG.
  • the particles of the catalytically active material are spheroidal with a ratio of the smallest to the largest diameter of a particle of from 0.5 to 1, preferably from 0.7 to 1 and particularly preferably from 0.9 to 1 before.
  • a uniform mixing of the fractions of the smaller particles and the larger particles of the catalytically active material is understood in the context of the present invention that the particles have no size-dependent preferred arrangement.
  • the particle size of the catalytically active material thus generally does not determine the arrangement on the carrier. In general, therefore, no surfaces can be observed on the surface of the support on which only particles of the fraction of the larger particles of the catalytically active material occur. In general, no surfaces can be observed on the surface of the carrier on which only particles of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material occur.
  • a natural limit is the surface structure of the catalyst. The distribution is therefore generally uniform considering the physical limits imposed by the surface structure of the carrier.
  • the physical structure of the carrier allows a uniform distribution of the particles of the fraction of the larger particles and the fraction of the smaller particles of the catalytically active material in the catalytically active layer of the catalyst. This may not be the case for zeolites or nanotubes, for example.
  • FIG. 2 shows that the particles of catalytically active material are evenly distributed on the surface of the carrier. There are no surfaces of the catalyst to see on which preferably only the particles of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material or only the larger particles of the catalytically active material occur.
  • Another object of the present invention is a process for the preparation of a catalyst according to the invention.
  • a catalytically active material located on a carrier is coagulated on the carrier in a first step.
  • a catalytically active material is applied to this carrier with the coagulated catalytically active material.
  • coagulation takes place by sintering the catalytically active material supported on a support.
  • sintering is meant a thermal treatment at 50% or more, preferably at 60% or more based on the absolute melting temperature.
  • the coagulation of the particles of the catalytically active material can also be carried out at elevated temperatures.
  • a coagulation of the particles of the catalytically active material by sintering of the catalytically active material is generally carried out until the particles of the catalytically active material are coagulated.
  • the duration of sintering is generally dependent on the type of catalytically active material.
  • the particles can also be coagulated by calcining, for example for 2 hours, at temperatures of 900 ° C. or more on a support. However, it can also be sintered shorter or longer depending on the catalytically active material.
  • the carrier used is preferably an ⁇ -AbOs carrier prepared according to DE 19 533 665, which was preferably impregnated with palladium salt solution. It is preferably a CIM carrier.
  • CIM carrier is to be understood as meaning oxidic carrier which is produced by sintering an oxide powder with the aid of a polymer former. Details of the preparation teach either DE 19 533 468 or DE 19 533 665.
  • the removal of the polymeric binder can be carried out either by calcination or by debindering with other oxidants such as nitric acid.
  • ⁇ -AbOs CIM carrier for example, OC-Al2O3 powder having a particle size of 0.2 .mu.m to 4 .mu.m, preferably from 0.5 .mu.m to 1, 0 .mu.m kneaded with a polymer former, melted and over a Schwerwalzene extruder to a granulate having the size of 1 mm to 10 mm, preferably processed from 3 mm to 6 mm.
  • the green compact is preferably freed from the polymeric binder by pyrolysis and then calcined.
  • a resulting CIM support is characterized by a particularly narrow pore radius distribution.
  • the finished carrier can then in particular be impregnated with a palladium salt solution, particularly preferably with Pd (NO 3) 2.
  • a palladium salt solution particularly preferably with Pd (NO 3) 2.
  • the Pd content of the Pd (NC "3) 2 can vary within wide limits
  • the palladium content of the palladium nitrate solution is 0.05% by weight to 2% by weight, particularly preferably 0.12% by weight. -% to 0.14 wt .-% based on the catalyst of the invention.
  • the soaked catalyst can then be dried.
  • the drying can be carried out with a variety of suitable drying methods.
  • the drying is preferably carried out gently for the carrier. This is the case, for example, during drying with gentle heating in a weak stream of air with constant rotation.
  • the residual moisture of the carrier is generally 1% by weight or less based on the carrier ⁇ .
  • Sintering of the catalytically active material on the carrier can lead to stresses and cracks in the carrier. These stresses and cracks can be removed, for example, by annealing following drying. Annealing may also serve to decompose the nitrates to the corresponding oxides. Annealing means heating the catalyst for an extended period of time. The temperature profile during annealing is preferably determined as a function of the material of the carrier and of the catalytically active material of a catalyst according to the invention.
  • a produced according to DE 19533665 ⁇ subscriptions CIM support which has been preferably impregnated with palladium salt solution, for example, heated in 2 hours to 350 0 C and are annealed for a further 4 h at this temperature.
  • another catalytically active material can be any catalytically active material.
  • the catalytically active materials listed above are preferably used.
  • a particularly preferred catalytically active material is Pd.
  • catalytically active material is in a preferred embodiment, the material chemically same catalytically active material as the coagulated catalytically active material.
  • Pd is coagulated and Pd applied as another catalytically active material.
  • Coagulation of the catalytically active material and the subsequent application of a catalytically active material can take place once. However, the coagulation and the subsequent application of the catalytically active material can also take place two, three, four, five, six, seven, eight, nine, or ten times or more than ten times. In this case, the content of the catalytically active material of the carrier increases. Coagulation and application of another catalytically active material is generally possible until the catalytically active material is present in economically unviable amounts in the catalyst.
  • a fresh catalyst is to be understood as meaning, in particular, a catalyst which has not yet been used for catalysis. It is generally a newly prepared catalyst without significant impurities by by-products of the reaction to be catalyzed and in particular without organic deposits.
  • a deactivated catalyst is understood as meaning a catalyst which has been prepared, for example, by the process described in DE 19 533 665, has been impregnated with palladium on an industrial scale and, for example, for more than 50 days in a large-scale plant at a feed load of 0.12 kg 2,3,6-trimethylphenol per liter of catalyst per hour was in use.
  • Deactivation means, in particular, that the catalytic activity of a catalyst has fallen below an economically viable level, so that the catalyst would have to be replaced in large-scale operation. This is generally the case for a selectivity for the desired reaction product of 80% or less.
  • such a deactivated catalyst is regenerated by coagulating the catalytically active material present on the carrier and, in a further step, by applying a further catalytically active material to the carrier.
  • the coagulation is carried out, for example, by a heat treatment at the sintering temperature of the catalytically active material of a catalyst according to the invention.
  • the sintering is usually carried out over such a period of time, which allows coagulation of the particles of the catalytically active material.
  • a deactivated ⁇ -AbCvTräger which was prepared according to DE 19 533 665, can be regenerated by the annealing at an unusually high temperature of 900 0 C over a period of 2 h.
  • Another catalytically active material is applied in a further step on the carrier thus regenerated.
  • regeneration is possible according to the invention. But it can also take several regenerations.
  • a deactivated catalyst can be regenerated by the process according to the invention and then used during operation until a further deactivation is carried out. Then, the catalyst deactivated for the second time can be regenerated by the method according to the invention, so that it can be used a second time. There are two, three, four, five, six, seven, eight, nine, but also ten or more regeneration steps possible.
  • a catalyst prepared according to DE 19 533 665 and regenerated or treated by the process according to the invention surprisingly shows no further losses in the catalytic performance in a further embodiment.
  • the catalytic performance in this context primarily describes the catalytic performance via a stress test, as described in Example 4 according to the invention.
  • a catalyst regenerated by the process according to the invention even has a better catalytic performance than a fresh catalyst.
  • a catalyst prepared according to the process of the invention and prepared according to the process of the invention can, for example, in the dehydrogenation of 2,3,6-trimethyl-2-cyclohexene-1-one, have a selectivity to 2,3,6-trimethylphenol of 98%. or more.
  • This surprisingly good catalytic performance of an inventively regenerated catalyst is still present in a further embodiment, even after a load on the catalyst.
  • the catalytic performance is generally not significantly degraded by a load compared to a fresh catalyst.
  • the carrier regenerated according to the invention thus generally shows no significant lent other aging phenomena or even a better aging behavior than a fresh catalyst.
  • the inventive method for regenerating a deactivated catalyst is generally inexpensive, since only a few process steps are used. Furthermore, additional chemical substances, such as solvents, are usually dispensable.
  • a catalyst produced by the process according to the invention has an improved service life in industrial operation.
  • An improved service life generally means a service life of 30 days or more, in particular of 40 days or more, more preferably of 50 days or more and in particular of 50 days to 60 days in the case of the feed quantity described above.
  • a catalyst regenerated according to the invention or prepared according to DE 19 533 665 can, for example, have a 2,3,6-trimethylphenol selectivity in the 2,3,6-trimethyl-2-cyclohexene-1-one hydrogenation of 95% or more in a Have a service life of 50 days.
  • This long service life of a catalyst regenerated according to the invention can be achieved in another embodiment without a significant drop in the catalytic performance.
  • the catalyst according to the invention exhibits reduced abrasion.
  • a reduced abrasion is understood to mean the dust produced by a mechanical movement.
  • Abrasion tendency of a catalyst is generally measured in a rotary drum test according to ASTM 4058.
  • the inventive method allows in a further embodiment, a cost-effective production of a catalyst according to the invention.
  • the same carrier can be used several times. For example, one, two, three, four, five, six, seven, eight, nine, but also ten or more regeneration cycles are possible.
  • the process according to the invention of preparing or regenerating a catalyst according to the invention can enable a reuse of a catalyst of a desired quality.
  • the method according to the invention thus makes, in a further embodiment, independent of the variations in quality of a catalyst preparation, for example according to DE 19 533 665.
  • the process according to the invention furthermore makes possible a cost-effective recovery of the catalytically active material.
  • a repeated regeneration of a catalyst according to the invention leads to an enrichment of the catalytically active material on the support.
  • Such enriched catalytically active material can then be recovered inexpensively.
  • a catalyst according to the invention or a catalyst prepared or regenerated by the process according to the invention can generally be used as a function of the catalytically active material and of the carrier for a large number of reaction types.
  • a catalyst according to the invention or a catalyst prepared or regenerated by the novel process for the dehydrogenation of 5- or 6-membered carbon-containing molecular rings can be used to form aromatic compounds.
  • the embodiment of a catalyst prepared according to DE 19 533 655 can be used for this purpose.
  • a catalyst prepared in particular according to DE 19 533 665 and prepared or regenerated by the process according to the invention is used for the preparation of substituted aromatics and heteroaromatics by the catalytic dehydrogenation of non-aromatic, six-membered rings.
  • a catalyst prepared in particular according to DE 19 533 665 and prepared or regenerated by the process according to the invention can be used for the dehydrogenation of 2,3,6-trimethyl-2-cyclohexene-1-one to 2,3,6-trimethylphenol.
  • a catalyst prepared in particular according to DE 19 533 665 and prepared or regenerated by the process according to the invention can be used in a further preferred embodiment for the dehydrogenation of 3-methylpiperidine to 3-picoline.
  • Carrier ⁇ -AbCvTräger prepared according to DE 19 533 665 with a BET specific surface area of about 7 m 2 / g, a pore diameter of 100 nm and a pore volume of 0.23 cm 3 / g
  • Carrier ⁇ commercially available ZrO 2 support with a BET specific surface area of 70 m 2 / g, a pore diameter of 20 nm and a pore volume of 0.27 cm 3 / g
  • Catalytically Active Material Pd served as a catalytically active material in all experiments
  • Comparative Catalysts V1 to V4 a carrier ⁇ with Pd, wherein the Pd was first applied to the support ⁇ by the method in Comparative Example 1.
  • Catalysts according to the invention ⁇ 1 to ⁇ 8 a carrier ⁇ with Pd, wherein the Pd was first applied by the method in Comparative Example 1. This support was additionally treated according to Example 1 of the invention.
  • Inventive catalyst ⁇ a carrier ⁇ with Pd, the Pd being first applied by the method in Comparative Example 1. This support was additionally treated according to Example 1 of the invention.
  • Table 1 Overview of the comparative catalysts and the catalysts of the invention
  • Comparative Example 1 Preparation of a Comparative Catalyst V1
  • the starting material was a support ⁇ , to which no catalytically active material had yet been applied.
  • This carrier ⁇ was first annealed at 950 0 C in air.
  • the support ⁇ was then impregnated with a Pd (NO 3) 2 solution having a Pd content of 0.13% by weight, based on the support ⁇ .
  • the impregnation volume corresponded to 95% based on the water absorption of the carrier ⁇ .
  • the moist catalyst was then dried at 120 0 C to a residual moisture content of 0.2 wt .-% based on the catalyst.
  • Figure 1 shows a TEM brightfield image in review of such a catalyst.
  • a FEI-Tecnai F20 from the manufacturer FEI, Holland was used as the measuring device for such a field emission source TEM.
  • the fixation of the catalyst was carried out by embedding in synthetic resin.
  • the ultrathin sections (floated on water) were made with a microtome Leica Ultracut manufacturer Leica.
  • EDXS Electronic Dispersive X-Ray Spectroscopy
  • Comparative Example 2 Selectivity of Comparative Catalyst V 2 After Loading Comparative Catalyst C 2 was prepared according to Comparative Example 1. Comparative catalyst V2 was used for more than 50 days in a large-scale plant for the dehydrogenation of TCMH to TMP at a feed of 0.12 kg TMCH per liter of catalyst per hour. This comparative catalyst V2 was heated in 2 hours to 450 0 C and annealed for 5 hours at 450 0 C. An activity test according to Inventive Example 4 was carried out. The TMP selectivity was 89.8%.
  • a support was covered with a ß Pd (NC "3) 2 solution having a Pd content of 0.13 wt .-% to the carrier impregnated ß
  • the comparative catalyst was V3. Doing to 120 0 C (2.3 ° C / heated min). this temperature was maintained for 6 h. The comparative catalyst V3 was then heated to 450 0 C (2.6 ° C / min) and calcined for 135 min at this temperature.
  • Comparative Example 4 Preparation of a Comparative Catalyst V4 Which Has a Larger Loading
  • a support ⁇ was heated in 2 h in air at 900 0 C and calcined at 900 0 C for a further 2 h.
  • This support ⁇ was impregnated after cooling with a Pd (NO3) 2 solution having a Pd content of 0.26 wt .-% (V4.1).
  • Another carrier ⁇ was also soaked after cooling with a Pd (NO3) 2 solution having a Pd content of 0.52 wt% (V4.2).
  • the wt .-% information refers to the carrier ⁇ .
  • the impregnation volume corresponded to 95% based on the water absorption of the carrier ⁇ .
  • the wet comparative catalysts V4 were then dried with slight warming in a small stream of air and thereby constantly rotated.
  • the comparative catalysts V4 were then dried for 2 h at 120 0 C, heated in 2 h at 350 0 C and annealed for a further 4 h at this temperature.
  • a comparative catalyst 1 was heated in 2 h in air at 900 0 C and calcined at 900 0 C for a further 2 h. After cooling, the catalyst thus obtained was impregnated with a Pd (NO 3 ) 2 solution having a Pd content of 0.13% by weight, based on the carrier ⁇ . The impregnation volume corresponded to 95% based on the water absorption of the carrier ⁇ . The catalyst thus impregnated was then dried with slight warming (at 40 to 50 0 C for 10 min) in a weak stream of air and thereby constantly rotated. Thereafter, the catalyst was dried for 2 h at 120 0 C, heated in 2 h at 350 0 C and annealed for a further 4 h at this temperature.
  • Figure 2 shows the TEM image of a catalyst according to the invention ⁇ 1.
  • the TEM image was prepared as described in Example 1.
  • the catalyst ⁇ 1 according to the invention consequently exhibits a bimodal distribution of the particles of the catalytically active material.
  • Example 2 Pd content, Pd surface area and size distribution of the catalysts ⁇ 2 to ⁇ 8 regenerated according to the invention.
  • a comparative catalyst V1 was used for longer than 50 days in a large-scale plant for the dehydrogenation of TMCH to TMP in use 0.12 kg TMCH per liter of catalyst per hour.
  • This catalyst was then annealed by the method of Example 1 according to the invention and impregnated with Pd (NC "3) 2 solution The annealing and subsequent soaking were repeated a total of 7 times on the same catalyst
  • a sample for measurement was taken after each annealing and after every other potions retained (inventively regenerated catalysts ⁇ 2 to ⁇ ). The measurement results after each annealing and after each subsequent impregnation are shown in Table 2.
  • Table 2 Pd content, catalytic performance, Pd surface area and average measured by CO chemisorption
  • TMP means 2, 3, 6-trimethylphenol.
  • the TMP selectivity was measured before a load drive according to Example 4 and after a
  • the “total" dispersity describes the percentage of Pd atoms present on the surface of the Pd metal particles, based on the total number of Pd atoms present on the support Proportion of Pd atoms located on the surface of the Pd metal particles, based on the number of Pd atoms that were re-applied to the support by post-soaking.
  • the metal surfaces of the catalysts according to the invention and of the comparative experiment were determined by CO chemisorption according to DIN 66136-3.
  • the standard DIN 66136-3 is applicable for chemisorption with regard to the metals platinum and copper.
  • DIN 66136-3 is correspondingly applied to Pd in the context of the present invention.
  • the chemisorption is carried out with a single Anayl- segas. This analysis gas was CO. It was the so-called CO chemisorption. Helium was used as carrier gas for the CO.
  • a comparison of the thermal conductivity detector signal of an injection (loop) with the signal of a manually performed injection served as a calibration (gas syringe). The gravimetric control was done by filling the loop with water.
  • dispersity is to be understood as meaning the percentage of those Pd atoms of a catalyst according to the invention which are located on the surface of the Pd particles, based on the total Pd amount of a catalyst according to the invention.
  • the diameter of the individual Pd particles was calculated from the dispersity according to Anderson (Anderson, JR, Structure of Metallic Catalysts, Academic Press, London 1975, p. It was assumed that the Pd particles are purely spherical particles.
  • N is the number of Pd atoms on the surface of a Pd particle. N is determined by the CO absorption amount measured in CO chemisorption per g of catalyst.
  • Dpd dispersity based on the last impregnation with Pd see Table 2 for example 1.
  • dpd diameter According to Anderson p. 296, apd was assumed to be 1.27 * 10 19 atoms per m 2 .
  • vpd is calculated according to the formula:
  • vpd molecular weight of Pd / (density of Pd * Avogadro constant)
  • the calculated value of 62 nm was confirmed by the large Pd particles with a diameter of 40 nm to 80 nm found in the TEM image in Figure 2.
  • Table 1 shows the “total” dispersity, which relates to the total amount of Pd of a catalyst according to the invention: Table 1 also shows the "post-saturation” dispersity, which relates only to the impregnated amount of Pd of a catalyst according to the invention. In each case, 0.13% by weight of Pd, based on the catalyst material, was impregnated. The measured metal surface of the Pd remains approximately the same for the subsequent impregnation and annealing steps. The calculated from the dispersity "Nachtränkung" diameter of the Pd particles of a catalyst according to the invention confirmed the found in Figure 2 smaller Pd particles with a diameter of about 1 nm to 5 nm.
  • Example 3 Preparation of a catalyst ⁇ according to the invention with a carrier ⁇
  • a comparative catalyst V3 with a Pd content of 1 wt .-% based on the support ß was heated in 2 h in air at 900 0 C and calcined at 900 0 C for a further 2 h. After cooling, the catalyst thus obtained was impregnated with a Pd (NO 3) 2 solution having a Pd content of 1% by weight, based on the support ⁇ . The impregnation volume corresponded to 95% of the water absorption of the carrier ß. The moist catalyst ⁇ was then dried with gentle heating in a gentle stream of air. This catalyst was then dried for 2 h at 120 0 C, heated in 127 min at 450 0 C and annealed for a further 135 min at this temperature.
  • Example 4 TMP selectivity of a catalyst according to the invention ⁇ 1 and of a comparative catalyst V1 after a load
  • a comparative catalyst V1 and a catalyst ⁇ 1 according to the invention were investigated in a tubular reactor with an inner diameter of 21 mm for the respective activity with respect to the TMCH dehydrogenation.
  • 35 ml of the catalyst was placed in a tubular reactor and activated for 2 h at 250 0 C under pure hfe.
  • the TMCH dosage was then switched on at normal pressure and 300 0 C and on 30 ml / h.
  • the receiver flask for the product collection was changed after a break-in period of 1 h and the formed reaction product, TMP, collected for one hour, then weighed and analyzed for the TMCH, anone and TMP content (sample "before loading").
  • the amount of feed was then increased to twice the value for one load run after one hour each time and the original piston for the product collection was changed, and after two times the load was increased, the initial load was continued for another hour ("after load” sample).
  • Product quality before and after this load was compared.
  • the inventive catalyst ⁇ 1 showed a TMCH selectivity of 97.2% before the load and 96.2% after the load.
  • Comparative catalyst V1 achieved only TMP selectivity of 93.9% before loading and 91.9% after loading under the same experimental conditions.
  • TMP selectivity was measured by a Hewlett-Packard HP 5890 Siries 2 gas chromatograph flow injection method.
  • Table 3 TMP selectivity of a comparative catalyst V1 and a catalyst according to the invention ⁇ 1 before and after the loading described in Example 4.
  • Example 5 TMP Selectivity of the Inventive Catalysts ⁇ 2 to ⁇ 8
  • the catalysts ⁇ 2 to ⁇ 8 regenerated according to the invention were subjected to the test described in Example 4. Table 2 shows the results obtained.
  • Example 6 Cyclohexanone dehydrogenation activity of a catalyst according to the invention and of a comparative catalyst
  • a comparative catalyst V1 and a catalyst ⁇ 1 according to the invention were investigated in the apparatus of Inventive Example 4 for their activity with respect to the dehydrogenation of cyclohexanone to the phenol. All parameters (pressure, temperature, H2 flow, reduction) apart from the set feed loads were identical to the conditions in Example 4 according to the invention.
  • the feed load was halved in two steps. Subsequently, the experiment was completed with the original load. Each load was held for 1 hour. Table 4 shows the phenol and cyclohexanone concentrations of the dehydrogenation product as a function of catalyst loading.
  • Example 7 Catalytic Performance of a catalyst according to the invention ⁇ and a comparative catalyst V3 for the dehydrogenation of 3-MPIP to 3-PIC.
  • the comparative catalyst V3 and the catalyst ⁇ of the invention were investigated for the dehydrogenation of 3-MPIP to 3-PIC.
  • 100 ml of the respective catalyst was charged to a reactor. This was followed by activation for 4 h at 100 ° C. in a 20% by volume H 2 (in N 2 ) atmosphere and then at 200 ° C. under pure H 2 for 3 h. Subsequently, at normal pressure and 265 ° C, the 3-MPIP dosage was turned on and set to 30 ml / h. An additional 4 l / h of H 2 and 16 l / h of N 2 were passed over the catalyst bed.
  • Table 5 3-PIC selectivity of a comparative catalyst V3 and a catalyst according to the invention ⁇ before and after the loading described in Example 7.
  • Example 8 Residual selectivity of a catalyst according to the invention ⁇ 1 and a comparative catalyst V1 after loading
  • the inventive catalyst ⁇ 1 and the comparative catalyst V1 were used in a production plant successively in two production campaigns.
  • the reactor temperature was kept constant at 306 ⁇ 2 ° C, the feed with TMCH was 700 to 800 kg / h. After 50 days, the following results were obtained.
  • the comparative catalyst V1 led to a residual selectivity of 87.4% at a production rate of 720 l.
  • the catalyst ⁇ 1 according to the invention led to a residual selectivity of 96.6% at a production rate of 754 l.

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Abstract

The present invention relates to a catalyst, containing a carrier and a catalytically active material. The particles of the catalytically active material are distributed bimodally according to size. The fraction of larger particles of the catalytically active material and the fraction of smaller particles of the catalytically active material are evenly mixed in the catalytically active layer of the catalyst. The catalytically active materials amounts to 50 wt. % or less relative to the catalyst. The invention also relates to a method for producing or for regenerating a catalyst such as that claimed. In a first step of the method, a catalytically active material located on a carrier is coagulated. In a further step, an additional catalytically active material is applied to the carrier. The invention also relates to the use of the catalytically active material for the dehydrogenation of five or six-membered carbon-containing molecular rings to produce aromatic compounds.

Description

Katalysator mit bimodaler Verteilung der Partikel des katalytisch aktiven Materials, Verfahren zu dessen Herstellung und zu dessen Regenerierung und Verwendung des Katalysators.Catalyst with bimodal distribution of the particles of the catalytically active material, process for its preparation and for its regeneration and use of the catalyst.
Beschreibungdescription
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Katalysator, der einen Träger und ein katalytisch aktives Material enthält. Die Partikel des katalytisch aktiven Materials sind dabei bimodal größenverteilt. Die Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials und die Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials liegen gleichmäßig vermischt in der katalytisch aktiven Schicht des Katalysators vor. Das katalytisch aktive Material beträgt 50 Gew.-% oder weniger bezogen auf den Katalysator.The subject of the present invention is a catalyst containing a carrier and a catalytically active material. The particles of the catalytically active material are bimodal size distributed. The fraction of the larger particles of the catalytically active material and the fraction of the smaller particles of the catalytically active material are uniformly mixed in the catalytically active layer of the catalyst. The catalytically active material is 50% by weight or less based on the catalyst.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung oder zur Regenerierung eines erfindungsgemäßen Katalysators. Ein auf einem Träger befindliches katalytisch aktives Material wird dabei in einem ersten Schritt koaguliert. In einem weiteren Schritt wird ein weiteres katalytisch aktives Material auf den Träger aufgebracht.The invention further relates to a process for the preparation or regeneration of a catalyst according to the invention. A catalytically active material located on a support is coagulated in a first step. In a further step, a further catalytically active material is applied to the carrier.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung des katalytisch aktiven Materials zur Dehydrierung von fünf- oder sechsgliedrigen kohlenstoffhaltigen Molekülringen zu aromatischen Verbindungen.The invention further relates to the use of the catalytically active material for the dehydrogenation of five- or six-membered carbon-containing molecule rings to aromatic compounds.
Katalysatoren mit einer bimodalen Größenverteilung des katalytisch aktiven Materials sind bekannt, so beispielsweise Sayari at al. (Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 58 (4) (1992) 285 to 298). Sayari et al. weisen aber daraufhin, dass eine bimodale Größenverteilung mit einer Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials, die homogen über den Träger verteilt ist, und einer Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials, die nur an der äußeren Oberfläche des Trägermaterials angeordnet sind, systematisch in den Katalysatoren auftritt.Catalysts with a bimodal size distribution of the catalytically active material are known, for example Sayari et al. (Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 58 (4) (1992) 285 to 298). Sayari et al. but suggest that a bimodal size distribution with a fraction of the smaller particles of the catalytically active material, which is homogeneously distributed over the carrier, and a fraction of the larger particles of the catalytically active material, which are arranged only on the outer surface of the carrier material systematically occurs in the catalysts.
Tsang et al. (Fullerenes and Fullerene Nanostructure, Proceedings of the International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials, 10th, Kirchberg, Austria, March 2 to 9 1996, page 250 to 254, Editor: Kuzmany, H.) zeigt einen Kohlenstoffnanotubekatalysator mit Palladium als katalytisch aktivem Material. Die aussen auf den Nanotubes angeordneten Palladiumpartikel weisen einen Durchmesser von 20 bis 28 nm auf. Die an der Innenseite der Nanotubes angeordneten kleineren Palladiumpartikel weisen dagegen einen mittleren Durchmesser von ungefähr 2,6 nm auf. Es liegt also keine gleichmäßige Verteilung der bimodal verteilten Palladiumparti- kel auf dem Träger vor. Tsang et al. führen die gute katalytische Aktivität dabei gerade auf die kleineren Palladiumpartikel, die an der Innenseite der Nanotubes angeordnet sind, zurück. DE 19 900 176 beschreibt einen Katalysator mit einer bimodalen Größenverteilung des katalytisch aktiven Materials. Das katalytisch aktive Material ist Nickel. Zirkonium wird als Träger eingesetzt. Der Nickel-Anteil des Katalysators beträgt 60 % oder mehr.Tsang et al. (Fullerenes and Fullerene Nanostructure, Proceedings of the International Winter School on Electronic Properties of Novel Materials, 10th, Kirchberg, Austria, March 2 to 9 1996, page 250 to 254, Editor: Kuzmany, H.) shows a carbon nanotube catalyst with palladium as the catalytically active Material. The outside on the nanotubes arranged palladium particles have a diameter of 20 to 28 nm. On the other hand, the smaller palladium particles arranged on the inside of the nanotube have a mean diameter of approximately 2.6 nm. Thus, there is no uniform distribution of the bimodal distributed palladium particles on the support. Tsang et al. The good catalytic activity is attributed to the smaller palladium particles located on the inside of the nanotube. DE 19 900 176 describes a catalyst with a bimodal size distribution of the catalytically active material. The catalytically active material is nickel. Zirconium is used as a carrier. The nickel content of the catalyst is 60% or more.
EP 1 205 240 offenbart Palladium als katalytisch aktives Material und γ-Aluminiumoxid als Träger. Eine koagulierte Metallphase beschichtet dabei die Partikel das katalytisch aktiven Materials. Eine bimodale Größenverteilung der Partikel des katalytisch aktiven Materials wird als negativ gewertet, da damit nicht das gewünschte Besen ichtungsver- hältnis für eine optimale katalytische Aktivität erreicht werden kann. Es wird vielmehr eine monomodale Größenverteilung des von einem Metall beschichteten katalytisch aktiven Materials empfohlen.EP 1 205 240 discloses palladium as a catalytically active material and γ-alumina as a carrier. A coagulated metal phase coats the particles of the catalytically active material. A bimodal size distribution of the particles of the catalytically active material is considered to be negative, since it can not achieve the desired sweep ratio for optimum catalytic activity. Instead, a monomodal size distribution of the metal-coated catalytically active material is recommended.
Es ist weiterhin bekannt, dass ein deaktivierter Katalysator regeneriert werden kann. Man ist dabei im Allgemeinen bemüht, ein Koagulieren des katalytisch aktiven Materials beispielsweise durch ein Glühen des Trägers zu verhindern, da die koagulierten Partikel des katalytisch aktiven Materials grundsätzlich eine schlechtere katalytische Wirksamkeit zeigen.It is also known that a deactivated catalyst can be regenerated. It is generally endeavored to prevent coagulation of the catalytically active material, for example by a glow of the carrier, since the coagulated particles of the catalytically active material in principle show a poorer catalytic activity.
Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Katalysator bereitzustellen mit einer hohen Standzeit, mit einer hohen katalytischen Aktivität und mit einer hohen erwünschten Selektivität. Der Träger des Katalysators sollte weiterhin einen geringen Abrieb aufweisen.It was an object of the present invention to provide a catalyst having a long service life, a high catalytic activity and a high desired selectivity. The support of the catalyst should continue to have a low abrasion.
Es war weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Regenerierung eines Katalysators bereitzustellen. Insbesondere sollten aufwendig zu produzierende Träger wieder regeneriert werden. Das Verfahren sollte möglichst kostengünstig sein durch wenige Verfahrensschritte und durch die Entbehrlichkeit von chemischen Stoffen, wie Lösungsmitteln. Weiterhin sollte eine mehrmalige Regenerierung des Trä- germaterials möglich sein.It was a further object of the present invention to provide a process for the regeneration of a catalyst. In particular, consuming carrier to be produced should be regenerated again. The process should be as cost-effective as possible by a few process steps and the dispensability of chemical substances such as solvents. Furthermore, a repeated regeneration of the carrier material should be possible.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß gelöst durch Bereitstellung des eingangs beschriebenen Katalysators und eines Verfahrens zu der Herstellung oder zu der Regenerierung des erfindungsgemäßen Katalysators.This object is achieved according to the invention by providing the catalyst described at the outset and a process for the preparation or regeneration of the catalyst according to the invention.
Das katalytisch aktive Material kann ein Stoff der Gruppen 7 bis 11 des Periodensystems sein. Es gilt das Periodensystem nach IUPAC zum Zeitpunkt vonm 4. Februar 2005. Damit sind insbesondere die Elemente Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au gemeint gemeint. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das katalytisch aktive Material Palladium. Das katalytisch aktive Material kann in sämtlichen Formen auf den Träger aufgebracht werden. Das Aufbringen ist in metallischer beziehungsweise in elementarer Form beispielsweise durch ein Aufdampfen möglich. Das katalytisch aktive Material kann aber auch in einer kovalent gebundener Form aufgebracht werden. Es ist auch ein Aufbrin- gen in einer elektrostatisch gebundenen Form möglich. Ein Beispiel ist das Aufbringen in Form eines Salzes oder in Form eines Komplexes des katalytisch aktiven Materials. Das weitere katalytisch aktive Material kann beispielsweise mit dem in DE 19 533 665 beschriebenen Verfahren auf den Träger aufgebracht werden.The catalytically active material may be a substance of Groups 7 to 11 of the Periodic Table. The periodic table according to IUPAC applies at the time of February 4, 2005. This means in particular the elements Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au. In a particularly preferred embodiment, the catalytically active material is palladium. The catalytically active material can be applied to the support in all forms. The application is possible in metallic or in elementary form, for example by vapor deposition. The catalytically active material can also be applied in a covalently bonded form. It is also possible to apply in an electrostatically bound form. An example is the application in the form of a salt or in the form of a complex of the catalytically active material. The further catalytically active material can be applied to the support, for example by the method described in DE 19 533 665.
Ein Oxidträger wird bevorzugt mit einer wässrigen salpetersauren Pd(NO3)2-Lösung getränkt. Der Pd-Gehalt einer Pd(NO3)2-Lösung beträgt dabei im Allgemeinen 5 Gew.- % bis 20 Gew.-%, bevorzugt 10 Gew.-% bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 11 Gew.-% bis 13 Gew.-% bezogen auf die Lösung.An oxide support is preferably impregnated with an aqueous nitric acid Pd (NO 3) 2 solution. The Pd content of a Pd (NO 3) 2 solution is generally from 5% by weight to 20% by weight, preferably from 10% by weight to 15% by weight, particularly preferably from 11% by weight to 13 Wt .-% based on the solution.
Jeder Tränkschritt mit einer Pd(NO3)2-Lösung erhöht in einer weiteren Ausführungsform den Pd-Gehalt des Träger um 1 Gew.-% oder weniger, bevorzugt von 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% bezogen auf den Träger.In a further embodiment, each impregnation step with a Pd (NO 3) 2 solution increases the Pd content of the support by 1% by weight or less, preferably from 0.1% by weight to 0.5% by weight, based on the carrier.
Die Tränkung kann auch mit anderen, dem Fachmann bekannten Pd-Salzen bzw. - Komplexen erfolgen, wie Nitrosylnitrate, Halogenide, Carbonate, Carboxylate, Acetyla- cetonate, Chlorokomplexe, Nitritkomplexe oder Aminkomplexe.The impregnation can also be carried out with other Pd salts or complexes known to the person skilled in the art, such as nitrosyl nitrates, halides, carbonates, carboxylates, acetylacetonates, chloro complexes, nitrite complexes or amine complexes.
Das katalytisch aktive Material liegt im Allgmeinen in der aktiven Form auf dem Träger vor. Diese aktive Form ist abhängig von dem jeweils gewählten katalytisch aktiven Ma- terial.The catalytically active material is generally present in the active form on the carrier. This active form depends on the particular catalytically active material.
Das katalytisch aktive Material ist im Allgemeinen in der reduzierten Form aktiv. Das katalytisch aktive Material muss folglich im Falle von kovalent oder elektrostatisch gebundenen Formen des katalytisch aktiven Materials in der Regel reduziert werden.The catalytically active material is generally active in the reduced form. The catalytically active material must therefore be reduced in the case of covalently or electrostatically bonded forms of the catalytically active material, as a rule.
Diese Reduzierung kann beispielsweise durch Hitzebehandlung unter reinem H2, beispielsweise bei Pd(NO3)2 bei 2300C bis 3000C, bevorzugt bei 2400C bis 2600C für 2 bis 3 h, vorzugsweise für 1 h bis 3 h erfolgen. Die Reduzierung ist aber auch durch CO, Hydrazin und alle anderen dem Fachmann bekannten Reduktionsverfahren möglich.This reduction can, for example, by heat treatment under pure H 2 , for example at Pd (NO 3 ) 2 at 230 0 C to 300 0 C, preferably at 240 0 C to 260 0 C for 2 to 3 h, preferably for 1 h to 3 h respectively. The reduction is also possible by CO, hydrazine and all other reduction methods known in the art.
Es kann nur ein katalytisch aktives Material, beispielsweise Pd auf den Träger aufgebracht werden. Es können aber auch mehrere katalytisch aktive Elemente, beispielsweise zwei, drei oder vier verschiedene Elemente in kovalent oder in elektrostatisch gebundener oder in elementarer Form auf den Träger aufgebracht werden.Only a catalytically active material, for example Pd, can be applied to the carrier. However, it is also possible for a plurality of catalytically active elements, for example two, three or four different elements, to be applied in covalent or in electrostatically bound or in elemental form to the support.
Das katalytisch aktive Material liegt im Allgemeinen in solchen Mengen vor, dass eine katalytische Aktivität gewährleistet wird. Dies ist abhängig vom jeweiligen katalytisch aktiven Material beispielsweise bei Pd in der Regel bei einem Gehalt des katalytisch aktiven Materials von 0,1 Gew.-% oder mehr bevorzugt bei 0,3 Gew.-% und besonders bevorzugt bei 0,5 Gew.-% oder mehr bezogen auf den Katalysator der Fall.The catalytically active material is generally present in such amounts as to ensure catalytic activity. This depends on the respective catalytic active material for example in Pd usually at a content of the catalytically active material of 0.1 wt .-% or more preferably at 0.3 wt .-% and particularly preferably at 0.5 wt .-% or more based on the Catalyst the case.
Das katalytisch aktive Material beträgt 50 Gew.-% oder weniger, bevorzugt 10 Gew.-% oder weniger und besonders bevorzugt 5 Gew.-% oder weniger und insbesondere 1 Gew.-% oder weniger bezogen auf den Katalysator.The catalytically active material is 50% by weight or less, preferably 10% by weight or less, and more preferably 5% by weight or less, and more preferably 1% by weight or less, based on the catalyst.
Als Träger sind grundsätzlich alle bezüglich der zu katalysierenden Reaktion inerten Stoffe möglich. Ein erfindungsgemäßer Träger ist im Allgemeinen ein Feststoff, der bis zur Sintertemperatur des katalytisch aktiven Materials hitzestabil ist.As carriers, in principle all substances which are inert with respect to the reaction to be catalyzed are possible. A carrier according to the invention is generally a solid that is heat stable up to the sintering temperature of the catalytically active material.
Ein erfindungsgemäßer Träger kann ausgewählt sein aus der Gruppe Metalloxide, Nitrite, Carbide, Silikate, Alumosilikate, Spinelle oder Kohlenstoffe. Ein erfindungsgemä- ßer Träger kann aber auch aus mehr als nur einem Material bestehen. Die Metalloxide werden dabei bevorzugt als ein erfindungsgemäßer Träger eingesetzt. Die bevorzugten Träger sind im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung 0C-AI2O3 oder ZrÜ2.A support according to the invention may be selected from the group metal oxides, nitrites, carbides, silicates, aluminosilicates, spinels or carbons. However, a carrier according to the invention can also consist of more than just one material. The metal oxides are preferably used as a carrier according to the invention. The preferred carriers in the context of the present invention are 0C-Al 2 O 3 or ZrO 2.
Ein erfindungsgemäßer α-AbCvTräger wird bevorzugt gemäß DE 19 533 665 herge- stellt. Der Träger weist im Allgemeinen eine spezifische Oberfläche nach BET von 1 m2/g bis 10 m2/g, bevorzugt von 4 m2/g bis 8 m2/g, ein Porendurchmesser von 5 nm bis 300 μm, bevorzugt von 20 nm bis 50 μm und insbesondere von 20 nm bis 10 μm und ein Porenvolumen von 0,1 cm3/g bis 0,5 cm3/g, bevorzugt von 0,2 cm3/g bis 0,3 cm3/g auf.An α-AbCv support according to the invention is preferably prepared according to DE 19 533 665. The support generally has a BET specific surface area of from 1 m 2 / g to 10 m 2 / g, preferably from 4 m 2 / g to 8 m 2 / g, a pore diameter of 5 nm to 300 μm, preferably 20 nm to 50 microns and especially from 20 nm to 10 microns and a pore volume of 0.1 cm 3 / g to 0.5 cm 3 / g, preferably from 0.2 cm 3 / g to 0.3 cm 3 / g.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Katalysator als Schalenkatalysator ausgeformt. Unter Schalenkatalysator ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ein Katalysator zu verstehen, bei dem das katalytisch aktive Material nur in der äußeren Schicht vorkommt. Unter dieser äusseren Schicht ver- steht man die äusseren 600 μm oder weniger, bevorzugt die äusseren 400 μmm oder weniger und insbesondere die äusseren 200 μm des Trägers.In a particularly preferred embodiment of the invention, the catalyst is formed as a shell catalyst. In the context of the present invention, shell-type catalyst is to be understood as meaning a catalyst in which the catalytically active material occurs only in the outer layer. This outer layer is understood to mean the outer 600 μm or less, preferably the outer 400 μm or less and in particular the outer 200 μm of the carrier.
Eine bimodale Größenverteilung der Partikel des katalytisch aktiven Materials liegt vor, wenn die mittleren Durchmesser der Partikel des katalytisch aktiven Materials derart verteilt sind, dass sie zwei Maximas ausbilden.A bimodal size distribution of the particles of the catalytically active material is present when the mean diameters of the particles of the catalytically active material are distributed such that they form two maximas.
Die Messung dieser Maximas erfolgt im Falle von Edelmetallen der Gruppe 10 als katalytisch aktivem Material, wie beispielsweise Pd, bevorzugt durch eine CO- Chemisorption nach DIN 66136-3. Ein durch die CO-Chemisorption erhaltenes Spekt- rum führt nach J. R. Anderson (Structure of Metallic Katalysts, London 1975, p. 358 - 364) zur Dispersität. Die mittleren Durchmesser der Partikel des katalytisch aktiven Materials können aus der Dispersität ebenfalls nach J. R. Anderson errechnet werden. Die Dispersität beschreibt den prozentualen Anteil der Atome, die sich an der Oberfläche der Partikel des katalytisch aktiven Materials befinden, bezogen auf die gesamte Anzahl der Atome des katalytisch aktiven Materials, die sich auf dem Träger eines er- findungsgemäßen Katalysators befinden.The measurement of this Maximas takes place in the case of noble metals of group 10 as a catalytically active material, such as Pd, preferably by a CO Chemisorption according to DIN 66136-3. A spectrum obtained by CO chemisorption leads to dispersity according to JR Anderson (Structure of Metallic Catalysts, London, 1975, pp. 358-364). The average diameters of the particles of the catalytically active material can also be calculated from the dispersity according to JR Anderson. The dispersity describes the percentage of the atoms that are located on the surface of the particles of the catalytically active material, based on the total number of atoms of the catalytically active material, which are on the support of a catalyst according to the invention.
Die DIN 66136-3 ist bestimmungsgemäß für die Chemisorption hinsichtlich der Metalle Platin und Kupfer anwendbar. Die DIN 66136-3 wird im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung entsprechend auf Pd angewendet. Die Chemisorption erfolgt bevorzugt mit einem einzelnen Anaylsegas. Dieses Analysegas ist vorzugsweise CO. Es handelt sich dann um die sog. CO-Chemisorption. Helium kann dabei vorzugsweise als Trägergas für das CO verwendet. Ein Vergleich des Wärmeleitfähigkeitsdetektor-Signals einer Injektion (Schleife) mit dem Signal einer manuell durchgeführten Injektion dient als Calibrierung (Gasspritze). Die gravimetrische Kontrolle kann durch Füllen der Schleife mit Wasser erfolgen. Dies ist in Punkt 3.4.1 der DIN 66136-3 beschrieben. Es ist empfehlenswert, den Katalysator vor der CO-Chemisorptionsmessung bei 2000C für 30 min unter hfe zu reduzieren. Die Rampe beträgt dabei vorzugsweise 5°C/min. Das H2 kann dann vorzugsweise mit Helium weggespült werden. Die Auswertung der Messergebnisse der oben beschriebenen CO-Chemisorption nach Anderson gründet auf der Annahme, dass es sich bei den Partikeln des katalytisch aktiven Materials um sphärische Partikel handelt. Sphärisch bedeutet kugelig.The standard DIN 66136-3 is applicable for chemisorption with regard to the metals platinum and copper. DIN 66136-3 is applied to Pd in the context of the present invention. The chemisorption is preferably carried out with a single Anaylsegas. This analysis gas is preferably CO. This is the so-called CO chemisorption. Helium can be used preferably as a carrier gas for the CO. A comparison of the thermal conductivity detector signal of an injection (loop) with the signal of a manually performed injection serves as a calibration (gas syringe). The gravimetric control can be done by filling the loop with water. This is described in point 3.4.1 of DIN 66136-3. It is advisable to reduce the catalyst before the CO chemisorption at 200 0 C for 30 min under hfe. The ramp is preferably 5 ° C / min. The H 2 can then preferably be washed away with helium. The evaluation of the measurement results of the Anderson CO chemisorption described above is based on the assumption that the particles of the catalytically active material are spherical particles. Spherical means spherical.
Die Dispersität und der mittlere Durchmesser der Partikel der Fraktion der kleineren Partikel des kataytisch aktiven Materials eines erfindungsgemäßen Katalysators lassen sich beispielsweise insbesondere im Falle von Pd als katalytisch aktivem Material wie folgt ermitteln. Das katalytisch aktive Material wird erstmals auf den Träger beispielsweise in der in Vergleichsbeispiel 1 beschriebenen Art und Weise aufgebracht. Daran schließt sich eine CO-Chemisorptionsmessung. Diese CO-Chemisorptionsmessung ergibt den mittleren Durchmesser und die Dispersität der Partikel der Fraktion der klei- neren Partikel des katalytisch aktiven Materials. Ein solcher Wert ist beispielsweise in Tabelle 2 zum erfindungsgemäßen Beispiel 1 an den Katalalysatoren α2 bis αδ zu sehen. Der Anteil des nachgetränkten katalytisch aktiven Materials, der auf den Partikeln der Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials bei dem Aufbringen eines weiteren katalytisch aktiven Materials fällt, wurde bei der Berechnung des mittle- ren Durchmessers und der Dispersion vernachlässtigt, da diese Fläche in der Regel nur 10 % der Fläche der Partikel der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials ausmacht. Dies ist an Tabelle 2, Spalte Dispersität, Unterspalte Pd- Metalloberfläche zu sehen.The dispersity and the mean diameter of the particles of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material of a catalyst according to the invention can be determined, for example, in particular in the case of Pd as the catalytically active material, as follows. The catalytically active material is first applied to the support, for example in the manner described in Comparative Example 1. This is followed by a CO chemisorption measurement. This CO chemisorption measurement gives the mean diameter and dispersity of the particles of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material. Such a value can be seen, for example, in Table 2 for Inventive Example 1 on the catalysis analyzers α2 to αδ. The proportion of the impregnated catalytically active material which falls on the particles of the fraction of the larger particles of the catalytically active material in the application of a further catalytically active material was neglected in the calculation of the average diameter and the dispersion, since this area in the As a rule, only 10% of the area of the particles makes up the fraction of the smaller particles of the catalytically active material. This can be seen in Table 2, column Dispersity, sub-column Pd metal surface.
Die Dispersität und der mittlere Durchmesser der Partikel der Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials lässt sich beispielsweise insbesondere im Falle von Pd als katalytisch aktivem Material wie folgt ermitteln. Das in Beispiel 1 be- schriebene Verfahren der Kalzinierung führt zur Koagulation der Partikel des kataly- tisch aktiven Materials. Eine anschließende CO-Chemisorptionsmessung nach dem oben beschriebenen Verfahren ergibt dann die Dispersität und den durchschnittlichen Durchmesser der Partikel der Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials. Ein solcher Wert ist beispielsweise in der ersten Zeile von Tabelle 2 zum Beispiel 1 beim Katalysator V5 zu sehen.The dispersity and the mean diameter of the particles of the fraction of the larger particles of the catalytically active material can be determined, for example, in particular in the case of Pd as the catalytically active material as follows. The example given in Example 1 The method of calcination leads to coagulation of the particles of the catalytically active material. A subsequent CO chemisorption measurement according to the method described above then gives the dispersity and the average diameter of the particles of the fraction of the larger particles of the catalytically active material. Such a value can be seen, for example, in the first row of Table 2, for example, 1 in the catalyst V5.
Diese beiden durch die oben beschriebenen CO-Chemisorption ermittelten Maximas können beispielsweise durch eine Transmissionselektronenmikroskopaufnahme bestä- tigt werden. Es wird dabei im Allgemeinen eine TEM-Hellfeld-Abbildung in Durchsicht gemacht. Als Messgerät für eine TEM mit Feldemissionsquelle eignet sich beispielsweise ein FEI-Tecnai F20 des Herstellers FEI, Holland.These two maximas determined by the CO chemisorption described above can be confirmed, for example, by a transmission electron micrograph. In general, a TEM bright field image is made in review. As a measuring device for a TEM with field emission source, for example, a FEI-Tecnai F20 of the manufacturer FEI, Holland is suitable.
Die Fixierung des Katalysators kann dabei durch eine Einbettung in Kunstharz erfol- gen. Die Ultradünnschnitte (auf Wasser abflottiert) können mit einem Microtom Leica- Ultracut des Herstellers Leica gemacht werden.The fixation of the catalyst can take place by embedding in synthetic resin. The ultrathin sections (floated on water) can be made with a Microtom Leica Ultracut from the manufacturer Leica.
Die Verifizierung des katalytisch aktiven Materials kann durch eine EDXS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy) erfolgen. Die EDXS ist insbesondere bei einer Kern- ladungszahl größer 7 geeignet. HAADF-STEM-Aufnahmen (High Angle Annular Dark Field-Scanning TEM) können komplementär zu den TEM-Aufnahmen zur besseren Lokalisierung der Partikel des katalytisch aktiven Materials vorgenommen werden.The verification of the catalytically active material can be carried out by an EDXS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy). The EDXS is particularly suitable for a core charge of greater than 7. HAADF STEM images (High Angle Annular Dark Field Scanning TEM) can be made complementary to the TEM images for better localization of the particles of the catalytically active material.
Die Transmissionselektronenmikroskopaufnahmen zeigen erfindungsgemäß zwei ver- schiedene Fraktionen der Partikel des katalytisch aktiven Materials.According to the invention, the transmission electron micrographs show two different fractions of the particles of the catalytically active material.
Das Maximum der Fraktion der größeren Partikel sowie deren Dispersität sind deutlich von dem Maximum der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials sowie deren Dispersität unterscheidbar.The maximum of the fraction of the larger particles and their dispersity are clearly distinguishable from the maximum of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material and their dispersity.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt das Maximum der Partikel der kleineren Fraktion des katalytisch aktiven Materials von 1 nm bis 10 nm, besonders bevorzugt von 3 nm bis 7 nm. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt das Maximum der größeren Fraktion der Partikel des katalytisch aktiven Materials von 50 nm bis 100 nm, bevorzugt von 60 nm bis 80 nm.In a preferred embodiment, the maximum of the particles of the smaller fraction of the catalytically active material from 1 nm to 10 nm, more preferably from 3 nm to 7 nm. In another embodiment of the invention, the maximum of the larger fraction of the particles of the catalytically active material from 50 nm to 100 nm, preferably from 60 nm to 80 nm.
Die Dispersität der Partikel der kleineren Fraktion des katalytisch aktiven Materials beträgt in einer besonderen Ausführungsform 10 % oder mehr, bevorzugt 15 % oder mehr und besonders bevorzugt 20 % oder mehr und insbesondere 25 % oder mehr. Die Dispersität der Partikel der größeren Fraktion des katalytisch aktiven Materials beträgt im Allgemeinen 10 % oder weniger, bevorzugt 5 % oder weniger und besonders bevorzugt 2 % oder weniger. Die Messung dieser Maximas erfolgt dabei durch CO-Chemisorption nach DIN 66136- 3. Diese wird im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung auch entsprechend auf Pd angewendet. Die CO-Chemisorption erfolgt mit einem einzelnen Analysegas, dem CO. Es handelt sich dann um die sog. CO-Chemisorption. Helium wird als Trägergas für das CO verwendet. Ein Vergleich des Wärmeleitfähigkeitsdetektor-Signals einer Injektion (Schleife) mit dem Signal einer manuell durchgeführten Injektion dient als Ca- librierung (Gasspritze). Die gravimetrische Kontrolle erfolgt durch Füllen der Schleife mit Wasser. Dies ist in Punkt 3.4.1 der DIN 66136-3 beschrieben. Der Katalysator wird vor der CO-Chemisorptionsmessung bei 2000C für 30 min unter hfe reduziert. Die Rampe beträgt dabei 5°C/min.In a particular embodiment, the dispersity of the particles of the smaller fraction of the catalytically active material is 10% or more, preferably 15% or more and particularly preferably 20% or more and in particular 25% or more. The dispersity of the particles of the larger fraction of the catalytically active material is generally 10% or less, preferably 5% or less, and more preferably 2% or less. The measurement of this Maximas takes place by CO chemisorption according to DIN 66136-3. In the context of the present invention, this is also applied correspondingly to Pd. The CO chemisorption is carried out with a single analysis gas, the CO. This is the so-called CO chemisorption. Helium is used as a carrier gas for the CO. A comparison of the thermal conductivity detector signal of an injection (loop) with the signal of a manually performed injection serves as calibration (gas syringe). The gravimetric control is done by filling the loop with water. This is described in point 3.4.1 of DIN 66136-3. The catalyst is reduced before the CO Chemisorptionsmessung at 200 0 C for 30 min under hfe. The ramp is 5 ° C / min.
Die Berechnung der Dispersität aus dem Chemisorptionsspektrum erfolgte nach Anderson mit folgenden Parametern:The calculation of the dispersity from the chemisorption spectrum was carried out according to Anderson with the following parameters:
Dpd = N / Gesamtzahl der Pd-Atome in den Pd-PartikelnDpd = N / total number of Pd atoms in the Pd particles
N ist die Anzahl der Pd-Atome an der Oberfläche eines Pd-Partikels. N wird ermittelt durch die in der CO-Chemisorption gemessene CO-Absorptionsmenge pro g Katalysa- tor.N is the number of Pd atoms on the surface of a Pd particle. N is determined by the CO absorption amount per g of catalyst measured in CO chemisorption.
Die Berechnung der mittleren Durchmesser der Partikel des katalytisch aktiven Materials erfolgte nach Anderson mit folgender Formel:The calculation of the mean diameter of the particles of the catalytically active material was carried out according to Anderson with the following formula:
dpd = 6 * (vpd/aPd) * (1/Dpd)dpd = 6 * (vpd / a Pd ) * (1 / Dpd)
Vpd effektives Volumen eines Pd-Atoms in einem Pd-Partikel apd effektive Fläche eines Pd-Atoms, welches sich an der Oberfläche eines Pd- Partikels befindet Dpd Dispersität bezogen auf die letzte Tränkung mit Pd, siehe Tabelle 2 zum BeispielVpd effective volume of a Pd atom in a Pd particle apd effective area of a Pd atom located on the surface of a Pd particle Dpd dispersity with respect to the last impregnation with Pd, see Table 2 for example
1. dpd Durchmesser1. dpd diameter
apd wurde nach Anderson S. 296 angenommen als 1 ,27*1019 Atome pro m2. vpd be- rechnet sich nach der Formel:According to Anderson p. 296, apd was assumed to be 1.27 * 10 19 atoms per m 2 . vpd calculates according to the formula:
vpd = Molmasse des Pd/(Dichte des Pd * Avogadro-Konstante)vpd = molecular weight of Pd / (density of Pd * Avogadro constant)
In einer besonderen Ausführungsform beträgt der mittlere Durchmesser der Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials das zehnfache oder mehr des mittleren Durchmessers der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials. Die Messung dieses Durchmessers der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials erfolgt dabei nach derselben CO-Chemisorption und nach derselben Auswertung, nach der die Messung der Maximas erfolgte.In a particular embodiment, the average diameter of the fraction of the larger particles of the catalytically active material is ten times or more of the mean diameter of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material. The measurement of this diameter of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material takes place after the same CO chemisorption and after the same evaluation, after which the measurement of the Maximas took place.
In einer weiteren Ausführungsform liegen die Fraktion der größeren Partikel und die Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials monodispers vor. Unter monodispers versteht man im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine niedrige Abweichung vom Mittelwert der Durchmesser innerhalb einer Fraktion der Partikel des katalytisch aktiven Materials. Eine niedrige Abweichung liegt im Allgemeinen vor, wenn der durch CO-Chemisorption gemessene mittlere Durchmesser der Partikel des katalytisch aktiven Materials um 20 % oder weniger, bevorzugt um 15 % oder weniger und besonders bevorzugt um 10 % oder weniger und insbesondere um 5 % oder weniger überschritten oder um 20 % oder weniger, bevorzugt um 15 % oder we- niger und besonders bevorzugt um 10 % oder weniger und insbesondere um 5 % oder weniger unterschritten wird.In a further embodiment, the fraction of the larger particles and the fraction of the smaller particles of the catalytically active material are monodisperse. In the context of the present invention, monodisperse means a small deviation from the mean value of the diameters within a fraction of the particles of the catalytically active material. A low deviation is generally present when the average diameter of the particles of the catalytically active material measured by CO chemisorption is 20% or less, preferably 15% or less, and more preferably 10% or less and in particular 5% or less exceeded or by 20% or less, preferably by 15% or less and more preferably by 10% or less and in particular by 5% or less.
Diese Unterschreitung oder diese Überschreitung können beispielsweise auch durch die oben beschriebene Transmissionselektronenmikroskopie festgestellt werden. Eine erfindungsgemäße monodisperse Verteilung des Durchmessers der Partikel der Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials und der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials ist beispielsweise in Beispiel 1 , Abbildung 2 zu sehen.This undershoot or overshoot can also be detected, for example, by the transmission electron microscopy described above. A monodisperse distribution according to the invention of the diameter of the particles of the fraction of the larger particles of the catalytically active material and the fraction of the smaller particles of the catalytically active material can be seen, for example, in Example 1, FIG.
In einer weiteren Ausführungsform liegen die Partikel des katalytisch aktiven Materials sphäroidisch mit einem Verhältnis des kleinsten zum größten Durchmessers eines Partikels von 0,5 bis 1, bevorzugt von 0,7 bis 1 und besonders bevorzugt von 0,9 bis 1 vor.In a further embodiment, the particles of the catalytically active material are spheroidal with a ratio of the smallest to the largest diameter of a particle of from 0.5 to 1, preferably from 0.7 to 1 and particularly preferably from 0.9 to 1 before.
Unter einer gleichmäßigen Vermischung der Fraktionen der kleineren Partikel und der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials versteht man im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass die Partikel keine größenabhängige bevorzugte Anordnung aufweisen. Die Partikelgröße des katalytisch aktiven Materials bestimmt also in der Regel nicht die Anordnung auf dem Träger. Es sind also im Allgemeinen keine Flächen auf der Oberfläche des Trägers zu beobachten, auf denen nur Partikel der Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials vorkommen. Es sind im Allgemeinen auch keine Flächen auf der Oberfläche des Trägers zu beobachten, auf denen nur Partikel der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials vorkommen. Eine natürliche Grenze bildet selbstverständlich die Oberflächenstruktur des Katalysators. Die Verteilung ist folglich im Allgemeinen gleichmäßig unter Beachtung der physikalischen Grenzen, die durch die Oberflächenstruktur des Trägers vorgegeben sind. In einer bevorzugten Ausführungsform lässt die physikalische Struktur des Trägers eine gleichmäßige Verteilung der Partikel der Fraktion der größeren Partikel und der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials in der katalytisch aktiven Schicht des Katalysators zu. Dies kann beispielsweise für Zeolithe oder für Nano- tubes unter Umständen nicht gegeben sein.A uniform mixing of the fractions of the smaller particles and the larger particles of the catalytically active material is understood in the context of the present invention that the particles have no size-dependent preferred arrangement. The particle size of the catalytically active material thus generally does not determine the arrangement on the carrier. In general, therefore, no surfaces can be observed on the surface of the support on which only particles of the fraction of the larger particles of the catalytically active material occur. In general, no surfaces can be observed on the surface of the carrier on which only particles of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material occur. Of course, a natural limit is the surface structure of the catalyst. The distribution is therefore generally uniform considering the physical limits imposed by the surface structure of the carrier. In a preferred embodiment, the physical structure of the carrier allows a uniform distribution of the particles of the fraction of the larger particles and the fraction of the smaller particles of the catalytically active material in the catalytically active layer of the catalyst. This may not be the case for zeolites or nanotubes, for example.
Eine gleichmäßige Vermischung der Fraktion der kleineren Partikel und der Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials ist beispielsweise dann gegeben, wenn man mit der eingangs beschriebenen Transmissionselektronenmikroskopie eine Verteilung der Partikel des katalytisch aktiven Materials wie in der Abbildung 2 zum Beispiel 1 erhält. Die Abbildung 2 zum Beispiel 1 zeigt, dass die Partikel des katalytisch aktiven Materials gleichmäßig auf der Oberfläche des Trägers verteilt sind. Es sind keine Oberflächen des Katalysators zu sehen, auf denen bevorzugt nur die Partikel der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials oder nur der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials vorkommen.A uniform mixing of the fraction of the smaller particles and the fraction of the larger particles of the catalytically active material is given, for example, when using the transmission electron microscopy described above to obtain a distribution of the particles of the catalytically active material as in FIG. For example, Figure 2 shows that the particles of catalytically active material are evenly distributed on the surface of the carrier. There are no surfaces of the catalyst to see on which preferably only the particles of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material or only the larger particles of the catalytically active material occur.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators. Dabei wird in einem ersten Schritt ein auf einem Träger befindliches katalytisch aktives Material auf dem Träger koaguliert. In ei- nem zweiten Schritt wird ein katalytisch aktives Material auf diesen Träger mit dem koagulierten katalytisch aktiven Material aufgebracht.Another object of the present invention is a process for the preparation of a catalyst according to the invention. In this case, a catalytically active material located on a carrier is coagulated on the carrier in a first step. In a second step, a catalytically active material is applied to this carrier with the coagulated catalytically active material.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Koagulation durch Sintern des auf einem Träger befindlichen katalytisch aktiven Materials. Unter Sintern versteht man eine thermische Behandlung bei 50 % oder mehr, bevorzugt bei 60 % oder mehr bezogen auf die absolute Schmelztemperatur. Die Koagulation der Partikel des katalytisch aktiven Materials kann aber auch bei höheren Temperaturen erfolgen.In a particularly preferred embodiment of the present invention, coagulation takes place by sintering the catalytically active material supported on a support. By sintering is meant a thermal treatment at 50% or more, preferably at 60% or more based on the absolute melting temperature. The coagulation of the particles of the catalytically active material can also be carried out at elevated temperatures.
Ein Koagulieren der Partikel des katalytisch aktiven Materials durch Sintern des katalytisch aktiven Materials erfolgt in der Regel so lange bis die Partikel des katalytisch aktiven Materials koaguliert sind. Die Dauer des Sintems ist dabei im Allgemeinen abhängig von der Art des katalytisch aktiven Materials. Beispielsweise können die Partikel bei Palladium als katalytisch aktivem Material auch bei Temperaturen von 9000C oder mehr auf einem Träger beispielsweise für 2 h durch Kalzinieren koaguliert werden. Es kann aber auch abhängig vom katalytisch aktiven Material auch kürzer oder länger gesintert werden.A coagulation of the particles of the catalytically active material by sintering of the catalytically active material is generally carried out until the particles of the catalytically active material are coagulated. The duration of sintering is generally dependent on the type of catalytically active material. For example, in the case of palladium as a catalytically active material, the particles can also be coagulated by calcining, for example for 2 hours, at temperatures of 900 ° C. or more on a support. However, it can also be sintered shorter or longer depending on the catalytically active material.
Als Träger wird vorzugsweise ein nach DE 19 533 665 hergestellter α-AbOs-Träger verwendet, der vorzugsweise mit Palladiumsalzlösung getränkt wurde. Dabei handelt es sich vorzugsweise um einen CIM-Träger. Unter CIM-Träger ist im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung oxidischer Träger zu verstehen, welcher durch Sinterung eines Oxidpulvers unter Zuhilfenahme eines Polymerbildners hergestellt wird. Einzelheiten der Herstellung lehrt entweder DE 19 533 468 oder DE 19 533 665. Die Entfernung des polymeren Binders kann entweder durch Kalzinieren oder durch Entbinderung mit anderen Oxidantien wie beispielsweise der Salpetersäure erfolgen.The carrier used is preferably an α-AbOs carrier prepared according to DE 19 533 665, which was preferably impregnated with palladium salt solution. It is preferably a CIM carrier. In the context of the present invention, CIM carrier is to be understood as meaning oxidic carrier which is produced by sintering an oxide powder with the aid of a polymer former. Details of the preparation teach either DE 19 533 468 or DE 19 533 665. The removal of the polymeric binder can be carried out either by calcination or by debindering with other oxidants such as nitric acid.
Für die Herstellung eines solchen α-AbOs-CIM-Trägers wird beispielsweise OC-AI2O3- Pulver mit einer Partikelgröße von 0,2 μm bis 4 μm, bevorzugt von 0,5 μm bis 1 ,0 μm mit einem Polymerbildner geknetet, aufgeschmolzen und über einen Schwerwalzenextruder zu einem Granulat mit der Größe von 1 mm bis 10 mm, bevorzugt von 3 mm bis 6 mm verarbeitet. In einem weiteren Produktionsschritt wird der Grünling vorzugsweise durch Pyrolyse vom polymeren Binder befreit und anschließend kalziniert. Ein so entstandener CIM-Träger zeichnet sich durch eine besonders enge Porenradienvertei- lung aus.For the production of such an α-AbOs CIM carrier, for example, OC-Al2O3 powder having a particle size of 0.2 .mu.m to 4 .mu.m, preferably from 0.5 .mu.m to 1, 0 .mu.m kneaded with a polymer former, melted and over a Schwerwalzene extruder to a granulate having the size of 1 mm to 10 mm, preferably processed from 3 mm to 6 mm. In a further production step, the green compact is preferably freed from the polymeric binder by pyrolysis and then calcined. A resulting CIM support is characterized by a particularly narrow pore radius distribution.
Der fertig gestellte Träger kann dann insbesondere mit einer Palladiumsalzlösung, besonders bevorzugt mit Pd(NO3)2, getränkt werden. Der Pd-Gehalt der Pd(NC"3)2 kann in weiten Bereichen variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Palladi- umgehalt der Palladiumnitratlösung 0,05 Gew.-% bis 2 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,12 Gew.-% bis 0,14 Gew.-% bezogen auf den erfindungsgemäßen Katalysator.The finished carrier can then in particular be impregnated with a palladium salt solution, particularly preferably with Pd (NO 3) 2. The Pd content of the Pd (NC "3) 2 can vary within wide limits In a preferred embodiment, the palladium content of the palladium nitrate solution is 0.05% by weight to 2% by weight, particularly preferably 0.12% by weight. -% to 0.14 wt .-% based on the catalyst of the invention.
Der so getränkte Katalysator kann anschließend getrocknet werden. Die Trocknung kann mit einer Vielzahl von geeigneten Trocknungsverfahren erfolgen. Die Trocknung erfolgt dabei vorzugsweise schonend für den Träger. Dies ist beispielsweise bei einem Trocknen unter leichter Erwärmung in einem schwachen Luftstrom unter ständigem Drehen der Fall. Die Restfeuchtigkeit des Trägers beträgt im Allgemeinen 1 Gew.-% oder weniger bezogen auf den Träger α.The soaked catalyst can then be dried. The drying can be carried out with a variety of suitable drying methods. The drying is preferably carried out gently for the carrier. This is the case, for example, during drying with gentle heating in a weak stream of air with constant rotation. The residual moisture of the carrier is generally 1% by weight or less based on the carrier α.
Ein Sintern des katalytisch aktiven Materials auf dem Träger kann zu Spannungen und Rissen im Träger führen. Diese Spannungen und Risse können beispielsweise durch ein Tempern im Anschluss an das Trocknen beseitigt werden. Ein Tempern kann auch der Zersetzung der Nitrate zu den entsprechenden Oxiden dienen. Tempern bedeutet das Erhitzen des Katalysators über einen längeren Zeitraum hinweg. Das Temperatur- profil beim Tempern ist dabei bevorzugt in Abhängigkeit vom Material des Trägers und vom katalytisch aktiven Material eines erfindungsgemäßen Katalysators zu bestimmen.Sintering of the catalytically active material on the carrier can lead to stresses and cracks in the carrier. These stresses and cracks can be removed, for example, by annealing following drying. Annealing may also serve to decompose the nitrates to the corresponding oxides. Annealing means heating the catalyst for an extended period of time. The temperature profile during annealing is preferably determined as a function of the material of the carrier and of the catalytically active material of a catalyst according to the invention.
Ein nach DE 19 533 665 hergestellter α-AbOs-CIM-Träger, der vorzugsweise mit Palladiumsalzlösung getränkt wurde, kann beispielsweise in 2 h auf 3500C aufgeheizt und für weitere 4 h bei dieser Temperatur getempert werden. Ein weiteres katalytisch aktives Material kann grundsätzlich jedes katalytisch aktive Material sein. Es werden vorzugsweise die oben aufgeführten katalytisch aktiven Materialien verwendet. Ein besonders bevorzugtes katalytisch aktives Material ist Pd.A produced according to DE 19533665 α subscriptions CIM support which has been preferably impregnated with palladium salt solution, for example, heated in 2 hours to 350 0 C and are annealed for a further 4 h at this temperature. In principle, another catalytically active material can be any catalytically active material. The catalytically active materials listed above are preferably used. A particularly preferred catalytically active material is Pd.
Ein weiteres katalytisch aktives Material ist in einer bevorzugten Ausführungsform das stofflich chemisch gleiche katalytisch aktive Material wie das koagulierte katalytisch aktive Material. In einer bevorzugten Ausführungsform wird Pd koaguliert und Pd als weiteres katalytisch aktives Material aufgebracht.Another catalytically active material is in a preferred embodiment, the material chemically same catalytically active material as the coagulated catalytically active material. In a preferred embodiment, Pd is coagulated and Pd applied as another catalytically active material.
Eine Koagulation des katalytisch aktiven Materials und das anschließende Aufbringen eines katalytisch aktiven Material kann einmal erfolgen. Die Koagulation und das anschließende Aufbringen des katalytisch aktiven Materials können aber auch zwei-, drei- , vier-, fünf-, sechs-, sieben-, acht-, neun- oder zehnmal oder mehr als zehnmal erfolgen. Dabei erhöht sich der Gehalt an dem katalytisch aktiven Material des Trägers. Das Koagulieren und das Aufbringen eines weiteren katalytisch aktiven Materials sind im Allgemeinen so oft möglich, bis das katalytisch aktive Material in wirtschaftlich unrentablen Mengen im Katalysator vorliegt.Coagulation of the catalytically active material and the subsequent application of a catalytically active material can take place once. However, the coagulation and the subsequent application of the catalytically active material can also take place two, three, four, five, six, seven, eight, nine, or ten times or more than ten times. In this case, the content of the catalytically active material of the carrier increases. Coagulation and application of another catalytically active material is generally possible until the catalytically active material is present in economically unviable amounts in the catalyst.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einem frischen Katalysator vorgenommen werden. Unter einem frischen Katalysator ist im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Katalysator zu verstehen, der noch nicht zur Katalyse eingesetzt wurde. Es handelt sich dabei im Allgemeinen um einen neu hergestellten Katalysator ohne wesentliche Verunreinigungen durch Nebenprodukte der zu katalysierenden Reaktion und insbesondere ohne organische Ablagerungen.The process according to the invention can be carried out with a fresh catalyst. In the context of the present invention, a fresh catalyst is to be understood as meaning, in particular, a catalyst which has not yet been used for catalysis. It is generally a newly prepared catalyst without significant impurities by by-products of the reaction to be catalyzed and in particular without organic deposits.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich aber auch zur Regenerierung eines deaktivierten Katalysators einsetzen. Unter einem deaktiviertem Katalysator versteht man einen Katalysator, der beispielsweise nach dem in DE 19 533 665 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, mit Palladium großtechnisch getränkt wurde und beispiels- weise länger als 50 Tage in einer großtechnischen Anlage bei einer Feed-Belastung von 0,12 kg 2,3,6-Trimethylphenol pro I Katalysator pro Stunde im Einsatz war. Deaktivierung bedeutet insbesondere, dass die katalytische Aktivität eines Katalysators unter ein wirtschaftlich rentables Niveau gesunken ist, so dass der Katalysator im großtechnischen Betrieb ausgetauscht werden müsste. Dies ist im Allgemeinen bei einer Selek- tivität für das erwünschte Reaktionsprodukt von 80 % oder weniger der Fall.However, the process of the invention can also be used for the regeneration of a deactivated catalyst. A deactivated catalyst is understood as meaning a catalyst which has been prepared, for example, by the process described in DE 19 533 665, has been impregnated with palladium on an industrial scale and, for example, for more than 50 days in a large-scale plant at a feed load of 0.12 kg 2,3,6-trimethylphenol per liter of catalyst per hour was in use. Deactivation means, in particular, that the catalytic activity of a catalyst has fallen below an economically viable level, so that the catalyst would have to be replaced in large-scale operation. This is generally the case for a selectivity for the desired reaction product of 80% or less.
Ein solcher deaktivierter Katalysator wird erfindungsgemäß durch ein Koagulieren des auf dem Träger befindlichen katalytisch aktiven Materials und in einem weiteren Schritt durch ein Aufbringen eines weiteren katalytisch aktiven Materials auf den Träger rege- neriert. Das Koagulieren erfolgt beispielsweise durch eine Hitzebehandlung bei der Sintertemperatur des katalytisch aktiven Materials eines erfindungsgemäßen Katalysators. Das Sintern erfolgt in der Regel über einen solchen Zeitraum, der ein Koagulieren der Partikel des katalytisch aktiven Materials ermöglicht.According to the invention, such a deactivated catalyst is regenerated by coagulating the catalytically active material present on the carrier and, in a further step, by applying a further catalytically active material to the carrier. The coagulation is carried out, for example, by a heat treatment at the sintering temperature of the catalytically active material of a catalyst according to the invention. The sintering is usually carried out over such a period of time, which allows coagulation of the particles of the catalytically active material.
Ein deaktivierten α-AbCvTräger, der nach DE 19 533 665 hergestellt wurde, kann so durch das Glühen bei einer ungewöhnlich hohen Temperatur von 9000C über einen Zeitraum von 2 h regeneriert werden. Ein weiteres katalytisch aktives Material wird in einem weiteren Schritt auf den so regenerierten Träger aufgebracht.A deactivated α-AbCvTräger, which was prepared according to DE 19 533 665, can be regenerated by the annealing at an unusually high temperature of 900 0 C over a period of 2 h. Another catalytically active material is applied in a further step on the carrier thus regenerated.
Dabei ist erfindungsgemäß eine Regenerierung möglich. Es können aber auch mehrere Regenerierungen stattfinden. Ein deaktivierter Katalysator kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren regeneriert werden und anschließend im Betrieb zum Einsatz kommen bis eine weitere Deaktivierung vorgenommen wird. Daraufhin kann der zum zweiten mal deaktivierte Katalysator nach dem erfindungsgemäßen Verfahren regeneriert werden, so dass er ein zweites mal zum Einsatz kommen kann. Es sind zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, aber auch zehn oder mehr Regenerierungsschritte möglich.In this case, regeneration is possible according to the invention. But it can also take several regenerations. A deactivated catalyst can be regenerated by the process according to the invention and then used during operation until a further deactivation is carried out. Then, the catalyst deactivated for the second time can be regenerated by the method according to the invention, so that it can be used a second time. There are two, three, four, five, six, seven, eight, nine, but also ten or more regeneration steps possible.
Ein nach DE 19 533 665 hergestellter und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren regenerierter oder behandelter Katalysator zeigt in einer weiteren Ausführungsform überraschenderweise keine Einbußen in der katalytischen Performance. Die katalyti- sche Performance beschreibt in diesem Zusammenhang vor allem die katalytische Performance über einen Belastungstest, wie er in dem erfindungsgemäßen Beispiel 4 beschrieben ist. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren regenerierter Katalysator weist in einer bevorzugten Ausführungsform sogar eine bessere katalytische Performance als ein frischer Katalysator auf.A catalyst prepared according to DE 19 533 665 and regenerated or treated by the process according to the invention surprisingly shows no further losses in the catalytic performance in a further embodiment. The catalytic performance in this context primarily describes the catalytic performance via a stress test, as described in Example 4 according to the invention. In a preferred embodiment, a catalyst regenerated by the process according to the invention even has a better catalytic performance than a fresh catalyst.
Unter einer guten katalytischen Performance ist im Allgemeinen eine Selektivität für das erwünschte Produkt von 90 % oder mehr, insbesondere von 94 % oder mehr, besonders bevorzugt von 98 % oder mehr zu verstehen. Ein nach DE 19 533 665 hergestellter und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren regenerierter oder hergestellter Katalysator kann beispielsweise bei der Dehydrierung von 2,3,6-Trimethyl-2- cyclohexen-1-on eine Selektivität für 2,3,6-Trimethylphenol von 98 % oder mehr auf- weisen.By good catalytic performance is generally meant a selectivity to the desired product of 90% or greater, more preferably 94% or greater, most preferably 98% or greater. A catalyst prepared according to the process of the invention and prepared according to the process of the invention can, for example, in the dehydrogenation of 2,3,6-trimethyl-2-cyclohexene-1-one, have a selectivity to 2,3,6-trimethylphenol of 98%. or more.
Diese überraschend gute katalytische Performance eines erfindungsgemäß regenerierten Katalysators ist in einer weiteren Ausführungsform auch nach einer Belastung des Katalysators noch vorhanden. Die katalytische Performance wird im Allgemeinen nicht wesentlich mehr durch eine Belastung verschlechtert als bei einem frischen Katalysator. Der erfindungsgemäß regenerierte Träger zeigt also im Allgemeinen keine wesent- lieh anderen Alterungserscheinungen oder sogar ein besseres Alterungsverhalten als ein frischer Katalysator.This surprisingly good catalytic performance of an inventively regenerated catalyst is still present in a further embodiment, even after a load on the catalyst. The catalytic performance is generally not significantly degraded by a load compared to a fresh catalyst. The carrier regenerated according to the invention thus generally shows no significant lent other aging phenomena or even a better aging behavior than a fresh catalyst.
Diese gute katalytische Performance des erfindungsgemäß regenerierten Katalysators ist insbesondere deswegen überraschend, weil nach der klassischen Regeneriermethode mit einem Abrennen der kohlenstoffhaltigen Ablagerungen durch 02-enthaltende Regeneriergase bei 4000C bis 5000C nur eine schlechtere katalytische Performance als mit einem frischen Katalysator erreicht wird (Applied Heterogeneous Catalysis; Le Page J F, C L; 1987 Editions Technip, Paris; Seite 69).This good catalytic performance of the inventively regenerated catalyst is particularly surprising because after the classic Regeneriermethode with a removal of the carbonaceous deposits by 02-containing regeneration gases at 400 0 C to 500 0 C only a worse catalytic performance is achieved than with a fresh catalyst ( Applied Heterogeneous Catalysis, Le Page JF, CL, 1987 Editions Technip, Paris; page 69).
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regenerierung eines deaktivierten Katalysators ist im Allgemeinen kostengünstig, da nur wenige Verfahrensschritte zum Einsatz kommen. Weiterhin sind in der Regel zusätzliche chemische Stoffe, wie Lösungsmittel, entbehrlich.The inventive method for regenerating a deactivated catalyst is generally inexpensive, since only a few process steps are used. Furthermore, additional chemical substances, such as solvents, are usually dispensable.
Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Katalysator weist in einer weiteren Ausführungsform im großtechnischen Betrieb eine verbesserte Standzeit auf. Eine verbesserte Standzeit bedeutet im Allgemeinen eine Standzeit von 30 Tagen oder mehr, insbesondere von 40 Tagen oder mehr, besonders bevorzugt von 50 Tagen oder mehr und insbesondere von 50 Tagen bis 60 Tagen bei der oben beschriebenen Feed- Menge. Ein erfindungsgemäß regenerierter oder ein nach DE 19 533 665 hergestellter Katalysator kann beispielsweise eine 2,3,6-Trimethylphenol-Selektivität bei der 2,3,6- Trimethyl-2-cyclohexen-1-on-Hydrierung von 95 % oder mehr bei einer Standzeit von 50 Tagen aufweisen.In a further embodiment, a catalyst produced by the process according to the invention has an improved service life in industrial operation. An improved service life generally means a service life of 30 days or more, in particular of 40 days or more, more preferably of 50 days or more and in particular of 50 days to 60 days in the case of the feed quantity described above. A catalyst regenerated according to the invention or prepared according to DE 19 533 665 can, for example, have a 2,3,6-trimethylphenol selectivity in the 2,3,6-trimethyl-2-cyclohexene-1-one hydrogenation of 95% or more in a Have a service life of 50 days.
Diese lange Standzeit eines erfindungsgemäß regenerierten Katalysators ist in einer weiteren Ausführungsform ohne einen wesentlichen Abfall der katalytischen Performance zu erzielen.This long service life of a catalyst regenerated according to the invention can be achieved in another embodiment without a significant drop in the catalytic performance.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung insbesondere in der Form der Koagulation der Partikel des katalytisch aktiven Materials durch Glühen oder Sintern zeigt der erfindungsgemäße Katalysator einen verringerten Abrieb. Unter einem verringerten Abrieb versteht man den durch eine mechanische Bewegung anfallenden Staub. Die Abriebsneigung eines Katalysators wird im Allgemeinen in einem Drehtrommeltest nach ASTM 4058 gemessen.In a further embodiment of the present invention, in particular in the form of coagulation of the particles of the catalytically active material by annealing or sintering, the catalyst according to the invention exhibits reduced abrasion. A reduced abrasion is understood to mean the dust produced by a mechanical movement. Abrasion tendency of a catalyst is generally measured in a rotary drum test according to ASTM 4058.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in einer weiteren Ausführungsform eine kostengünstige Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators. Der gleiche Träger kann mehrere Male verwendet werden. Es sind beispielsweise ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, aber auch zehn oder mehr Regenerierungszyklen möglich. Das erfind u ngsgemäße Verfahren der Herstellung oder der Regenerierung eines erfin- dungsgemäßen Katalysators kann eine Wiederverwendung eines Katalysator mit einer erwünschten Qualität ermöglichen. Das erfindungsgemäße Verfahren macht somit in einer weiteren Ausführungsform von den Qualitätsschwankungen einer Katalysatorher- Stellung beispielsweise nach DE 19 533 665 unabhängig.The inventive method allows in a further embodiment, a cost-effective production of a catalyst according to the invention. The same carrier can be used several times. For example, one, two, three, four, five, six, seven, eight, nine, but also ten or more regeneration cycles are possible. The process according to the invention of preparing or regenerating a catalyst according to the invention can enable a reuse of a catalyst of a desired quality. The method according to the invention thus makes, in a further embodiment, independent of the variations in quality of a catalyst preparation, for example according to DE 19 533 665.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht weiterhin eine kostengünstige Wiedergewinnung des katalytisch aktiven Materials. Eine mehrmalige erfindungsgemäße Re- genierung eines Katalysators führt zu einer Anreicherung des katalytisch aktiven Mate- rials auf dem Träger. Ein so angereichertes katalytisch aktives Material kann dann kostengünstig wiedergewonnen werden.The process according to the invention furthermore makes possible a cost-effective recovery of the catalytically active material. A repeated regeneration of a catalyst according to the invention leads to an enrichment of the catalytically active material on the support. Such enriched catalytically active material can then be recovered inexpensively.
Es ist weiterhin Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen Katalysator bereitzustellen, der erhältlich ist oder regenerierbar ist, indem in einem ersten Schritt ein auf einem Träger befindliches katalytisch aktives Material auf dem Träger koaguliert wird und ein weiteres katalytisch aktives Material in einem weiteren Schritt auf diesen Träger aufgebracht wird.It is a further object of the present invention to provide a catalyst which is available or can be regenerated by coagulation in a first step, a catalytically active material on a carrier on the carrier and another catalytically active material in a further step on this carrier is applied.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines erfindungsgemäßen Katalysators. Ein erfindungsgemäßer Katalysator oder ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter oder regenerierter Katalysator ist im Allgemeinen in Abhängigkeit vom katalytisch aktiven Material und vom Träger für eine Vielzahl von Rekationstypen einsetzbar.Another object of the present invention relates to the use of a catalyst according to the invention. A catalyst according to the invention or a catalyst prepared or regenerated by the process according to the invention can generally be used as a function of the catalytically active material and of the carrier for a large number of reaction types.
Es sind beispielsweise Hydrierungen oder Dehydrierungen möglich. Weitere mögliche zu katalysierende Reaktionstypen umfassen Oxidationsreaktionen an Pd-Pt Katalysatoren, reduktive Aminierung von Carbonylgruppen, Isomerisierungsreaktionen einschließlich Gerüstumlagerung und Doppelbindungsisomerisierungen, Wassergas-Shift- Reaktionen, Metathesen an Rhenium-Katalysatoren oder Wasserdampf- Reformierungen von Kohlenwasserstoffen (auch autotherm).For example, hydrogenations or dehydrations are possible. Further possible types of reactions to be catalyzed include oxidation reactions on Pd-Pt catalysts, reductive amination of carbonyl groups, isomerization reactions including skeletal rearrangement and double bond isomerization, water gas shift reactions, metathesis on rhenium catalysts or steam reforming of hydrocarbons (also autothermal).
So kann ein erfindungsgemäßer Katalysator oder ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter oder regenerierter Katalysator für die Dehydrierung von 5- oder 6-gliedrigen kohlenstoffhaltigen Molekülringen zu aromatischen Verbindungen einge- setzt werden. Insbesondere kann dafür die Ausführungsform eines nach DE 19 533 655 hergestellten Katalysators verwendet werden.Thus, a catalyst according to the invention or a catalyst prepared or regenerated by the novel process for the dehydrogenation of 5- or 6-membered carbon-containing molecular rings can be used to form aromatic compounds. In particular, the embodiment of a catalyst prepared according to DE 19 533 655 can be used for this purpose.
In einer besonderen Ausführungsform wird ein insbesondere nach DE 19 533 665 hergestellter und nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter oder regenerierter Katalysator zur Herstellung von substituierten Aromaten und Heteroaromaten durch die katalytische Dehydrierung von nicht-aromatischen, sechsgliedrigen Ringen verwendet. Ein insbesondere nach DE 19 533 665 hergestellter und nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter oder regenerierter Katalysator kann für die Dehydrierung von 2,3,6-Trimethyl-2-cyclohexen-1-on zu 2,3,6-Trimethylphenol verwendet werden.In a particular embodiment, a catalyst prepared in particular according to DE 19 533 665 and prepared or regenerated by the process according to the invention is used for the preparation of substituted aromatics and heteroaromatics by the catalytic dehydrogenation of non-aromatic, six-membered rings. A catalyst prepared in particular according to DE 19 533 665 and prepared or regenerated by the process according to the invention can be used for the dehydrogenation of 2,3,6-trimethyl-2-cyclohexene-1-one to 2,3,6-trimethylphenol.
Ein insbesondere nach DE 19 533 665 hergestellter und nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter oder regenerierter Katalysator kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform für die Dehydrierung von 3-Methylpiperidin zu 3-Picolin verwendet werden.A catalyst prepared in particular according to DE 19 533 665 and prepared or regenerated by the process according to the invention can be used in a further preferred embodiment for the dehydrogenation of 3-methylpiperidine to 3-picoline.
BeispieleExamples
Es werden folgende Abkürzungen verwendet:The following abbreviations are used:
TMP 2,3,6-Trimethylphenol TMCH 2,3,6-Trimethyl-2-cyclohexen-1-onTMP 2,3,6-trimethylphenol TMCH 2,3,6-trimethyl-2-cyclohexene-1-one
3-MPIP 3-Methylpiperidin3-MPIP 3-methylpiperidine
3-PIC 3-Picolin3-PIC 3-picoline
TEM TransmissionselektronenmikroskopTEM transmission electron microscope
Für die nachfolgenden Vergleichsbeispiele und für die nachfolgenden erfindungsgemäßen Beispiele wurden folgende Substanzen und folgende Verfahren eingesetzt:The following substances and the following processes were used for the following comparative examples and for the following examples according to the invention:
Träger α-AbCvTräger hergestellt gemäß DE 19 533 665 mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von ca. 7 m2/g, einem Porendurchmesser von 100 nm und einem Porenvolumen von 0,23 cm3/gCarrier α-AbCvTräger prepared according to DE 19 533 665 with a BET specific surface area of about 7 m 2 / g, a pore diameter of 100 nm and a pore volume of 0.23 cm 3 / g
Träger ß: handelsüblicher ZrÜ2-Träger mit einer spezifischen Oberfläche nach BET von 70 m2/g, einem Porendurchmesser von 20 nm und einem Porenvolumen von 0,27 cm3/gCarrier β: commercially available ZrO 2 support with a BET specific surface area of 70 m 2 / g, a pore diameter of 20 nm and a pore volume of 0.27 cm 3 / g
Katalytisch aktives Material: Pd diente bei allen Versuchen als katalytisch aktives MaterialCatalytically Active Material: Pd served as a catalytically active material in all experiments
Vergleichskatalysatoren V1 bis V4: ein Träger α mit Pd, wobei das Pd erstmals nach dem Verfahren in Vergleichsbeispiel 1 auf den Träger α aufgebracht wurde.Comparative Catalysts V1 to V4: a carrier α with Pd, wherein the Pd was first applied to the support α by the method in Comparative Example 1.
Erfindungsgemäße Katalysatoren α1 bis α8: ein Träger α mit Pd, wobei das Pd erstmals nach dem Verfahren in Vergleichsbeispiel 1 aufgebracht wurde. Dieser Träger wurde zusätzlich nach dem erfindungsgemäßen Beispiel 1 behandelt. Erfindungsgemäßer Katalysator ß: ein Träger ß mit Pd, wobei das Pd erstmals nach dem Verfahren in Vergleichsbeispiel 1 aufgebracht wurde. Dieser Träger wurde zusätzlich nach dem erfindungsgemäßen Beispiel 1 behandelt.Catalysts according to the invention α1 to α8: a carrier α with Pd, wherein the Pd was first applied by the method in Comparative Example 1. This support was additionally treated according to Example 1 of the invention. Inventive catalyst β: a carrier β with Pd, the Pd being first applied by the method in Comparative Example 1. This support was additionally treated according to Example 1 of the invention.
Die einzelnen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Katalysatoren in Abgrenzung zu den Vergleichskatalysatoren sind im Überblick in der Tabelle 1 dargestellt. The individual embodiments of the catalysts according to the invention in contrast to the comparative catalysts are shown in overview in Table 1.
Tabelle 1 : Überblick über die Vergleichskatalysatoren und die erfindungsgemäßen KatalysatorenTable 1: Overview of the comparative catalysts and the catalysts of the invention
Bezeichnung Erstes Aufbringen Anschließendes Koagulieren des Pd des Träger von Pd nach und erneutes Aufbringen von Pd:Description First application Subsequent coagulation of the Pd of the support from Pd to and re-application of Pd:
Katalysators Vergleichsbeispiel Anzahl der ZyklenCatalyst Comparative Number of cycles
Zum VergleichFor comparison
Vergleichsbsp. 1 V1 α 1 -Comp. 1 V1 α 1 -
Vergleichsbsp. 2 V2 α 1 -Comp. 2 V2 α 1 -
Vergleichsbsp. 3 V3 ß 3 -Comp. 3 V3 ß 3 -
Vergleichsbsp. 4 V4 α 4 -Comp. 4 V4 α 4 -
ErfindungsgemäßAccording to the invention
Bsp. 1 α1 α 1 1Ex. 1 α1 α 1 1
Bsp. 2 o2 α 1 1Ex. 2 o2 α 1 1
Bsp. 2 α3 α 1 2Ex. 2 α3 α 1 2
Bsp. 2 oc4 α 1 3Ex. 2 oc4 α 1 3
Bsp. 2 α5 α 1 4Ex. 2 α5 α 1 4
Bsp. 2 α6 α 1 5Ex. 2 α6 α 1 5
Bsp. 2 α7 α 1 6Ex. 2 α7 α 1 6
Bsp. 2 α8 α 1 7Ex. 2 α8 α 1 7
Bsp. 3 ß ß 1 1 Ex. 3 ß ß 1 1
Vergleichsbeispiel 1 : Herstellung eines Vergleichskatalysator V1Comparative Example 1: Preparation of a Comparative Catalyst V1
Das Ausgangsmaterial war ein Träger α, auf den noch kein katalytisch aktives Material aufgebracht worden war. Dieser Träger α wurde zunächst bei 9500C in Luft geglüht. Der Träger α wurde anschließend mit einer Pd(NO3)2-Lösung mit einem Pd-Gehalt von 0,13 Gew.-% bezogen auf den Träger α getränkt. Das Tränkvolumen entsprach 95 % bezogen auf die Wasseraufnahme des Trägers α. Der feuchte Katalysator wurde anschließend bei 120 0C bis zu einer Restfeuchtigkeit von 0,2 Gew.-% bezogen auf den Katalysator getrocknet. Abbildung 1 zeigt eine TEM-Hellfeld-Aufnahme in Durchsicht eines solchen Katalysators. Als Messgerät für eine solche TEM mit Feldemissionsquelle wurde ein FEI-Tecnai F20 des Herstellers FEI, Holland verwendet.The starting material was a support α, to which no catalytically active material had yet been applied. This carrier α was first annealed at 950 0 C in air. The support α was then impregnated with a Pd (NO 3) 2 solution having a Pd content of 0.13% by weight, based on the support α. The impregnation volume corresponded to 95% based on the water absorption of the carrier α. The moist catalyst was then dried at 120 0 C to a residual moisture content of 0.2 wt .-% based on the catalyst. Figure 1 shows a TEM brightfield image in review of such a catalyst. A FEI-Tecnai F20 from the manufacturer FEI, Holland was used as the measuring device for such a field emission source TEM.
Die Fixierung des Katalysators erfolgte dabei durch eine Einbettung in Kunstharz. Die Ultradünnschnitte (auf Wasser abflottiert) wurden mit einem Microtom Leica-Ultracut des Herstellers Leica gemacht.The fixation of the catalyst was carried out by embedding in synthetic resin. The ultrathin sections (floated on water) were made with a microtome Leica Ultracut manufacturer Leica.
Die Verifizierung des katalytisch aktiven Materials erfolgte per EDXS (Energy Disper- sive X-Ray Spectroscopy). Eine EDXS ist insbesondere bei einer Kernladungszahl größer 7 geeignet.The verification of the catalytically active material was carried out by EDXS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy). An EDXS is particularly suitable for an atomic number greater than 7.
Es wurden Pd-Partikel mit einem Durchmesser von 1 nm bis 3 nm beobachtet. Pd- Partikel mit einem Durchmesser von bis zu 8 nm wurden sehr vereinzelt beobachtet. Die Abbildung 1 zeigt folglich eine monomodale Verteilung der Partikel des katalytisch aktiven Materials.Pd particles with a diameter of 1 nm to 3 nm were observed. Pd particles with a diameter of up to 8 nm were observed very sporadically. Figure 1 thus shows a monomodal distribution of the particles of the catalytically active material.
Vergleichsbeispiel 2: Selektivität des Vergleichskatalysator V2 nach einer Belastung Der Vergleichskatalysator V2 wurde nach dem Vergleichsbeispiel 1 hergestellt. Der Vergleichskatalysator V2 war länger als 50 Tage in einer großtechnischen Anlage zur Dehydrierung von TCMH zu TMP bei einem Feed von 0,12 kg TMCH pro Liter Kataly- sator pro Stunde im Einsatz. Dieser Vergleichskatalysator V2 wurde in 2 h auf 4500C erhitzt und für 5 h bei 4500C getempert. Es wurde ein Aktivitätstest nach dem erfindungsgemäßen Beispiel 4 durchgeführt. Die TMP-Selektivität betrug 89,8 %.Comparative Example 2: Selectivity of Comparative Catalyst V 2 After Loading Comparative Catalyst C 2 was prepared according to Comparative Example 1. Comparative catalyst V2 was used for more than 50 days in a large-scale plant for the dehydrogenation of TCMH to TMP at a feed of 0.12 kg TMCH per liter of catalyst per hour. This comparative catalyst V2 was heated in 2 hours to 450 0 C and annealed for 5 hours at 450 0 C. An activity test according to Inventive Example 4 was carried out. The TMP selectivity was 89.8%.
Vergleichsbeispiel 3: Herstellung eines Vergleichskatalysators V3Comparative Example 3 Preparation of a Comparative Catalyst V3
Ein Träger ß wurde mit einer Pd(NC"3)2-Lösung mit einem Pd-Gehalt von 0,13 Gew.-% bezogen auf den Träger ß getränkt. Der Vergleichskatalysator V3 wurde dabei auf 1200C (2,3°C/min) aufgeheizt. Diese Temperatur wurde für 6 h gehalten. Der Vergleichskatalysator V3 wurde anschließend auf 4500C aufgeheizt (2,6°C/min) und für 135 min bei dieser Temperatur kalziniert. Vergleichsbeispiel 4: Herstellung eines höher beladenen Vergleichskatalysators V4A support was covered with a ß Pd (NC "3) 2 solution having a Pd content of 0.13 wt .-% to the carrier impregnated ß The comparative catalyst was V3. Doing to 120 0 C (2.3 ° C / heated min). this temperature was maintained for 6 h. The comparative catalyst V3 was then heated to 450 0 C (2.6 ° C / min) and calcined for 135 min at this temperature. Comparative Example 4: Preparation of a Comparative Catalyst V4 Which Has a Larger Loading
Ein Träger α wurde in 2 h in Luft auf 9000C erhitzt und weitere 2 h bei 9000C geglüht. Dieser Träger α wurde nach dem Abkühlen mit einer Pd(NO3)2-Lösung mit einem Pd- Gehalt von 0,26 Gew.-% (V4,1) getränkt. Ein anderer Träger α wurde ebenfalls nach dem Abkühlen mit einer Pd(NO3)2-Lösung mit einem Pd-Gehalt von 0,52 Gew.-% (V4,2) getränkt. Die Gew.-% Angaben beziehen sich auf den Träger α. Das Tränkvolumen entsprach dabei 95 % bezogen auf die Wasseraufnahme des Trägers α. Die feuchten Vergleichskatalysatoren V4 wurden anschließend unter leichter Erwärmung in einem schwachen Luftstrom angetrocknet und dabei ständig gedreht. Die Vergleichskatalysatoren V4 wurden danach für 2 h bei 1200C getrocknet, in 2 h auf 350 0C aufgeheizt und für weitere 4 h bei dieser Temperatur getempert.A support α was heated in 2 h in air at 900 0 C and calcined at 900 0 C for a further 2 h. This support α was impregnated after cooling with a Pd (NO3) 2 solution having a Pd content of 0.26 wt .-% (V4.1). Another carrier α was also soaked after cooling with a Pd (NO3) 2 solution having a Pd content of 0.52 wt% (V4.2). The wt .-% information refers to the carrier α. The impregnation volume corresponded to 95% based on the water absorption of the carrier α. The wet comparative catalysts V4 were then dried with slight warming in a small stream of air and thereby constantly rotated. The comparative catalysts V4 were then dried for 2 h at 120 0 C, heated in 2 h at 350 0 C and annealed for a further 4 h at this temperature.
Erfindungsgemäßes Beispiel 1 : Erfindungsgemäßer Katalysator α1Inventive Example 1: Inventive Catalyst α1
Ein Vergleichskatalysator 1 wurde in 2 h in Luft auf 9000C erhitzt und weitere 2 h bei 9000C geglüht. Der so erhaltene Katalysator wurde nach dem Abkühlen mit einer Pd(NO3)2-Lösung mit einem Pd-Gehalt von 0,13 Gew.-% bezogen auf den Träger α getränkt. Das Tränkvolumen entsprach dabei 95 % bezogen auf die Wasseraufnahme des Trägers α. Der so getränkte Katalysator wurde anschließend unter leichter Erwärmung (bei 40 bis 50 0C über 10 min) in einem schwachen Luftstrom angetrocknet und dabei ständig gedreht. Danach wurde der Katalysator für 2 h bei 1200C getrocknet, in 2 h auf 3500C aufgeheizt und für weitere 4 h bei dieser Temperatur getempert.A comparative catalyst 1 was heated in 2 h in air at 900 0 C and calcined at 900 0 C for a further 2 h. After cooling, the catalyst thus obtained was impregnated with a Pd (NO 3 ) 2 solution having a Pd content of 0.13% by weight, based on the carrier α. The impregnation volume corresponded to 95% based on the water absorption of the carrier α. The catalyst thus impregnated was then dried with slight warming (at 40 to 50 0 C for 10 min) in a weak stream of air and thereby constantly rotated. Thereafter, the catalyst was dried for 2 h at 120 0 C, heated in 2 h at 350 0 C and annealed for a further 4 h at this temperature.
Abbildung 2 zeigt die TEM-Aufnahme eines erfindungsgemäßen Katalysators α1. Die TEM-Aufnahme wurde wie im Verlgeichsbeispiel 1 beschrieben hergestellt.Figure 2 shows the TEM image of a catalyst according to the invention α1. The TEM image was prepared as described in Example 1.
Es waren homogen verteilte, kristalline Pd-Partikel mit einem Durchmesser von ca. 1 nm bis 5 nm und Pd-Partikel mit einem Durchmesser von ca. 40 nm bis 80 nm zu sehen. Es ist eine Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials zu sehen. Weiterhin ist eine Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials zu sehen. Der erfindungsgemäße Katalysator α1 zeigt folglich eine bimodale Verteilung der Partikel des katalytisch aktiven Material.There were homogeneously distributed, crystalline Pd particles with a diameter of about 1 nm to 5 nm and Pd particles with a diameter of about 40 nm to 80 nm. It is a fraction of the larger particles of the catalytically active material to see. Furthermore, a fraction of the smaller particles of the catalytically active material can be seen. The catalyst α1 according to the invention consequently exhibits a bimodal distribution of the particles of the catalytically active material.
Beispiel 2: Pd-Gehalt, Pd-Oberfläche und Größenverteilung von den erfindungsgemäß regenerierten Katalysatoren α2 bis α8.Example 2: Pd content, Pd surface area and size distribution of the catalysts α2 to α8 regenerated according to the invention.
Ein Vergleichskatalysator V1 war länger als 50 Tage in einer großtechnischen Anlage zur Dehydrierung von TMCH zu TMP im Einsatz 0,12 kg TMCH pro Liter Katalysator pro Stunde. Dieser Katalysator wurde danach nach dem erfindungsgemäßen Verfahren von Beispiel 1 geglüht und mit Pd(NC"3)2-Lösung getränkt. Das Glühen und das anschließende Tränken wurde insgesamt 7 mal an demselben Katalysator wiederholt. Eine Probe zur Messung wurde nach jedem Glühen und nach jedem weiteren Tränken zurückbehalten (erfindungsgemäß regenerierte Katalysatoren α2 bis αδ). Die Messergebnisse nach jedem Glühen und nach jedem anschließenden Tränken sind in Tabelle 2 zu sehen. A comparative catalyst V1 was used for longer than 50 days in a large-scale plant for the dehydrogenation of TMCH to TMP in use 0.12 kg TMCH per liter of catalyst per hour. This catalyst was then annealed by the method of Example 1 according to the invention and impregnated with Pd (NC "3) 2 solution The annealing and subsequent soaking were repeated a total of 7 times on the same catalyst A sample for measurement was taken after each annealing and after every other potions retained (inventively regenerated catalysts α2 to αδ). The measurement results after each annealing and after each subsequent impregnation are shown in Table 2.
Tabelle 2: Pd-Gehalt, katalytische Performance, Pd-Oberfläche und durchschnittliche aus der mittels CO-Chemisorption gemessenenTable 2: Pd content, catalytic performance, Pd surface area and average measured by CO chemisorption
Dispersität errechnete Größe der Pd-Partikel mit Fehlerabschätzung der erfindungsgemäßen Katalysatoren α2 bis α8 und der Vergleichskatalysatoren V5, V4,1 und V4,2.Dispersity calculated size of the Pd particles with error estimation of the inventive catalysts α2 to α8 and the comparative catalysts V5, V4,1 and V4,2.
TMP***-Selektivität Pd-TMP *** - selectivity Pd-
Koagulieren + Einsatzstoffe Pd*- DispersitätCoagulation + feeds Pd * - dispersity
KataMetall- Gr όße Pd- Aufbringen des Gehalt [%] lysaPd-Lösung Vor Nach ober- Nach- P artikel katalytisch Träger α H2O Gew.- Gesamt tor 11 ,05 % Belastun Belastu fläche Tränkung [nm] aktiven Materials [g] [g] [%]** [%]KataMetal size Pd- Application of content [%] lysaPd solution Before after top- Post- article Catalytic support α H 2 O Weight total gate 11, 05% Load Impact surface Impregnation [nm] Active material [g] [g] [%] ** [%]
[g] g ng [m2/g] [%][g] g ng [m 2 / g] [%]
V*5 Nur Koagulieren 800 - - 0,13 0,01 2 ± 0,035 2 ± 0,04 62 ± 1 ,21 o2 1 x 700 8,3 168 0,26 98,2 96,9 0,08 8 ± 0,156 16 ± 0,31 7 ± 0,14 α3 2 x 609 7,2 140 0,39 98,3 96,9 0,11 7 ± 0,136 21 ± 0,41 5 ± 0,10 α4 3 x 508 6,0 112 0,52 98,2 95,7 0,11 5 ± 0,106 22 ± 0,42 5 ± 0,10 α5 4 x 410 4,8 85 0,65 98,2 95,7 0,12 5 ± 0,088 23 ± 0,44 5 ± 0,10 NJ α6 5 x 311 3,7 62 0,78 98,0 96,6 0,12 4 ± 0,076 23 ± 0,45 5 ± 0,09 α7 6 x 212 2,5 42 0,91 98,0 96,0 0,11 3 ± 0,058 21 ± 0,41 5 ± 0,11 α8 7 x 111 1 ,3 22 1 ,04 98,0 97,0 0,11 3 ± 0,052 21 ± 0,42 5 ± 0,10V * 5 Coagulation only 800 - - 0,13 0,01 2 ± 0,035 2 ± 0,04 62 ± 1, 21 o2 1 x 700 8,3 168 0,26 98,2 96,9 0,08 8 ± 0,156 16 ± 0.31 7 ± 0.14 α3 2 x 609 7.2 140 0.39 98.3 96.9 0.11 7 ± 0.136 21 ± 0.41 5 ± 0.10 α4 3 x 508 6.0 112 0.52 98.2 95.7 0.11 5 ± 0.106 22 ± 0.42 5 ± 0.10 α5 4 x 410 4.8 85 0.65 98.2 95.7 0.12 5 ± 0.088 23 ± 0.44 5 ± 0.10 NJ α6 5 x 311 3.7 62 0.78 98.0 96.6 0.12 4 ± 0.076 23 ± 0.45 5 ± 0.09 α7 6 x 212 2.5 42 0.91 98.0 96.0 0.11 3 ± 0.058 21 ± 0.41 5 ± 0.11 α8 7 x 111 1, 3 22 1, 04 98.0 97.0 0.11 3 ± 0.052 21 ± 0.42 5 ± 0.10
V4,1 - 0,26 87,5 96,0V4.1 - 0.26 87.5 96.0
V4,2 - 0,52 96,4 93,7V4.2 - 0.52 96.4 93.7
* V bedeutet Vergleichsversuch. ** Die Pd-Gehalt Gew.-% Angaben beziehen sich auf den Träger α. * V means comparative experiment. ** The Pd content wt .-% information refers to the carrier α.
TMP bedeutet 2, 3, 6-Trimethylphenol. Die TMP-Selektivität wurde vor einer Belastungsfahrt nach Beispiel 4 und nach einerTMP means 2, 3, 6-trimethylphenol. The TMP selectivity was measured before a load drive according to Example 4 and after a
Belastungsfahrt nach dem erfindungsgemäßen Beispiel 4 gemessen.Load travel measured according to Example 4 of the invention.
Die Dispersität „Gesamt" beschreibt den prozentualen Anteil der Pd-Atome, die sich an der Oberfläche der Pd-Metallpartikel befinden, bezogen auf die gesamte Anzahl der Pd-Atome, die sich auf dem Träger befinden. Die Dispersität „Nachtränkung" beschreibt den prozentualen Anteil der Pd-Atome, die sich an der Oberfläche der Pd-Metallpartikel befinden, bezogen auf die Anzahl der Pd-Atome, die erneut durch die Nachtränkung auf den Träger aufgebracht wurden. The "total" dispersity describes the percentage of Pd atoms present on the surface of the Pd metal particles, based on the total number of Pd atoms present on the support Proportion of Pd atoms located on the surface of the Pd metal particles, based on the number of Pd atoms that were re-applied to the support by post-soaking.
Die Metalloberflächen der erfindungsgemäßen Katalysatoren und des Vergleichsversuchs wurden mittels CO-Chemisorption nach DIN 66136-3 bestimmt. Die DIN 66136-3 ist bestimmungsgemäß für die Chemisorption hinsichtlich der Metalle Platin und Kupfer anwendbar. Die DIN 66136-3 wird im Zusammenhang der vorliegenden Erfindung ent- sprechend auf Pd angewendet. Die Chemisorption erfolgt mit einem einzelnen Anayl- segas. Dieses Analysegas war CO. Es handelte sich um die sog. CO-Chemisorption. Helium wurde dabei als Trägergas für das CO verwendet. Ein Vergleich des Wärmeleitfähigkeitsdetektor-Signals einer Injektion (Schleife) mit dem Signal einer manuell durchgeführten Injektion diente als Calibrierung (Gasspritze). Die gravimetrische Kontrolle erfolgte durch Füllen der Schleife mit Wasser erfolgen. Dies ist in Punkt 3.4.1 der DIN 66136-3 beschrieben. Die Proben wurden vor der Messung bei 2000C für 30 min unter hfe reduziert. Die Temperaturampe betrug dabei 5°C/min. Danach wurde mit He für 30 min gespült und anschließend unter He bei 35°C gemessen. Das nur geglühte (und nicht nachgetränkte) Material besaß dabei nur eine sehr geringe Oberfläche und damit auch eine geringe Dispersität. Unter Dispersität ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung der prozentuale Anteil derjenigen Pd-Atome eines erfindungsgemäßen Katalysators zu verstehen, die sich an der Oberfläche der Pd-Partikel befinden, bezogen auf die gesamte Pd-Menge eines erfindungsgemäßen Katalysators. Der Durchmesser der einzelnen Pd-Partikel wurde nach Anderson (Anderson, J. R., Structure of Metallic Catalysts, Academic Press, London 1975, p. 360) aus der Dispersität wie folgt berechnet. Dabei wurde angenommen, dass es sich bei den Pd-Partikel um rein sphärische Partikel handelt.The metal surfaces of the catalysts according to the invention and of the comparative experiment were determined by CO chemisorption according to DIN 66136-3. The standard DIN 66136-3 is applicable for chemisorption with regard to the metals platinum and copper. DIN 66136-3 is correspondingly applied to Pd in the context of the present invention. The chemisorption is carried out with a single Anayl- segas. This analysis gas was CO. It was the so-called CO chemisorption. Helium was used as carrier gas for the CO. A comparison of the thermal conductivity detector signal of an injection (loop) with the signal of a manually performed injection served as a calibration (gas syringe). The gravimetric control was done by filling the loop with water. This is described in point 3.4.1 of DIN 66136-3. The samples were reduced before measurement at 200 0 C for 30 min under hfe. The temperature lamp was 5 ° C / min. He was then rinsed with He for 30 min and then measured under He at 35 ° C. The only annealed (and not soaked) material had only a very small surface and thus a low dispersity. In the context of the present invention, dispersity is to be understood as meaning the percentage of those Pd atoms of a catalyst according to the invention which are located on the surface of the Pd particles, based on the total Pd amount of a catalyst according to the invention. The diameter of the individual Pd particles was calculated from the dispersity according to Anderson (Anderson, JR, Structure of Metallic Catalysts, Academic Press, London 1975, p. It was assumed that the Pd particles are purely spherical particles.
Dpd = N / Gesamtzahl der Pd-Atome in den Pd-PartikelnDpd = N / total number of Pd atoms in the Pd particles
N ist die Anzahl der Pd-Atome an der Oberfläche eines Pd-Partikels. N wird ermittelt durch die in der CO-Chemisorption gemessene CO-Absorptionsmenge pro g Katalysator.N is the number of Pd atoms on the surface of a Pd particle. N is determined by the CO absorption amount measured in CO chemisorption per g of catalyst.
Die Berechnung der mittleren Durchmesser der Partikel des katalytisch aktiven Materials erfolgte nach Anderson mit folgender folgenden Formel:The calculation of the mean diameter of the particles of the catalytically active material was carried out according to Anderson with the following formula:
dpd = 6 * (vpd/aPd) * (1/Dpd)dpd = 6 * (vpd / a Pd ) * (1 / Dpd)
Vpd effektives Volumen eines Pd-Atoms in einem Pd-Partikel apd effektive Fläche eines Pd-Atoms, welches sich an der Oberfläche eines Pd- Partikels befindetVpd effective volume of a Pd atom in a Pd particle apd effective area of a Pd atom located on the surface of a Pd particle
Dpd Dispersität bezogen auf die letzte Tränkung mit Pd, siehe Tabelle 2 zum Bei- spiel 1. dpd Durchmesser apd wurde nach Anderson S. 296 angenommen als 1 ,27*1019 Atome pro m2. vpd berechnet sich nach der Formel:Dpd dispersity based on the last impregnation with Pd, see Table 2 for example 1. dpd diameter According to Anderson p. 296, apd was assumed to be 1.27 * 10 19 atoms per m 2 . vpd is calculated according to the formula:
vpd = Molmasse des Pd/(Dichte des Pd * Avogadro-Konstante)vpd = molecular weight of Pd / (density of Pd * Avogadro constant)
Der so berechnete Wert von 62 nm wurde durch die in der TEM-Aufnahme in Abbildung 2 gefundenen großen Pd-Partikel mit einem Durchmesser von 40 nm bis 80 nm bestätigt.The calculated value of 62 nm was confirmed by the large Pd particles with a diameter of 40 nm to 80 nm found in the TEM image in Figure 2.
Das darauffolgende Aufbringen des katalytisch aktiven Materials durch die Nachtränkung erhöhte die gemessene Metalloberfläche um eine Größenordnung. Diese Zunahme der Metalloberfläche war auf das Pd der Nachtränkung zurückzuführen. Tabelle 1 zeigt die Dispersität „Gesamt", die sich auf die gesamte Pd-Menge eines erfindungsgemäßen Katalysators bezieht. Tabelle 1 zeigt weiterhin die Dispersität „Nachträn- kung", die sich nur auf die nachgetränkte Pd-Menge eines erfindungsgemäßen Katalysators bezieht. Es wurden jeweils 0,13 Gew.-% Pd bezogen auf das Katalysatormaterial nachgetränkt. Die gemessene Metalloberfläche des Pd bleibt auch für die anschließenden Tränk- und Glühschritte in etwa gleich. Die aus der Dispersität „Nachtränkung" berechneten Durchmesser der Pd-Partikel eines erfindungsgemäßen Katalysators bes- tätigten die in Abbildung 2 gefundenen kleineren Pd-Partikel mit einem Durchmesser von ca. 1 nm bis 5 nm.The subsequent application of the catalytically active material by the post-soak increased the measured metal surface by an order of magnitude. This increase in metal surface was due to the post-soaking Pd. Table 1 shows the "total" dispersity, which relates to the total amount of Pd of a catalyst according to the invention: Table 1 also shows the "post-saturation" dispersity, which relates only to the impregnated amount of Pd of a catalyst according to the invention. In each case, 0.13% by weight of Pd, based on the catalyst material, was impregnated. The measured metal surface of the Pd remains approximately the same for the subsequent impregnation and annealing steps. The calculated from the dispersity "Nachtränkung" diameter of the Pd particles of a catalyst according to the invention confirmed the found in Figure 2 smaller Pd particles with a diameter of about 1 nm to 5 nm.
Beispiel 3: Herstellung eines erfindungsgemäßen Katalysators ß mit einem Träger ßExample 3: Preparation of a catalyst β according to the invention with a carrier β
Ein Vergleichskatalysator V3 mit einem Pd-Gehalt von 1 Gew.-% bezogen auf den Träger ß wurde in 2 h in Luft auf 9000C erhitzt und weitere 2 h bei 9000C geglüht. Der so erhaltene Katalysator wurde nach dem Abkühlen mit einer Pd(NO3)2-Lösung mit einem Pd-Gehalt von 1 Gew.-% bezogen auf den Träger ß getränkt. Das Tränkvolumen entsprach dabei 95 % der Wasseraufnahme des Trägers ß. Der feuchte Katalysa- tor ß wurde anschließend unter leichter Erwärmung in einem schwachen Luftstrom angetrocknet. Dieser Katalysator wurde danach für 2 h bei 1200C getrocknet, in 127 min auf 4500C aufgeheizt und für weitere 135 min bei dieser Temperatur getempert.A comparative catalyst V3 with a Pd content of 1 wt .-% based on the support ß was heated in 2 h in air at 900 0 C and calcined at 900 0 C for a further 2 h. After cooling, the catalyst thus obtained was impregnated with a Pd (NO 3) 2 solution having a Pd content of 1% by weight, based on the support β. The impregnation volume corresponded to 95% of the water absorption of the carrier ß. The moist catalyst β was then dried with gentle heating in a gentle stream of air. This catalyst was then dried for 2 h at 120 0 C, heated in 127 min at 450 0 C and annealed for a further 135 min at this temperature.
Beispiel 4: TMP-Selektivität eines erfindungsgemäßen Katalysators α1 und eines Vergleichskatalysators V1 nach einer BelastungExample 4: TMP selectivity of a catalyst according to the invention α1 and of a comparative catalyst V1 after a load
Ein Vergleichskatalysator V1 und ein erfindungsgemäßer Katalysator α1 wurden in einem Rohrreaktor mit einem inneren Durchmesser von 21 mm auf die jeweilige Aktivi- tat bezüglich der TMCH-Dehydrierung untersucht. 35 ml des Katalysators wurde in einen Rohrreaktor gefüllt und für 2 h bei 2500C unter reinem hfe aktiviert. Die TMCH- Dosierung wurde anschließend bei Normaldruck und 3000C eingeschaltet und auf 30 ml/h gestellt. Der Vorlagekolben für die Produktsammlung wurde nach einer Einfahrzeit von 1 h gewechselt und das gebildete Reaktionsprodukt, TMP, eine Stunde lang gesammelt, dann gewogen und auf den TMCH, Anon und TMP-Gehalt hin analysiert (Probe „vor Belastung"). Die TMCH-Feedmenge wurde für eine Belastungsfahrt im weiteren Verlauf jeweils nach einer Stunde auf den doppelten Wert erhöht und der Vorlagekolben für die Produktsammlung gewechselt. Nach zweimaliger Erhöhung der Belastung wurde abschließend die anfängliche Belastung für eine weitere Stunde gefahren (Probe „nach Belastung"). Die Produktqualität vor dieser und nach dieser Belastung wurden verglichen. Der erfindungsgemäßer Katalysator α1 zeigte eine TMCH- Selektivität von 97,2 % vor der Belastung und von 96,2 % nach der Belastung. Der Vergleichskatalysator V1 erreichte bei gleichen Versuchsbedingungen nur eine TMP- Selektivität von 93,9 % vor der Belastung und 91 ,9 % nach der Belastung. Die TMP- Selektivität wurde mit einem Gaschromatographfließinjektionsverfahren des Hewlett- Packard HP 5890 Siries 2 gemessen.A comparative catalyst V1 and a catalyst α1 according to the invention were investigated in a tubular reactor with an inner diameter of 21 mm for the respective activity with respect to the TMCH dehydrogenation. 35 ml of the catalyst was placed in a tubular reactor and activated for 2 h at 250 0 C under pure hfe. The TMCH dosage was then switched on at normal pressure and 300 0 C and on 30 ml / h. The receiver flask for the product collection was changed after a break-in period of 1 h and the formed reaction product, TMP, collected for one hour, then weighed and analyzed for the TMCH, anone and TMP content (sample "before loading"). The amount of feed was then increased to twice the value for one load run after one hour each time and the original piston for the product collection was changed, and after two times the load was increased, the initial load was continued for another hour ("after load" sample). Product quality before and after this load was compared. The inventive catalyst α1 showed a TMCH selectivity of 97.2% before the load and 96.2% after the load. Comparative catalyst V1 achieved only TMP selectivity of 93.9% before loading and 91.9% after loading under the same experimental conditions. TMP selectivity was measured by a Hewlett-Packard HP 5890 Siries 2 gas chromatograph flow injection method.
Tabelle 3: TMP-Selektivität eines Vergleichskatalysators V1 und eines erfindungsgemäßen Katalysators α1 vor der und nach der in Beispiel 4 beschriebenen Belastung.Table 3: TMP selectivity of a comparative catalyst V1 and a catalyst according to the invention α1 before and after the loading described in Example 4.
TMP-Selektivität [%] KatalysatorTMP selectivity [%] catalyst
Vor Belastung Nach BelastungBefore loading After loading
Vergleich V1 93,9 91 ,9Comparison V1 93,9 91, 9
Erfindungsgemäß α1 97,2 96,2According to the invention α1 97.2 96.2
Beispiel 5: TMP-Selektivität von den erfindungsgemäßen Katalysatoren α2 bis α8 Die erfindungsgemäß regenierten Katalysatoren α2 bis α8 wurden dem in Beispiel 4 beschriebenen Test unterzogen. Tabelle 2 zeigt die erhaltenen Ergebnisse.Example 5 TMP Selectivity of the Inventive Catalysts α2 to α8 The catalysts α2 to α8 regenerated according to the invention were subjected to the test described in Example 4. Table 2 shows the results obtained.
Die TMP-Selektivität nahm bei allen erfindungsgemäß regenerierten Katalysatoren um 1 bis 2 % nach der Belastungsfahrt ab. Ein erneutes Koagulieren des Pd und ein weiteres Aufbringen des Pd stellten die ursprüngliche katalytische Aktivität eines erfindungsgemäßen Katalysators wieder her. Das wiederholte Koagulieren und das wiederholte weitere Aufbringen des katalytisch aktiven Materials führten zu einem sukzessi- ven Anstieg der Pd-Konzentration. Die katalytische Performance blieb aber überraschenderweise im wesentlichen unbeeinträchtigt. Die Vergleichskatalysatoren V4,1 und V4,2 wurden nicht zwischengetempert. Die Vergleichskatalysatoren V4,1 und V4,2 zeigten deutlich stärkere TMP-Selektivitätseinbrüche im Vergleich zu den erfindungsgemäß regenerierten Katalysatoren mit demselben Pd-Gehalt (erfindungsgemäße Ka- talysatoren α2 und α4).The TMP selectivity decreased in all inventively regenerated catalysts by 1 to 2% after the load drive. Re-coagulation of the Pd and further application of the Pd restored the original catalytic activity of a catalyst of the present invention. The repeated coagulation and the repeated further application of the catalytically active material led to a successive increase in the Pd concentration. The catalytic performance, however, surprisingly remained essentially unimpaired. Comparative catalysts V4,1 and V4,2 were not tempered. The comparative catalysts V4.1 and V4.2 showed significantly greater TMP selectivity dips in comparison to the catalysts regenerated according to the invention with the same Pd content (catalysts α2 and α4 according to the invention).
Beispiel 6: Cyklohexanon-Dehydrierungsaktivität eines erfindungsgemäßen Katalysators und eines Vergleichskatalysators Ein Vergleichskatalysator V1 und ein erfindungsgemäßer Katalysator α1 wurden in der Apparatur des erfindungsgemäßen Beispiels 4 auf ihre Aktivität hinsichtlich der Dehydrierung von Cyklohexanon zum Phenol untersucht. Alle Parameter (Druck, Temperatur, H2-Strom, Reduktion) außer den eingestellten Feedbelastungen waren identisch zu den Bedingungen in dem erfindungsgemäßen Beispiel 4. Im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen Beispiel 4 wurde in diesem Beispiel die Feedbelastung in 2 Schritten jeweils halbiert. Anschließend wurde der Versuch mit der ursprünglichen Belastung abgeschlossen. Jede Belastung wurde für 1 Stunde gehalten. Tabelle 4 zeigt die Phe- nol- und Cyklohexanon-Konzentrationen des Dehydrierproduktes als eine Funktion der Katalysatorbelastung.Example 6: Cyclohexanone dehydrogenation activity of a catalyst according to the invention and of a comparative catalyst A comparative catalyst V1 and a catalyst α1 according to the invention were investigated in the apparatus of Inventive Example 4 for their activity with respect to the dehydrogenation of cyclohexanone to the phenol. All parameters (pressure, temperature, H2 flow, reduction) apart from the set feed loads were identical to the conditions in Example 4 according to the invention. In contrast to Example 4 according to the invention, in this example the feed load was halved in two steps. Subsequently, the experiment was completed with the original load. Each load was held for 1 hour. Table 4 shows the phenol and cyclohexanone concentrations of the dehydrogenation product as a function of catalyst loading.
Tabelle 4: Ergebnisse der Cyklohexanon-Dehydrierversuche für einen Vergleichskatalysator V1 und für einen erfindungsgemäßen Katalysator α1Table 4: Results of cyclohexanone dehydrogenation experiments for a comparative catalyst V1 and for a catalyst according to the invention α1
Erfindungsgemäßer Kataly- .Inventive catalysis.
Belastung , Λ Vergleichskatalysator V1 sator αiLoad, Λ Comparative catalyst V1 sator αi
Cyklohexanon [kg] / Kata- Cyklohexanon Phenol Cyklohexanon Phenol lysatorrj] * [h] [%] [%] [%] [%]Cyclohexanone [kg] / kata-cyclohexanone phenol cyclohexanone phenol lysatorrj] * [h] [%] [%] [%] [%]
1 ,12 15,6 83,5 15,6 83,51, 12, 15.6, 83.5, 15.6, 83.5
0,56 14,2 84,5 14,7 84,20.56 14.2 84.5 14.7 84.2
0,27 15,2 83,2 16,3 82,30.27 15.2 83.2 16.3 82.3
1 ,12 18,8 80,4 20,5 79,11, 12 18.8 80.4 20.5 79.1
Beispiel 7: Katalytische Performance eines erfindungsgemäßen Katalysators ß und eines Vergleichskatalysators V3 für die Dehydrierung von 3-MPIP zu 3-PIC.Example 7: Catalytic Performance of a catalyst according to the invention β and a comparative catalyst V3 for the dehydrogenation of 3-MPIP to 3-PIC.
Der Vergleichskatalysator V3 und der erfindungsgemäße Katalysator ß wurden der Dehydrierung von 3-MPIP zu 3-PIC untersucht. Für diesen Zweck wurden 100 ml des jeweiligen Katalysators in einen Reaktor gefüllt. Anschließend erfolgte eine Aktivierung für 4 h bei 1000C in einer 20 Vol.-% H2 (in N2) Atmosphäre und anschließend bei 2000C unter reinem H2 für 3 h. Anschließend wurde bei Normaldruck und 265°C die 3-MPIP- Dosierung eingeschaltet und auf 30 ml/h gestellt. Dabei wurden zusätzlich 4 l/h H2 und 16 l/h N2 über das Katalysatorbett geleitet.The comparative catalyst V3 and the catalyst β of the invention were investigated for the dehydrogenation of 3-MPIP to 3-PIC. For this purpose, 100 ml of the respective catalyst was charged to a reactor. This was followed by activation for 4 h at 100 ° C. in a 20% by volume H 2 (in N 2 ) atmosphere and then at 200 ° C. under pure H 2 for 3 h. Subsequently, at normal pressure and 265 ° C, the 3-MPIP dosage was turned on and set to 30 ml / h. An additional 4 l / h of H 2 and 16 l / h of N 2 were passed over the catalyst bed.
Nach einer Einfahrzeit von 1 h wurde der Vorlagekolben gewechselt und das gebildete Reaktionsprodukt, 3-PIC, eine Stunde lang gesammelt, dann gewogen und auf den 3- MPIP und 3-PIC-Gehalt hin analysiert. Für eine Belastungsfahrt wurde im weiteren Verlauf jeweils nach einer Stunde die 3-MPIP-Feedmenge auf den doppelten Wert erhöht und die Vorlage gewechselt. Nach zweimaliger Erhöhung der Belastung wurde abschließend die anfängliche Belastung für eine weitere Stunde gefahren („nach Belastung") und die Produktqualität mit der ersten Probe („vor Belastung") verglichen. Der erfindungsgemäße Katalysator ß erbrachte eine 3-PIC-Ausbeute von 99,3% vor der Belastung und von 99,2% nach der Belastung. Der Vergleichskatalysator V3 erreichte bei den gleichen Versuchbedingungen eine 3-PIC-Ausbeute von 99,5 % vor der Belastung. Die 3-PIC Ausbeute fiel nach der Belastung auf 98,5 % ab.After a run-in period of 1 h, the receiver flask was changed and the formed reaction product, 3-PIC, collected for one hour, then weighed and analyzed for 3-MPIP and 3-PIC content. For a load ride, the 3-MPIP feed quantity was increased to twice the value after one hour and the template changed. After increasing the load twice, the initial load was then run for an additional hour ("after loading") and the product quality compared with the first sample ("before loading"). Of the Inventive catalyst β gave a 3-PIC yield of 99.3% before loading and 99.2% after loading. Comparative catalyst V3 achieved a 3-PIC yield of 99.5% before loading under the same experimental conditions. The 3-PIC yield dropped to 98.5% after loading.
Tabelle 5: 3-PIC-Selektivität eines Vergleichskatalysators V3 und eines erfindungs- gemäßen Katalysators ß vor der und nach der in Beispiel 7 beschriebenen Belastung.Table 5: 3-PIC selectivity of a comparative catalyst V3 and a catalyst according to the invention β before and after the loading described in Example 7.
3-PIC-Selektivität [%] Katalysator —3-PIC selectivity [%] catalyst -
Vor Belastung Nach BelastungBefore loading After loading
Vergleich V3 99,5 98,5Comparison V3 99.5 98.5
Erfindungsgemäß ß 99,3 99,2According to the invention β 99.3 99.2
Beispiel 8: Rest-Selektivität eines erfindungsgemäßen Katalysators α1 und eines Vergleichskatalysators V1 nach BelastungExample 8: Residual selectivity of a catalyst according to the invention α1 and a comparative catalyst V1 after loading
Der erfindungsgemäße Katalysator α1 und der Vergleichskatalysator V1 wurden in einer Produktionsanlage nacheinander in zwei Produktionskampagnen eingesetzt. Die Reaktortemperatur wurde auf 306 ± 2°C konstant gehalten, der Feed mit TMCH betrug 700 bis 800 kg/h. Nach 50 Tagen wurden folgende Ergebnisse erhalten. Der Vergleichskatalysator V1 führte bei einer Produktionsmenge von 720 1 zu einer Rest- Selektivität von 87,4 %. Der erfindungsgemäße Katalysator α1 führte bei einer Produk- tionsmenge von 754 1 zu einer Rest-Selektivität von 96,6 %. The inventive catalyst α1 and the comparative catalyst V1 were used in a production plant successively in two production campaigns. The reactor temperature was kept constant at 306 ± 2 ° C, the feed with TMCH was 700 to 800 kg / h. After 50 days, the following results were obtained. The comparative catalyst V1 led to a residual selectivity of 87.4% at a production rate of 720 l. The catalyst α1 according to the invention led to a residual selectivity of 96.6% at a production rate of 754 l.

Claims

Patentansprüche claims
1. Katalysator enthaltend einen Träger und ein katalytisch aktives Material, wobeiA catalyst comprising a support and a catalytically active material, wherein
a) die Partikel des katalytisch aktiven Materials bimodal größenverteilt sind unda) the particles of the catalytically active material are bimodal size-distributed and
b) die Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials und die Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials gleichmäßig vermischt in der katalytisch aktiven Schicht des Katalysators vorliegen undb) the fraction of the larger particles of the catalytically active material and the fraction of the smaller particles of the catalytically active material uniformly mixed in the catalytically active layer of the catalyst are present and
c) das katalytisch aktive Material 50 Gew.-% oder weniger bezogen auf den Katalysator beträgt.c) the catalytically active material is 50 wt .-% or less based on the catalyst.
2. Katalysator nach dem Anspruch 1 , wobei die Fraktion der größeren Partikel des katalytisch aktiven Materials einen mittleren Durchmesser in Höhe des Zehnfachen oder mehr des mittleren Durchmessers der Fraktion der kleineren Partikel des katalytisch aktiven Materials aufweist.2. A catalyst according to claim 1, wherein the fraction of the larger particles of the catalytically active material has an average diameter equal to ten times or more of the mean diameter of the fraction of the smaller particles of the catalytically active material.
3. Katalysator nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei die Partikel des katalytisch aktiven Materials sphäroidisch mit einem Verhältnis des kleinsten zum größten Durchmessers eines Partikels von 0,5 bis 1 vorliegen.Catalyst according to claims 1 and 2, wherein the particles of the catalytically active material are spheroidal with a ratio of the smallest to the largest diameter of a particle of 0.5 to 1.
4. Katalysator nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei das katalytisch aktive Material Pd ist.4. Catalyst according to claims 1 to 3, wherein the catalytically active material is Pd.
5. Katalysator nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei der Träger Oc-AI2O3 oder ZrO2 ist.5. Catalyst according to claims 1 to 4, wherein the carrier is Oc-Al 2 O 3 or ZrO 2 .
6. Katalysator nach den Ansprüchen 1 bis 5, wobei der Katalysator ein Schalenkata- lysator ist.6. Catalyst according to claims 1 to 5, wherein the catalyst is a shell catalyst.
7. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, umfassend7. A process for the preparation of a catalyst according to claims 1 to 6, comprising
a) einen ersten Schritt, bei dem ein auf einem Träger befindliches katalytisch aktives Material auf dem Träger koaguliert wird unda) a first step, in which a supported catalytically active material is coagulated on the carrier, and
b) einen weiteren Schritt, bei dem ein weiteres katalytisch aktives Material auf den Träger aufgebracht wird.b) a further step, wherein a further catalytically active material is applied to the carrier.
2 Fig. 2 Fig.
8. Verfahren zur Regenerierung eines deaktivierten Katalysators gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, umfassend8. A process for the regeneration of a deactivated catalyst according to claims 1 to 6, comprising
a) einen ersten Schritt, bei dem ein auf einem Träger befindliches katalytisch aktives Material koaguliert wird unda) a first step in which a supported catalytically active material is coagulated and
b) einen weiteren Schritt, bei dem ein weiteres katalytisch aktives Material auf den Träger aufgebracht wird.b) a further step, wherein a further catalytically active material is applied to the carrier.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 8, wobei die Schritte a) und b) mehrmals erfolgen.9. The method according to claims 7 and 8, wherein the steps a) and b) take place several times.
10. Katalysator gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er hergestellt oder regeneriert wird nach einem Verfahren, umfassendCatalyst according to claims 1 to 6, characterized in that it is prepared or regenerated by a process comprising
a) einen ersten Schritt, bei dem ein auf einem Träger befindliches katalytisch aktives Material auf dem Träger koaguliert wird unda) a first step, in which a supported catalytically active material is coagulated on the carrier, and
b) einen weiteren Schritt, bei dem ein weiteres katalytisch aktives Material auf den Träger aufgebracht wird.b) a further step, wherein a further catalytically active material is applied to the carrier.
11. Verwendung eines Katalysators gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 oder 10 für die Dehydrierung von 2,3,6-Trimethyl-2-cyclohexen-1-on zu 2,3,6-Trimethylphenol.11. Use of a catalyst according to claims 1 to 6 or 10 for the dehydrogenation of 2,3,6-trimethyl-2-cyclohexen-1-one to 2,3,6-trimethylphenol.
12. Verwendung eines Katalysators gem. den Ansprüchen 1 bis 6 oder 10 für die Dehydrierung von 3-Methylpiperidin zu 3-Picolin. 12. Use of a catalyst gem. Claims 1 to 6 or 10 for the dehydrogenation of 3-methylpiperidine to 3-picoline.
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