DE10023279A1 - Catalyst, for the aromatization of aliphatic and alicyclic hydrocarbons, comprises a porous oxide or oxide mixture of Ti, Zr and/or Hf modified at least on the surface. - Google Patents

Catalyst, for the aromatization of aliphatic and alicyclic hydrocarbons, comprises a porous oxide or oxide mixture of Ti, Zr and/or Hf modified at least on the surface.

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Abstract

A catalyst, for the aromatization of aliphatic and alicyclic hydrocarbons, comprises a porous oxide or oxide mixture of Ti, Zr and/or Hf containing at least on the surface, 0.01-10 wt.% of a Group 5, 6 and/or 7 element in oxidized form and having 0.005-6 wt.%, at least on the surface; Ga, In, Cu, Ag, Zn, Mn, Fe, Co, Ni, Pd and/or Pt in oxidized and/or metallic form. A catalyst (I), for the aromatization of aliphatic and alicyclic hydrocarbons, comprises a porous oxide or oxide mixture of Ti, Zr and/or Hf containing at least on the surface, 0.01-10 wt.% of a Group 5, 6 and/or 7 element in oxidized form; and having a specific surface area of 30-300 m<2>/g; the capacity to repeatedly absorb and desorb hydrogen at 400-700 deg C; no strongly acid and/or basic centers; and having 0.005-6 wt.%, at least on the surface; Ga, In, Cu, Ag, Zn, Mn, Fe, Co, Ni, Pd and/or Pt in oxidized and/or metallic form. An Independent claim is included for a process for the production of the catalyst (I) by preparing a hydroxide and/or oxide mixture of Ti, Zr and/or Hf; modifying the surface of the mixture with a Group 5, 6 and/or 7 element; and modifying the resulting intermediate on the surface and/or within the bulk with Ga, In, Cu, Ag, Zn, Mn, Fe, Co, Ni, Pd and/or Pt; followed by calcining at 300-750 deg C in air, oxygen or inert gas to obtain all named elements in oxide form.

Description

Die Erfindung betrifft selektive Katalysatoren zur Aromatisierung von aliphatischen oder alicyclischen Kohlenwasserstoffen mit wenigstens 7 Kohlenstoffatomen in der Kette, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.The invention relates to selective catalysts for the aromatization of aliphatic or alicyclic hydrocarbons with at least 7 carbon atoms in the chain, process for their manufacture and their use.

Aromaten wie Toluen, Ethylbenzen, p-Xylen und o-Xylen sind wichtige aromatische Kohlenwasserstoffe, die Hauptbestandteile hochoctaniger Kraftstoffe sind und als Ausgangsmaterialien für vielfältige Synthesereaktionen in der chemischen Industrie eingesetzt werden. Das aus der C8-Fraktion gebildete Ethylbenzol wird beispielsweise zur Gewinnung von Styrol bzw. Polystyrol verwendet. Die Aromatisierung gehört daher zu den wichtigsten Verfahren der Petrochemie zur Veredlung von paraffinischen Kohlenwasserstoffen. Wegen der Unverzichtbarkeit von Katalysatoren für die technische Realisierung der Aromatisierungsprozesse ist die Entwicklung effektiver Katalysatoren eine ständige Forderung an die Katalyseforschung.Aromatics such as toluene, ethylbenzene, p-xylene and o-xylene are important aromatic hydrocarbons, which are the main components of high-octane fuels and are used as starting materials for diverse synthesis reactions in the chemical industry. The ethylbenzene formed from the C 8 fraction is used, for example, to obtain styrene or polystyrene. Flavoring is therefore one of the most important petrochemical processes for upgrading paraffinic hydrocarbons. Because catalysts are indispensable for the technical implementation of aromatization processes, the development of effective catalysts is a constant requirement for catalysis research.

Die Gewinnung von Aromaten aus hauptsächlich C6-C8-Paraffine enthaltenden Kohlenwasserstofffraktionen erfolgt seit Jahrzehnten nach dem bekannten Reformingprozeß und seinen Modifikationen. Die dabei erfolgreich eingesetzten Pt/-Al2O3-Reforming- Katalysatoren, die mittlerweile vielfältig modifiziert und verbessert wurden, z. B. durch den Einsatz bi- oder multimetallischer Zusätze und durch verschiedenartige Variationen des Trägers, sind beispielsweise beschrieben von B. C. Gates, J. R. Kratzer und G. C. Schuit, Chemistry of Catalytic Processes, McGraw-Hill, N. Y. 1979. Dabei wird im allgemeinen eine Ausbeute von 25-40% C6-C8-Aromaten bei 450-550°C unter 1-2 MPa bei einem molaren Wasserstoff/Kohlenstoffverhältnis von 10/1 bis 100/1 an 0,5-1,0 Gew.-% Platin enthaltenden Katalysatoren erreicht.Aromatics have been obtained from hydrocarbon fractions mainly containing C 6 -C 8 paraffins for decades using the known reforming process and its modifications. The successfully used Pt / Al 2 O 3 reforming catalysts, which have since been modified and improved in many ways, e.g. B. by the use of bimetallic or multimetallic additives and by various types of carrier are described, for example, by BC Gates, JR Kratzer and GC Schuit, Chemistry of Catalytic Processes, McGraw-Hill, NY 1979. In general, a yield of 25 -40% C 6 -C 8 aromatics at 450-550 ° C under 1-2 MPa with a molar hydrogen / carbon ratio of 10/1 to 100/1 on catalysts containing 0.5-1.0% by weight of platinum reached.

Trotz weitverbreiteter Anwendung hatten die oben genannten Katalysatorsysteme bedeutende Nachteile. Einerseits sind edelmetallhaltige Katalysatoren teuer. Andererseits finden beim Reformingprozess an solchen Katalysatoren neben der Aromatisierung auch verschiedene Umwandlungsreaktionen von Kohlenwasserstoffen statt, wie z. B. Isomerisierungs-, Dehydrierungs-, Cyclisierung- sowie Crackreaktionen, deren Produkte die Ausbeute an Wertprodukten, insbesodere an Alkylaromaten, vermindern. Der wertvolle Kohlenstoffträger Erdöl wird daher mangelhaft ausgenutzt. Darüber hinaus ist die zeitliche Stabilität der Katalysatoren bei den erforderlichen Arbeitsbedingungen verbesserungswürdig, wodurch zusätzlicher Aufwand und/oder Umweltprobleme bei der Regenerierung oder Aufarbeitung der Katalysatoren entstehen.Despite widespread use, the above catalyst systems have had significant ones Disadvantage. On the one hand, catalysts containing precious metals are expensive. On the other hand, at Reforming process on such catalysts in addition to aromatization also various Conversion reactions of hydrocarbons take place, such as. B. isomerization, Dehydrogenation, cyclization and cracking reactions, the products of which the yield Reduce valuable products, especially of alkyl aromatics. The valuable carbon carrier Oil is therefore underused. In addition, the temporal stability of the Catalysts in need of improvement in the necessary working conditions, whereby additional effort and / or environmental problems in the regeneration or refurbishment of the Catalysts are created.

Mit den in der Offenlegunsschrift DE-OS 196 12 000 A1 beschriebenen Katalysatoren, die beispielsweise Cr-, La- und Zr-Oxid enthalten, wurden hochselektive, edelmetallfreie Aromatisierungskatalysatoren vorgeschlagen, die die oben aufgeführten Nachteile vermeiden. Im Vergleich mit klassischen Pt/Al2O3-Katalysatoren wird mit dieser neuen Klasse von Aromatisierungkatalysatoren beispielsweise (mit einem Cr-La-/Zr-Oxid-haltigen Katalysator) bei der Umwandlung von n-Octan in Alkylaromaten, siehe Beispiele der DE-OS 196 12 000 A1, eine Erhöhung der C6-C8-Aromaten-Selektivität von 61 auf 85-90% erreicht. Die entstandene Aromatenfraktion bestand bei diesem Katalysator zu etwa 70-90% aus o-Xylol und Ethylbenzol und nur zu 1% aus dem physiologisch bedenklichen Benzol. With the catalysts described in DE-OS 196 12 000 A1, which contain, for example, Cr, La and Zr oxide, highly selective, noble metal-free aromatization catalysts have been proposed which avoid the disadvantages listed above. In comparison with classic Pt / Al 2 O 3 catalysts, this new class of aromatization catalysts, for example (with a catalyst containing Cr-La / Zr oxide), is used in the conversion of n-octane to alkyl aromatics, see examples of DE OS 196 12 000 A1, an increase in C 6 -C 8 aromatics selectivity from 61 to 85-90% was achieved. The resulting aromatic fraction in this catalyst consisted of about 70-90% o-xylene and ethylbenzene and only 1% of the physiologically questionable benzene.

Die Katalysatoren nach DE-OS 196 12 000 A1 hatten mit allen bisher bekannten Reforming- Katalysatoren gemeinsam, daß sie im Laufe der Zeit deutlich desaktivieren. Die Geschwindigkeit der Desaktivierung eines Katalysators beeinflußt jedoch seine Lebensdauer und damit die Wirtschaftlichkeit seiner Anwendung oder seine Anwendbarkeit überhaupt ganz entscheidend.The catalysts according to DE-OS 196 12 000 A1 had with all previously known reforming Common catalysts that they deactivate significantly over time. The However, the rate of catalyst deactivation affects its life and thus the economy of its application or its applicability in general crucial.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, die zeitliche Stabilität der bekannten Ti, Zr und/oder Hf enthaltenden hochselektiven Aromatisierungskatalysatoren nach DE-A-196 12 000 zu verbessern.The invention has therefore set itself the task of the temporal stability of the known Ti, Zr and / or Hf-containing highly selective aromatization catalysts according to DE-A-196 12 000 to improve.

Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch Katalysatoren gelöst, die auf einem Oxid oder Oxidgemisch der Elemente Titanium, Zirconium und Hafnium basieren, und das an der Oberfläche, gegebenenfalls gleichzeitig im Bulk, zusätzlich modifiziert ist durch ein oder mehrere Oxide der Elemente der 5., 6. und 7. Nebengruppe des PSE und die außerdem dadurch gekennzeichnet sind, daß sie zusätzlich ein oder mehrere Elemente, ausgewählt unter den Elementen Ga und In der III. Hauptgruppe, Cu und Ag der I. Nebengruppe, Zn der II. Nebengruppe, Mn der VII. Nebengruppe sowie Fe, Co, Ni, Pd und Pt der VIII. Nebengruppe des PSE in oxidischer und/oder metallischer Form in einer Menge von 0,005 bis 6 Gew-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Katalysators, enthalten.According to the invention, this object has been achieved by catalysts which are based on an oxide or Oxide mixture of the elements titanium, zirconium and hafnium based, and that on the Surface, optionally at the same time in bulk, is additionally modified by an or several oxides of the elements of the 5th, 6th and 7th subgroup of the PSE and the addition characterized in that they additionally include one or more elements selected from the elements Ga and In III. Main group, Cu and Ag of subgroup I, Zn of II. Subgroup, Mn of subgroup VII and Fe, Co, Ni, Pd and Pt of subgroup VIII of the PSE in oxidic and / or metallic form in an amount of 0.005 to 6% by weight, based on the total mass of the catalyst.

Das Oxid oder Oxidgemisch der Elemente Ti, Zr und Hf kann zusätzlich eines oder mehrere Oxide der Elemente der Hauptgruppe II und/oder der Nebengruppe III einschließlich der Lanthanide des Periodensystems der Elemente (PSE) und/oder von Aluminium enthalten. Bevorzugt sind dabei die Elemente Mg, Ca, Ba sowie Y, La, Ce oder Gemische davon.The oxide or oxide mixture of the elements Ti, Zr and Hf can additionally one or more Oxides of the elements of main group II and / or subgroup III including the Contain lanthanides of the Periodic Table of the Elements (PSE) and / or of aluminum. The elements Mg, Ca, Ba and Y, La, Ce or mixtures thereof are preferred.

Bevorzugte erfindungsgemäße Zusätze sind solche der Elemente Ga, Cu, Zn, Mn, Fe, Co, Ni, wovon Fe, Co und Ni besonders bevorzugt sind.Preferred additives according to the invention are those of the elements Ga, Cu, Zn, Mn, Fe, Co, Ni, of which Fe, Co and Ni are particularly preferred.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Katalysatoren besteht darin, daß sie eine quantitative Reversibilität ihrer Umwandlung von der durch Behandlung in wasserstoffhaltiger Atmosphäre im Temperaturbereich von 250 bis 900°C entstehenden reduzierten Form in die durch Behandlung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre im Temperaturbereich 300 bis 700°C entstehenden oxidierten Form (und umgekehrt) aufweisen.Another feature of the catalysts of the invention is that they are quantitative reversibility of their conversion from treatment by treatment to hydrogen Atmosphere in the temperature range from 250 to 900 ° C in the reduced form  by treatment in an oxygen-containing atmosphere in the temperature range 300 to 700 ° C resulting oxidized form (and vice versa).

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Aromatisierungskatalysatoren erfolgt bevorzugt in der Weise, daß in bekannter Weise
The aromatization catalysts according to the invention are preferably prepared in such a way that in a known manner

  • a) zunächst ein Hydroxid, Oxid, Oxidgemisch oder Hydroxid/Oxid-Gemisch der Elemente Titanium, Zirconium und Hafnium als Grundkörper hergestellt wird, welcher zusätzlich eines oder mehrere Oxide der Elemente der Hauptgruppe II und/oder der Nebengruppe III einschließlich der Lanthanide des Periodensystems der Elemente (PSE) und/oder von Aluminium enthalten kann, und daß, wiederum nach bekannten Verfahren,a) first a hydroxide, oxide, oxide mixture or hydroxide / oxide mixture of the elements Titanium, zirconium and hafnium is produced as a basic body, which additionally one or more oxides of the elements of main group II and / or subgroup III including the periodic table of elements (PSE) and / or of lanthanides Can contain aluminum, and that, again using known methods,
  • b) dieses Hydroxid, Oxid, Oxidgemisch oder Hydroxid/Oxid-Gemisch danach an der Oberfläche oder im Bulk mit einer oder mehreren Verbindungen der Elemente der 5., 6. und 7. Nebengruppe des PSE modifiziert wird und daß erfindungsgemäßb) this hydroxide, oxide, oxide mixture or hydroxide / oxide mixture thereafter at the Surface or in bulk with one or more connections of the elements of the 5th, 6th and 7th Subgroup of the PSE is modified and that according to the invention
  • c) dieses gemäß i) und ii) hergestellte Produkt an der Oberfläche oder im Bulk mit einer oder mehreren Verbindung(en) der Elemente Ga und In der III. Hauptgruppe, Cu und Ag der I. Nebengruppe, Zn der II. Nebengruppe, Mn der VII. Nebengruppe sowie Fe, Co, Ni, Pd und Pt der VIII. Nebengruppe des PSE modifiziert und danach bei Temperaturen zwischen 300 und 750°C in Luft, Sauerstoff oder Inertgas calciniert wird, so daß alle in i), ii) und iii) genannten Elemente im Ergebnis in oxidierter Form vorliegen.c) this product produced according to i) and ii) on the surface or in bulk with one or several compound (s) of the elements Ga and In III. Main group, Cu and Ag the I. subgroup, Zn of the II. Subgroup, Mn of the VII. Subgroup and Fe, Co, Ni, Pd and Pt of subgroup VIII of the PSE modified and then at temperatures between 300 and 750 ° C is calcined in air, oxygen or inert gas, so that all in i), ii) and iii) as a result, the elements mentioned are present in oxidized form.

Danach wird das oxidierte Produkt mit Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Gas im Temperaturbereich von 400 bis 700°C über einen Zeitraum von wenigstens 5 Minuten bis zu mehreren Stunden behandelt, wodurch reduzierbare Bestandteile reduziert werden.Then the oxidized product with hydrogen or a hydrogen-containing gas in the Temperature range from 400 to 700 ° C over a period of at least 5 minutes up to treated for several hours, reducing reducible components.

Das gemäß ii) hergestellte Hydroxid, Oxid, Oxidgemisch oder Hydroxid/Oxid-Gemisch kann erforderlichenfalls bei Temperaturen von 300-750°C in Luft, Sauerstoff oder Inertgas getempert werden.The hydroxide, oxide, oxide mixture or hydroxide / oxide mixture prepared according to ii) can if necessary at temperatures of 300-750 ° C in air, oxygen or inert gas be annealed.

Die Präparation des Grundkörpers erfolgt nach bekannten Präparationstechniken, bevorzugt durch die Schrittfolge Fällen, Filtrieren, Trocknen und Calcinieren, Geeignete Verbindungen in den Stufen i), ii) und iii) sind die wasserlöslichen Salze der genannten Elemente, beispielsweise die Nitrate oder Chloride, wobei die Nitrate bevorzugt sind.The base body is prepared using known preparation techniques, preferably through the steps of precipitation, filtering, drying and calcining,  Suitable compounds in stages i), ii) and iii) are the water-soluble salts of mentioned elements, for example the nitrates or chlorides, the nitrates being preferred are.

Die Modifizierung an der Oberfläche oder im Bulk kann in den Stufen ii) und iii) beispielsweise durch Imprägnierungstechniken, wie Tränken, Mischfällung oder durch andere geeignete Verfahren erfolgen.The modification on the surface or in bulk can be carried out in stages ii) and iii) for example by impregnation techniques such as watering, mixed precipitation or others suitable procedures are carried out.

Besonders geeignete Elemente der 5., 6. und 7. Nebengruppe des PSE sind Chrom, Molybdän und Wolfram.Particularly suitable elements of the 5th, 6th and 7th subgroup of the PSE are chromium, molybdenum and tungsten.

Besonders bevorzugt sind die Verbindungen von Eisen, Nickel und Cobalt als Zusätze in der Stufe iii).The compounds of iron, nickel and cobalt are particularly preferred as additives in the Stage iii).

Bei der thermischen Behandlung in Luft, Sauerstoff oder Inertgas im Temperaturbereich von 300-750°C entsteht ein poröser Festkörper mit einer Oberfläche von 30 bis 300 m2/g. Nach dem Abkühlen, gegebenenfalls unmittelbar vor der katalytischen Reaktion, wird der Katalysator, wie oben ausgeführt, mit Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Gas im Temperaturbereich von 400 bis 800°C über einen Zeitraum von wenigstens S Minuten bis zu mehreren Stunden behandelt und dadurch reduziert.Thermal treatment in air, oxygen or inert gas in the temperature range of 300-750 ° C creates a porous solid with a surface area of 30 to 300 m 2 / g. After cooling, if appropriate immediately before the catalytic reaction, the catalyst, as stated above, is treated with hydrogen or a hydrogen-containing gas in the temperature range from 400 to 800 ° C. over a period of at least 5 minutes to several hours and thereby reduced.

Die Katalysatoren haben die besondere Eigenschaft, wiederholt die gleiche Menge von Wasserstoff zu verbrauchen, wenn sie jeweils zuvor durch Behandlung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre im Temperaturbereich von 300-700°C in eine oxidierte Form überführt wurden. Die Messung dieser für den erfindungsgemäßen Zweck als wichtig erkannten Eigenschaft erfolgt durch die sogenannte temperatur-programmierte Reduktion, die mit den Katalysatoren in ihrer oxidierten Form durchgeführt wird.The catalysts have the special property of repeating the same amount of Consume hydrogen if it is previously treated with oxygen Atmosphere in the temperature range of 300-700 ° C were converted into an oxidized form. The measurement of this property, recognized as important for the purpose according to the invention takes place through the so-called temperature-programmed reduction, which is carried out with the catalysts is carried out in its oxidized form.

Die erfindungsgemäßen Katalysatoren eignen sich zur selektiven katalytischen Herstellung von Aromaten aus aliphatischen und/oder alicyclischen Kohlenwasserstoffen. Gegenüber den in DE-OS 196 12 000 A1 beschriebenen Katalysatoren haben die erfindungsgemäßen Katalysatoren den Vorteil einer höheren zeitlichen Stabilität der katalytischen Aktivität. The catalysts of the invention are suitable for the selective catalytic production of Aromatics from aliphatic and / or alicyclic hydrocarbons. Opposite the in DE-OS 196 12 000 A1 catalysts described have the inventive Catalysts have the advantage of a higher temporal stability of the catalytic activity.  

Gegenstand der Erfindung ist daher auch die Verwendung der oben beschriebenen Katalysatoren zur selektiven katalytischen Umwandlung von aliphatischen oder alicyclischen Kohlenwasserstoffen mit mindestens 6 C-Atomen in der längsten Kette in Benzol oder alkylsubstituierte Benzole. Besonders geeignet ist der Katalysator zur katalytischen Umwandlung von gesättigten oder ungesättigten Kohlenwasserstoffen mit 7 bis 12 Kohlenwasserstoffen in der Kette. Dabei sind die gesättigten Kohlenwasserstoffe mit wenigstens 7 bis 12, vorzugsweise 7 bis 10, insbesondere wenigstens 7 bis 8 Kohlenstoffatomen in der längsten Kette, bevorzugt.The invention therefore also relates to the use of those described above Catalysts for the selective catalytic conversion of aliphatic or alicyclic Hydrocarbons with at least 6 carbon atoms in the longest chain in benzene or alkyl substituted benzenes. The catalyst is particularly suitable for catalytic Conversion of saturated or unsaturated hydrocarbons with 7 to 12 Hydrocarbons in the chain. The saturated hydrocarbons are included at least 7 to 12, preferably 7 to 10, in particular at least 7 to 8 Carbon atoms in the longest chain, preferred.

Die neuen Katalysatoren zeigen bei hohen Selektivitäten der Aromatisierung, wie sie bereits in der DE-OS 196 12 000 A1 ausgewiesen wurden, eine höhere zeitliche Stabilität der katalytischen Aktivität bei der Umwandlung von n-Alkanen in aromatische Verbindungen. Sie sind wegen ihrer leichten Herstellbarkeit und der relativ preiswerten Bestandteile besonders wirtschaftlich.The new catalysts show high aromatization selectivities, as already described in DE-OS 196 12 000 A1, a higher temporal stability of the catalytic activity in the conversion of n-alkanes into aromatic compounds. she are special because of their ease of manufacture and the relatively inexpensive components economically.

Die Erfindung soll nachstehend durch Beispiele näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below by examples.

Beispiel 1example 1 Herstellung eines nicht erfindungsgemäßen Cr-/La-/Zr-Oxid-Katalysators entsprechend DE OS 196 12 000 A1 als VergleichskatalysatorProduction of a Cr / La / Zr oxide catalyst not according to the invention in accordance with DE OS 196 12 000 A1 as a comparative catalyst

Eine Lösung von 49,7 g ZrOCl2 × 8H2O und 2,66 g La(NO3)3 × 6H2O wird hergestellt, indem die Salze langsam und unter Rühren bei Raumtemperatur in 100 ml bidestilliertes Wasser eingetragen werden. Die Lösung wird tropfenweise gleichzeitig mit einer 25%-igen NH3- Lösung ins destilliertes Wasser, dessen pH-Wert mit NH3 auf 10 eingestellt wurde, zugefügt. Das dadurch erhaltene Hydroxidgemisch wird nach dem Abfiltrieren mittels destilliertem Wasser so oft gewaschen, bis Cl--Ionen anhand eines AgNO3-Tests nicht mehr nachzuweisen sind. Das (Zr, La)-Hydroxidgemisch wird dann in Luft bei 120°C für 24 Stunden getrocknet.A solution of 49.7 g of ZrOCl 2 × 8H 2 O and 2.66 g of La (NO 3 ) 3 × 6H 2 O is prepared by slowly adding the salts to 100 ml of bidistilled water with stirring at room temperature. The solution is added dropwise simultaneously with a 25% NH 3 solution into the distilled water, the pH of which has been adjusted to 10 with NH 3 . The hydroxide mixture obtained in this way is, after filtering off, washed with distilled water until the Cl - ions can no longer be detected using an AgNO 3 test. The (Zr, La) hydroxide mixture is then dried in air at 120 ° C for 24 hours.

19,6 g des getrockneten (Zr, La)-Hydroxidgemisches werden bei Raumtemperatur unter Rühren langsam zu 50 ml einer 2,34 g (NH4)2CrO4 enthaltenen Lösung hinzugefügt. Unter ständigem Rühren wird das Wasser im erhaltenen Gemisch bei 50°C für 1 Stunde verdampft. Das Produkt wird 24 Stunden bei 120°C getrocknet und als Katalysatorpräkursor für die nachstenhenden Herstellungen verwendet.19.6 g of the dried (Zr, La) hydroxide mixture are slowly added to 50 ml of a 2.34 g (NH 4 ) 2 CrO 4 solution at room temperature with stirring. With constant stirring, the water in the mixture obtained is evaporated at 50 ° C. for 1 hour. The product is dried for 24 hours at 120 ° C and used as a catalyst precursor for the following preparations.

13 g des Präkursors werden 4 Stunden bei 600°C in Luft behandelt. Das erhaltenen Produkt ist der CrOx/La2O3/ZrO2-Katalysator entsprechend DE-OS 196 12 000. Der Katalysator enthält 4 Gew.-% Cr und verfügt über eine spezifische Oberfläche nach BET von 145 m2/g. und wird als Vergleichskatalysator (siehe Beispiel 5) verwendet.13 g of the precursor are treated for 4 hours at 600 ° C in air. The product obtained is the CrO x / La 2 O 3 / ZrO 2 catalyst in accordance with DE-OS 196 12 000. The catalyst contains 4% by weight of Cr and has a BET specific surface area of 145 m 2 / g. and is used as a comparative catalyst (see Example 5).

Beispiel 2Example 2 Herstellung eines erfindungsgemäßen Ni-/Cr-/La-/Zr-Oxid-KatalysatorsProduction of an Ni / Cr / La / Zr oxide catalyst according to the invention

9,78 g des Präkursors nach Beispiel 1 werden bei Raumtemperatur unter Rühren zu 50 ml einer 1,0987 g Ni(NO3)2 × 6H2O enthaltenen Lösung hinzugefügt. Unter ständigem Rühren wird das Wasser im erhaltenen Gemisch bei 60°C für 1-2 Stunden bis zur annähenden Trockne verdampft. Das Produkt wird 8 Stunden bei 120°C getrocknet und anschließend 4 Stunden bei 600°C in Luft calciniert.9.78 g of the precursor according to Example 1 are added to 50 ml of a solution containing 1.0987 g of Ni (NO 3 ) 2 × 6H 2 O with stirring at room temperature. With constant stirring, the water in the mixture obtained is evaporated to near dryness at 60 ° C. for 1-2 hours. The product is dried at 120 ° C. for 8 hours and then calcined in air at 600 ° C. for 4 hours.

Der erhaltene Ni-/Cr-/La-/Zr-Oxid-Katalysator enthält 4,46 mol% Ni, 8,95 mol% Cr, 2,5 mol% La und 84,09 mol% ZrO2 und verfügt über eine spezifische Oberfläche nach BET von 164,8 m2/g.The Ni / Cr / La / Zr oxide catalyst obtained contains 4.46 mol% Ni, 8.95 mol% Cr, 2.5 mol% La and 84.09 mol% ZrO 2 and has a specific BET surface area of 164.8 m 2 / g.

Beispiel 3Example 3 Herstellung eines erfindungsgemäßen Fe-/Cr-/La-/Zr-Oxid-KatalysatorsProduction of an Fe / Cr / La / Zr oxide catalyst according to the invention

9,79 g des Präkursors nach Beispiel I werden bei Raumtemperatur unter Rühren zu 50 ml einer 1,5191 g Fe(NO3)3 × 9H2O enthaltenen Lösung hinzugefügt. Unter ständigem Rühren wird das Wasser im erhaltenen Gemisch bei 60°C für 1-2 Stunden bis zur annähenden Trockne vedampft. Das Produkt wird 8 Stunden bei 120°C getrocknet und anschließend 4 Stunden bei 600°C in Luft behandelt.9.79 g of the precursor according to Example I are added at room temperature with stirring to 50 ml of a solution containing 1.5191 g of Fe (NO 3 ) 3 × 9H 2 O. With constant stirring, the water in the mixture obtained is evaporated to near dryness at 60 ° C. for 1-2 hours. The product is dried at 120 ° C. for 8 hours and then treated in air at 600 ° C. for 4 hours.

Der erhaltene Fe-/Cr-/La-/Zr-Oxid-Katalysator enthält 4,47 mol% Fe, 8,95 mol% Cr, 2,5 mol% La und 84,08 mol% ZrO2 und verfügt über eine spezifische Oberfläche nach BET von 145,7 m2/g. The Fe / Cr / La / Zr oxide catalyst obtained contains 4.47 mol% Fe, 8.95 mol% Cr, 2.5 mol% La and 84.08 mol% ZrO 2 and has a specific BET surface area of 145.7 m 2 / g.

Beispiel 4Example 4 Charakterisierung eines erfindungsgemäßen Ni-/Cr-/La-/Zr-Oxid -Katalysators durch Messung des Wasserstoff-Verbrauches seiner oxidierten Form mittels der TPR-MethodeCharacterization of a Ni / Cr / La / Zr oxide catalyst according to the invention by measurement the hydrogen consumption of its oxidized form using the TPR method

TPR-Messungen wurden in einer Apparatur entsprechend der von N. W. Hurst et al [Catal. Rew. 24 (1982) 149] angegebenen durchgeführt. 100 mg des entsprechend Beispiel 2 hergestellten Katalysators wurden im Argon-Strom bei 300°C 1 h thermisch behandelt. Nach Abkühlung auf 50°C wurde die Probe in einem 5% H2-in-Ar-Strom von 15 ml/min mit einer linearen Aufheizrate von 10 K/min bis zu einer Endtemperatur von 750°C erhitzt. Das ist der erste TPR-Lauf, TPR1 genannt. Der dabei eingetretene Wasserstoffverbrauch wurde katarometrisch detektiert und ist das TPR1-Resultat, gekennzeichnet durch den in Tabelle 1 gegebenen TPR1-Wasserstoffverbrauch. Danach erfolgte Abkühlung der Probe auf 50°C im Ar-Strom. Anschließend wurde Ar- durch 20%O2-in-He-Strom ersetzt und die Probe auf 600°C aufgeheizt und bei dieser Temperatur für 1 h behandelt, um die Probe zu reoxidieren. Der Katalysator in oxidierter Form wurde im Ar-Strom auf 50°C abgekühlt. Anschließend wurde der Ar-Strom wiederum durch den 5%H2-in-Ar-Strom mit der Strömmungsgeschwindigkeit von 15 ml/min ersetzt und die Probe wurde linear mit 10 K/min bis zu 750°C erneut aufgeheizt. Das ist der zweite TPR-Lauf, TPR2 genannt, und der dabei katarometrisch detektierte Wasserstoffverbrauch ist das TPR2-Resultat, gekennzeichnet duch den in Tabelle 1 gegebenen TPR2-Wasserstoffverbrauch.TPR measurements were carried out in an apparatus according to the method described by NW Hurst et al [Catal. Rew. 24 (1982) 149]. 100 mg of the catalyst prepared in accordance with Example 2 were thermally treated in an argon stream at 300 ° C. for 1 h. After cooling to 50 ° C, the sample was heated in a 5% H 2 -in-Ar flow of 15 ml / min with a linear heating rate of 10 K / min to a final temperature of 750 ° C. This is the first TPR run, called TPR1. The hydrogen consumption that occurred was detected catatometrically and is the TPR1 result, characterized by the TPR1 hydrogen consumption given in Table 1. The sample was then cooled to 50 ° C. in an Ar stream. Ar was then replaced by 20% O 2 in He current and the sample was heated to 600 ° C. and treated at this temperature for 1 h in order to reoxidize the sample. The catalyst in the oxidized form was cooled to 50 ° C. in an Ar stream. The Ar stream was then replaced by the 5% H 2 -in-Ar stream at the flow rate of 15 ml / min and the sample was linearly reheated at 10 K / min up to 750 ° C. This is the second TPR run, called TPR2, and the hydrogen consumption detected by catatometry is the TPR2 result, characterized by the TPR2 hydrogen consumption given in Table 1.

Tabelle 1 Table 1

TPR1- und TPR2-Charakteristika vom Ni-/Cr-/La-/Zr-Oxid-Katalysator TPR1 and TPR2 characteristics of Ni / Cr / La / Zr oxide catalyst

Beispiel 5Example 5 Katalytische Testung eines nicht erfindungsgemäßen Cr-/La-/Zr-Oxid-Katalysators entsprechend DE OS 196 12 000 A1Catalytic testing of a Cr / La / Zr oxide catalyst not according to the invention according to DE OS 196 12 000 A1

Die Aromatisierung von n-Oktan als Test-Reaktion wurde bei Normaldruck in einem mittels Strahlungsofen beheizten, temperaturgeregelten Quarz-Durchflußreaktor mit einem Durchmesser von 8 mm realisiert. Eine Probe von 0,25 g des entsprechend Beispiel 1 hergestellten Cr-/La-/Zr-Oxid-Katalysators mit einer Körnung von 0,3 mm bis 0,8 mm wurden im Reaktor für 2 h bei 550°C in strömendem Wasserstoff behandelt. Danach wurde bei der gleichen Temperatur ein mit n-Oktan gesättigter Wasserstoffstrom über den Katalysator gegeben. Das molare Verhältnis n-Oktan/H2 betrug 1/12,5 und die Strömungsgeschwindigkeit 1,5 l/h. Die quantitative Analyse der Reaktionsprodukte wurde mittels online-GC durchgeführt.The aromatization of n-octane as a test reaction was carried out at normal pressure in a temperature-controlled quartz flow reactor with a diameter of 8 mm, which was heated by means of a radiation furnace. A sample of 0.25 g of the Cr / La / Zr oxide catalyst produced according to Example 1 with a grain size of 0.3 mm to 0.8 mm was treated in the reactor for 2 h at 550 ° C. in flowing hydrogen . A stream of hydrogen saturated with n-octane was then passed over the catalyst at the same temperature. The molar ratio n-octane / H 2 was 1 / 12.5 and the flow rate 1.5 l / h. The quantitative analysis of the reaction products was carried out using online GC.

Die Berechnung des n-Oktan-Umsatzgrades U (%) und der Produkt-Ausbeute A (%) erfolgte entsprechend
The calculation of the degree of n-octane conversion U (%) and the product yield A (%) was carried out accordingly

U = (Eein - Eaus) × 100/E;
U = (E a - E out) x 100 / E;

mit
Eein: Molzahl eingesetzter Kohlenwasserstoff, und
Eaus: Molzahl nichtreagierter Kohlenwasserstoff
With
E model: number of moles employed hydrocarbon, and
E from : number of moles of unreacted hydrocarbon

A = Pi × 100/Eaus;
A = P i × 100 / E off ;

mit
Pi: Molzahl des Produktes i.
With
P i : number of moles of product i.

Tabelle 2 Table 2

Ergebnisse der n-Oktan-DHC am Cr-/La-/Zr-Oxid -Katalysator als Vergleichskatalysator Results of the n-octane DHC on the Cr / La / Zr oxide catalyst as a comparative catalyst

Beispiel 6Example 6 Katalytische Testung eines nach Beispiel 2 hergestellten Ni-/Cr-/La-/Zr-Oxid -KatalysatorsCatalytic testing of a Ni / Cr / La / Zr oxide catalyst produced according to Example 2

Die Testung erfolgte analog zu Beispiel 5. The test was carried out analogously to Example 5.  

Tabelle 3 Table 3

Ergebnisse der n-Oktan-DHC am Ni-/Cr-/La-/Zr-Oxid -Katalysator Results of the n-octane DHC on the Ni / Cr / La / Zr oxide catalyst

Das Beispiel demonstriert die verbesserte zeitliche Stabilität der katalytischen Aktivität des erfindungsgemäßen KatalysatorsThe example demonstrates the improved temporal stability of the catalytic activity of the catalyst according to the invention

Beispiel 7Example 7 Katalytische Testung eines nach Beispiel 3 hergestellten Fe-/Cr-/La-/Zr-Oxid -KatalysatorsCatalytic testing of an Fe / Cr / La / Zr oxide catalyst prepared according to Example 3

Die Testung erfolgte analog zu Beispiel 5.The test was carried out analogously to Example 5.

Tabelle 4 Table 4

Ergebnisse der n-Oktan-DHC am Fe-/Cr-La-/Zr-Oxid-Katalysator Results of the n-octane DHC on the Fe / Cr La / Zr oxide catalyst

Das Beispiel demonstriert die verbesserte zeitliche Stabilität der katalytischen Aktivität des erfindungsgemäßen KatalysatorsThe example demonstrates the improved temporal stability of the catalytic activity of the catalyst according to the invention

Claims (14)

1. Katalysator zur Aromatisierung von aliphatischen und alicyclischen Kohlenwasserstoffen, bestehend aus einem porösen Oxid oder Oxidgemisch von einem oder mehreren Elemente Ti, Zr und Hf, das wenigstens an der Oberfläche ein oder mehrere Elemente der 5, 6, und 7. Nebengruppe des PSE in oxidierter Form in einer Menge von 0,01 bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Katalysators enthält;
eine spezifische Oberfläche im Bereich von 30 bis 300 m2/g hat;
die Fähigkeit zur wiederholten Aufnahme und Abgabe von Wasserstoff im Temperaturbereich von 400 bis 700°C hat;
keine stark sauren und/oder stark basischen Zentren aufweist, dadurch gekenzeichnet, dass der Katalysator wenigstens an der Oberfläche zusätzlich ein oder mehrere Elemente, ausgewählt unter den Elementen Ga und In der III. Hauptgruppe, Cu und Ag der I. Nebengruppe, Zn der II. Nebengruppe, Mn der VII. Nebengruppe sowie Fe, Co, Ni, Pd und Pt der VIII. Nebengruppe des PSE in oxidierter und/oder metallischer Form in einer Menge von 0,005 bis 6 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse des Katalysators, enthält.
1. Catalyst for the aromatization of aliphatic and alicyclic hydrocarbons, consisting of a porous oxide or oxide mixture of one or more elements Ti, Zr and Hf, which at least on the surface one or more elements of the 5, 6 and 7 subgroup of the PSE in contains oxidized form in an amount of 0.01 to 10 wt .-%, based on the total mass of the catalyst;
has a specific surface area in the range of 30 to 300 m 2 / g;
has the ability to repeatedly take up and release hydrogen in the temperature range of 400 to 700 ° C;
has no strongly acidic and / or strongly basic centers, characterized in that the catalyst additionally has at least one or more elements on the surface, selected from the elements Ga and In III. Main group, Cu and Ag of subgroup I, Zn of subgroup II, subgroup Mn of VII and subgroup Fe, Co, Ni, Pd and Pt of subgroup VIII of PSE in oxidized and / or metallic form in an amount of 0.005 to 6 wt .-%, based on the total mass of the catalyst contains.
2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich ein Oxid oder mehrere Oxide, ausgewählt unter den Elementen der 2. Hauptgruppe, den Elementen der 3. Nebengruppe einschließlich den Lanthaniden, dem Element Aluminium und deren Gemischen, in einer Menge von 0,01 bis 20% bezogen auf die Gesamtmasse des Katalysators enthält.2. Catalyst according to claim 1, characterized in that it additionally contains an oxide or several oxides, selected from the elements of the 2nd main group, the elements of the 3rd Subgroup including the lanthanides, the element aluminum and their mixtures, in an amount of 0.01 to 20% based on the total mass of the catalyst. 3. Katalysator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß er zusätzlich, ein oder mehrere Elemente enthält, ausgewählt unter Magnesium, Calcium, Barium, Yttrium, Lanthan, Cer und Gemischen davon3. Catalyst according to claim 2, characterized in that it additionally, one or more Contains elements selected from magnesium, calcium, barium, yttrium, lanthanum, cerium and Mixtures of these 4. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich Eisen, Cobalt, Nickel oder Gemische davon enthält. 4. Catalyst according to claim 1, characterized in that it additionally contains iron, cobalt, Contains nickel or mixtures thereof.   5. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente Ga und In der III. Hauptgruppe, Cu und Ag der I. Nebengruppe, Zn der II. Nebengruppe, Mn der VII. Nebengruppe sowie Fe, Co, Ni, Pd und Pt der VIII. Nebengruppe des PSE an der Oberfläche und im Bulk des Katalysators enthalten sind.5. Catalyst according to claim 1, characterized in that the elements Ga and In III. Main group, Cu and Ag of subgroup I, Zn of subgroup II, Mn of VII. Subgroup as well as Fe, Co, Ni, Pd and Pt of subgroup VIII of PSE on the surface and are contained in the bulk of the catalyst. 6. Verfahren zur Herstellung des Katalysators nach Anspruch 1, indem
  • a) zunächst ein Hydroxid, Oxid, Oxidgemisch oder Hydroxid/Oxid-Gemisch der Elemente Titanium, Zirconium und Hafnium hergestellt wird, und
  • b) dieses Hydroxid, Oxid, Oxidgemisch oder Hydroxid/Oxid-Gemisch danach an der Oberfläche mit einer oder mehreren Verbindungen der Elemente der 5., 6. und 7. Nebengruppe des PSE modifiziert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) dieses gemäß i) und ii) hergestellte Produkt an der Oberfläche oder im Bulk mit einer oder mehreren Verbindungen den Elementen Ga und In der III. Hauptgruppe, Cu und Ag der I. Nebengruppe, Zn der II. Nebengruppe, Mn der VII. Nebengruppe sowie Fe, Co, Ni, Pd und Pt der VIII. Nebengruppe des PSE modifiziert wird und danach bei Temperaturen zwischen 300 und 750°C in Luft, Sauerstoff oder Inertgas calciniert wird, so daß alle in i), ii) und iii) genannten Elemente im Ergebnis in oxidierter Form vorliegen.
6. A method for producing the catalyst according to claim 1 by
  • a) first a hydroxide, oxide, oxide mixture or hydroxide / oxide mixture of the elements titanium, zirconium and hafnium is produced, and
  • b) this hydroxide, oxide, oxide mixture or hydroxide / oxide mixture is then modified on the surface with one or more compounds of the elements of the 5th, 6th and 7th subgroup of the PSE,
characterized in that
  • a) this product produced according to i) and ii) on the surface or in bulk with one or more compounds the elements Ga and In III. Main group, Cu and Ag of subgroup I, Zn of subgroup II, subgroup Mn of VII and subgroup Fe, Co, Ni, Pd and Pt of subgroup VIII of PSE is modified and then at temperatures between 300 and 750 ° C in Air, oxygen or inert gas is calcined, so that all the elements mentioned in i), ii) and iii) are in the result in oxidized form.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein oder mehrere Oxide der Elemente der Hauptgruppe II und/oder der Nebengruppe III einschließlich der Lanthanide des Periodensystems der Elemente (PSE) über deren Verbindungen durch Imprägnierungstechniken eingebracht werden.7. The method according to claim 6, characterized in that in addition one or more Oxides of the elements of main group II and / or subgroup III including the Lanthanides of the Periodic Table of the Elements (PSE) through their compounds Impregnation techniques are introduced. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente Ga und In der III. Hauptgruppe, Cu und Ag der I. Nebengruppe, Zn der II. Nebengruppe, Mn der VII. Nebengruppe sowie Fe, Co, Ni, Pd und Pt der VIII. Nebengruppe des PSE durch Imprägnierungstechniken an die Oberfläche und/oder in den Bulk des Katalysators eingebracht werden, vorzugsweise die Elemente Eisen, Cobalt, Nickel und deren Gemische.8. The method according to claim 6, characterized in that the elements Ga and In III. Main group, Cu and Ag of subgroup I, Zn of subgroup II, Mn of VII. Subgroup as well as Fe, Co, Ni, Pd and Pt of subgroup VIII of the PSE by Impregnation techniques applied to the surface and / or in the bulk of the catalyst are, preferably the elements iron, cobalt, nickel and mixtures thereof. 9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Calcinierung oder unmittelbar vor der katalytischen Reaktion eine Reduktion mit Wasserstoff oder einem wasserstoffhaltigen Gas im Temperaturbereich von 400 bis 800°C über einen Zeitraum von wenigstens 5 Minuten bis zu mehreren Stunden durchgeführt wird,9. The method according to claim 6, characterized in that after the calcination or immediately before the catalytic reaction, a reduction with hydrogen or a  hydrogen-containing gas in the temperature range from 400 to 800 ° C over a period of is carried out for at least 5 minutes up to several hours, 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion bei 600 bis 800 °C durchgeführt wird..10. The method according to claim 9, characterized in that the reduction at 600 to 800 ° C is carried out .. 11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt der Stufe ii) bei Temperaturen von 300-750°C in Luft, Sauerstoff oder Inertgas getempert wird.11. The method according to claim 6, characterized in that the product of step ii) Temperatures of 300-750 ° C in air, oxygen or inert gas is annealed. 12. Verwendung eines Katalysators mit den Merkmalen von Anspruch 1 zur katalytischen Umwandlung von aliphatischen uns alicyclischen Kohlenwasserstoffen mit 7-12 Kohlenstoffatomen in der längsten Kette oder Gemischen davon in alkylsubstituierte Benzene.12. Use of a catalyst with the features of claim 1 for catalytic Conversion of aliphatic and alicyclic hydrocarbons with 7-12 Longest chain carbon atoms or mixtures thereof in alkyl substituted benzenes. 13. Verwendung nach Anspruch 10 zur Umwandlung von n-Heptan in Toluol.13. Use according to claim 10 for converting n-heptane into toluene. 14. Verwendung nach Anspruch 10 zur Umwandlung von n-Octan in ein Gemisch von o-Xylen und Ethylbenzen.14. Use according to claim 10 for converting n-octane into a mixture of o-xylene and ethylbenzene.
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