DE102005044916A1 - Procedure for determining tortuosity of porous catalyst carrier material, comprises determining self-diffusion of gas or liquid and self-diffusion of free gas and/or free liquid and calculating the quotient - Google Patents

Procedure for determining tortuosity of porous catalyst carrier material, comprises determining self-diffusion of gas or liquid and self-diffusion of free gas and/or free liquid and calculating the quotient Download PDF

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Abstract

Procedure for the determination of tortuosity of a porous catalyst carrier material, comprises determining a self-diffusion (D) of a gas or a liquid in the carrier material and self-diffusion (D0) of free gas and/or free liquid and calculating the quotient of D/D0. Independent claims are included for: (1) a catalyst carrier material from the porous carrier material with a tortuosity coefficient (tau ) of 1.5-4; (2) a dehydrogenation catalyst with improved deactivation characteristics, comprising one or more active metals in elementary form and/or oxidic form on the catalyst carrier material; (3) a dehydrogenation catalyst (tau of 1.5 to 4) consisting of a porous carrier body with an applied active mass; (4) heterogeneously catalyzed dehydrogenation of a reaction gas mixture containing one or more dehydrogenatable 2-30C-hydrocarbons, comprising contacting the reaction gas mixture containing the dehydrogenatable hydrocarbons with the dehydrogenation catalyst; (5) determination of the tortuosity of a catalyst comprising the porous carrier material with an applied active mass, comprising determining the self-diffusion (D) of a gas or a liquid in the catalyst and the self-diffusion (D 0) of the free gas and/or the free liquid and calculating the quotient (D/D 0); and (6) a catalyst comprising a porous carrier material and the applied active mass with a tortuosity coefficient of 1.5-4.

Description

Die Erfindung betrifft einen Katalysatorträger, einen Dehydrierkatalysator und ein Verfahren zur heterogen katalysierten Dehydrierung von C2-C30-Kohlenwasserstoffen, vorzugsweise von C2-C15-, besonders bevorzugt von C2-C8- und ganz besonders bevorzugt von C3- und C4-Kohlenwasserstoffen. Bevorzugt werden unter Kohlenwasserstoffen chemische Verbindungen verstanden, die ausschließlich aus C und H aufgebaut sind. Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße heterogen katalysierte Dehydrierung von gesättigten Kohlenwasserstoffen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Tortuosität eines porösen Katalysatorträgers.The invention relates to a catalyst support, a dehydrogenation catalyst and a process for the heterogeneously catalyzed dehydrogenation of C 2 -C 30 -hydrocarbons, preferably of C 2 -C 15 -, more preferably of C 2 -C 8 - and most preferably of C 3 - and C 4 hydrocarbons. Hydrocarbons are preferably understood as meaning chemical compounds which are composed exclusively of C and H. Particularly advantageous is the heterogeneously catalyzed dehydrogenation of saturated hydrocarbons according to the invention. Furthermore, the invention relates to a method for determining the tortuosity of a porous catalyst support.

Dehydrierte Kohlenwasserstoffe werden als Ausgangsstoffe für zahlreiche industrielle Verfahren in großen Mengen benötigt. Beispielsweise finden dehydrierte Kohlenwasserstoffe bei der Herstellung von Detergentien, klopffestem Benzin und pharmazeutischen Produkten Verwendung. Ebenso werden zahlreiche Kunststoffe durch Polymerisation von Olefinen hergestellt.dehydrated Hydrocarbons are used as starting materials for numerous industrial processes in big Quantities needed. For example, find dehydrogenated hydrocarbons in the production detergents, knock-proof gasoline and pharmaceutical products Use. Likewise, many plastics are polymerized produced by olefins.

Beispielsweise werden aus Propylen Acrylnitril, Acrylsäure oder C4-Oxoalkohole hergestellt. Propylen wird derzeit überwiegend durch Steamcracken oder durch katalytisches Cracken geeigneter Kohlenwasserstoffe oder Kohlenwasserstoffgemische wie Naphtha hergestellt.For example, acrylonitrile, acrylic acid or C 4 -oxo alcohols are produced from propylene. Propylene is currently produced predominantly by steam cracking or by catalytic cracking of suitable hydrocarbons or hydrocarbon mixtures such as naphtha.

Propylen kann darüber hinaus durch heterogen katalysierte Dehydrierung von Propan hergestellt werden.propylene can over it also prepared by heterogeneously catalyzed dehydrogenation of propane become.

Um bei heterogen katalysierten Dehydrierungen akzeptable Umsätze auch schon bei einmaligem Reaktor-Durchgang zu erreichen, muss in der Regel bei relativ hohen Reaktionstemperaturen gearbeitet werden. Typische Reaktionstemperaturen für heterogen katalysierte Gasphasendehydrierungen liegen bei 300 bis 700°C. Pro Molekül Kohlenwasserstoff wird dabei in der Regel ein Molekül Wasserstoff erzeugt.Around acceptable conversions also in heterogeneously catalyzed dehydrogenations to achieve even with a single reactor passage, must in the Usually work at relatively high reaction temperatures. typical Reaction temperatures for heterogeneously catalyzed gas-phase dehydrogenations are at 300 to 700 ° C. Hydrocarbon per molecule As a rule, one molecule of hydrogen is generated.

Die Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen verläuft endotherm (eine nachgeordnete bzw. simultan erfolgende Verbrennung des gebildeten Wasserstoffs kann für einen Wärmeausgleich sorgen). Die für die Einstellung eines gewünschten Umsatzes benötigte Dehydrierwärme muss entweder dem Reaktionsgas vorab und/oder im Verlauf der katalytischen Dehydrierung zugeführt werden. Bei den meisten bekannten Dehydrier verfahren wird die Dehydrierwärme außerhalb des Reaktors erzeugt und dem Reaktionsgas von außen zugeführt. Dies erfordert aufwendige Reaktor- und Verfahrenskonzepte und führt bei hohen Umsätzen zu steilen Temperaturgradienten im Reaktor, mit der Gefahr einer verstärkten Nebenproduktbildung. So können beispielsweise mehrere adiabate Katalysatorbetten in nacheinander geschalteten Ringspaltreaktoren angeordnet werden. Das Reaktionsgasgemisch wird auf seinem Weg von einem Katalysatorbett zum nächsten Katalysatorbett durch Wärmeaustauscher überhitzt und kühlt sich beim nachfolgenden Reaktordurchgang wieder ab. Um mit einem solchen Reaktorkonzept zu hohen Umsätzen zu gefangen muss die Anzahl der hintereinander geschalteten Reaktoren oder die Reaktoreingangstemperatur des Gasgemischs erhöht sein. Die dadurch bedingte Überhitzung führt zwangsläufig zu einer verstärkten Nebenproduktbildung durch Crackreaktionen. Ferner ist bekannt, das Katalysatorbett in einem Rohrreaktor anzuordnen und die Dehydrierwärme durch das Verteuern von brennbaren Gasen außerhalb des Rohrreaktors zu erzeugen und über die Rohrwand in das Innere des Reaktors einzukoppeln. Bei diesen Reaktoren führen hohe Umsätze zu steilen Temperaturgradienten zwischen der Wand und dem Inneren des Reaktionsrohres.The Dehydrogenation of hydrocarbons proceeds endothermically (a subordinate or simultaneous combustion of the hydrogen formed can for a heat balance to care). The for the setting of a desired Needed sales dehydrogenation must either the reaction gas in advance and / or in the course of the catalytic Dehydration fed become. In most known dehydrogenation process, the Dehydrierwärme outside produced from the reactor and fed to the reaction gas from the outside. This requires elaborate Reactor and process concepts and leads to high sales steep temperature gradients in the reactor, with the risk of increased by-product formation. So can For example, several adiabatic catalyst beds in succession switched annular gap reactors are arranged. The reaction gas mixture is on its way from one catalyst bed to the next catalyst bed overheated by heat exchanger and cool on the subsequent reactor passage again. To deal with one To catch such a reactor concept too high turnover must be the number the series-connected reactors or the reactor inlet temperature of the gas mixture increases be. The resulting overheating inevitably leads to a reinforced By-product formation by cracking reactions. It is also known that Arrange catalyst bed in a tubular reactor and the dehydrogenation heat through increasing the price of combustible gases outside the tubular reactor generate and over couple the tube wall into the interior of the reactor. In these Reactors lead high sales too steep temperature gradient between the wall and the interior of the reaction tube.

Eine Alternative ist die Erzeugung der Dehydrierwärme direkt in dem Reaktionsgasgemisch der Dehydrierung durch Oxidation von bei der Dehydrierung gebildetem oder zusätzlich zugeführtem Wasserstoff oder von im Reaktionsgasgemisch enthaltenen Kohlenwasserstoffen mit Sauerstoff. Dazu wird dem Reaktionsgasgemisch entweder bereits vor dem ersten Katalysatorbett oder vor nachfolgenden Katalysatorbetten ein sauerstoffhaltiges Gas und gegebenenfalls Wasserstoff zugesetzt. Die bei der Oxidation freigesetzte Reaktionswärme verhindert auch bei hohen Umsätzen große Temperaturgradienten im Reaktor. Gleichzeitig wird durch den Verzicht auf die indirekte Reaktorheizung ein sehr einfaches Verfahrenskonzept verwirklicht.A Alternatively, the generation of dehydrogenation heat directly in the reaction gas mixture dehydrogenation by oxidation of dehydrogenation or additionally supplied Hydrogen or hydrocarbons contained in the reaction gas mixture with oxygen. This is the reaction gas mixture either already before the first catalyst bed or before subsequent catalyst beds an oxygen-containing gas and optionally hydrogen is added. The heat of reaction liberated during the oxidation prevents even at high temperatures sales size Temperature gradients in the reactor. At the same time, the waiver on the indirect reactor heating a very simple process concept realized.

Bei Katalysatoren für heterogen katalysierte Dehydrierungen handelt es sich normalerweise um Festkörper, die aus einem inerten Grundkörper (Träger) und aus einer auf diesen (insbesondere auf dessen innere Oberfläche) aufgebrachte Aktivmasse bestehen. Man spricht auch von Trägerkatalysatoren. Der Träger unterscheidet sich von der Aktivmasse normalerweise dadurch, dass er die Dehydrierung nicht zu katalysieren vermag. D.h., die in seiner Anwesenheit bzw. in seiner Abwesenheit unter ansonsten identischen Dehydrierbedingungen erzielten Dehydrierumsätze (in mol-% der Ausgangsverbindung) sind üblicherweise um weniger als 5 mol-% Punkte, vorzugsweise um weniger als 3 mol-% Punkte und besonders bevorzugt um weniger als 1 mol-% Punkt voneinander verschieden.Catalysts for heterogeneously catalyzed dehydrogenations are normally solid bodies which consist of an inert basic body (carrier) and of an active mass applied to this (in particular to its inner surface). One speaks also of supported catalysts. The carrier usually differs from the active material in that it is unable to catalyze the dehydration. That is, in its presence or in its absence under otherwise identical Dehydrierbedin Dehydration conversions (in mol% of the starting compound) are usually different from one another by less than 5 mol% points, preferably by less than 3 mol% points and more preferably by less than 1 mol% point.

US 4,788,371 beschreibt ein Verfahren zur Wasserdampfdehydrierung von dehydrierbaren Kohlenwasserstoffen in der Gasphase in Verbindung mit einem oxidativen Wie dererhitzen der Zwischenprodukte, wobei der gleiche Katalysator für die selektive Oxidation von Wasserstoff und die Wasserdampfdehydrierung eingesetzt wird. Dabei kann Wasserstoff als Co-Feed zugeführt werden. Der verwendete Katalysator enthält ein Edelmetall der Gruppe VIII, ein Alkalimetall und ein weiteres Metall aus der Gruppe B, Ga, In, Ge, Sn, und Pb auf einem anorganischen Oxidträger wie Aluminiumoxid. Das Verfahren kann ein- oder mehrstufig in einem Fest- oder Wanderbett durchgeführt werden. US 4,788,371 describes a process for the water vapor dehydrogenation of dehydrogenatable hydrocarbons in the gas phase in conjunction with an oxidative re-heating of the intermediates, wherein the same catalyst for the selective oxidation of hydrogen and the Wasserdampfdehydrierung is used. In this case, hydrogen can be supplied as a co-feed. The catalyst used contains a Group VIII noble metal, an alkali metal, and another Group B, Ga, In, Ge, Sn, and Pb metal on an inorganic oxide support such as alumina. The process can be carried out in one or more stages in a fixed or moving bed.

WO 94/29021 beschreibt einen Katalysator, der einen im wesentlichen aus einem gemischten Oxid von Magnesium und Aluminium Mg(Al)O bestehenden Träger enthält sowie ein Edelmetall der Gruppe VIII, vorzugsweise Platin, ein Metall der Gruppe IVA, vorzugsweise Zinn, und gegebenenfalls ein Alkalimetall, vorzugsweise Cäsium. Der Katalysator wird in der Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen eingesetzt, wobei in Gegenwart von Sauerstoff gearbeitet werden kann.WHERE 94/29021 describes a catalyst which is a substantially consisting of a mixed oxide of magnesium and aluminum Mg (Al) O carrier contains and a Group VIII noble metal, preferably platinum, a metal Group IVA, preferably tin, and optionally an alkali metal, preferably cesium. The catalyst is used in the dehydrogenation of hydrocarbons used, being carried out in the presence of oxygen can.

US 5,733,518 beschreibt ein Verfahren zur selektiven Oxidation von Wasserstoff mit Sauerstoff in Gegenwart von Kohlenwasserstoffen wie n-Butan an einem Katalysator enthaltend ein Phosphat von Germanium, Zinn, Blei, Arsen, Antimon oder Bismut, vorzugsweise Zinn. Durch die Verbrennung des Wasserstoffs wird die für die endotherme Dehydrierung notwendige Reaktionswärme in wenigstens einer Reaktionszone erzeugt. US 5,733,518 describes a process for the selective oxidation of hydrogen with oxygen in the presence of hydrocarbons such as n-butane over a catalyst containing a phosphate of germanium, tin, lead, arsenic, antimony or bismuth, preferably tin. The combustion of the hydrogen generates the heat of reaction necessary for the endothermic dehydrogenation in at least one reaction zone.

EP-A 0 838 534 beschreibt einen Katalysator für die wasserdampffreie Dehydrierung von Alkanen, insbesondere von Isobutan, in Gegenwart von Sauerstoff. Der verwendete Katalysator umfasst ein Platingruppenmetall, welches auf einem Träger aufgebracht ist aus Zinnoxid/Zirkoniumoxid mit mindestens 10% Zinn. Der Sauerstoffgehalt im Einsatzstrom der Dehydrierung wird so abgestimmt, dass die durch Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff erzeugte Wärmemenge gleich der für die Dehydrierung benötigten Wärmemenge ist.EP-A 0 838 534 describes a catalyst for the steam-free dehydrogenation of alkanes, especially isobutane, in the presence of oxygen. The catalyst used comprises a platinum group metal which on a carrier is applied from tin oxide / zirconium oxide with at least 10% tin. The oxygen content in the dehydrogenation feedstream is adjusted that generated by combustion of hydrogen with oxygen heat the same for needed the dehydration heat is.

WO 96/33151 beschreibt ein Verfahren zur Dehydrierung eines C2-C5-Alkans in Abwesenheit von Sauerstoff an einem Dehydrierkatalysator, enthaltend Cr, Mo, Ga, Zn oder ein Gruppe VIII-Metall unter gleichzeitiger Oxidation von gebildetem Wasserstoff an einem reduzierbaren Metalloxid wie den Oxiden von Bi, In, Sb, Zn, Tl, Pb oder Te. Die Dehydrierung muss dabei regelmäßig unterbrochen werden, um das reduzierte Oxid wieder mit einer Sauerstoffquelle zu reoxidieren. In US 5,430,209 ist ein entsprechendes Verfahren beschrieben, bei dem der Dehydrierungsschritt und der Oxidationsschritt nacheinander ablaufen und die dazugehörigen Katalysatoren räumlich voneinander getrennt sind. Als Katalysatoren für die selektive Wasserstoff-Oxidation kommen Oxide des Bi, Sb und Te sowie deren Mischoxide zum Einsatz.WO 96/33151 describes a process for the dehydrogenation of a C 2 -C 5 alkane in the absence of oxygen over a dehydrogenation catalyst containing Cr, Mo, Ga, Zn or a Group VIII metal with simultaneous oxidation of hydrogen formed on a reducible metal oxide such as the oxides of Bi, In, Sb, Zn, Tl, Pb or Te. The dehydration must be interrupted regularly to reoxidize the reduced oxide with an oxygen source. In US 5,430,209 a corresponding method is described in which the dehydrogenation step and the oxidation step take place one after the other and the associated catalysts are spatially separated from one another. Oxides of Bi, Sb and Te and their mixed oxides are used as catalysts for the selective hydrogen oxidation.

WO 96/33150 beschreibt schließlich ein Verfahren, in dem in einer ersten Stufe ein C2-C5-Alkan an einem Dehydrierungskatalysator dehydriert wird, das Austrittsgas der Dehydrierungsstufe mit Sauerstoff gemischt wird und in einer zweiten Stufe über einen Oxidationskatalysator, bevorzugt Bi2O3, geleitet wird, wobei der gebildete Wasserstoff selektiv zu Wasser oxidiert wird, und in einer dritten Stufe das Ausgangsgas der zweiten Stufe erneut über einen Dehydrierungskatalysator geleitet wird.WO 96/33150 finally describes a process in which, in a first stage, a C 2 -C 5 alkane is dehydrogenated on a dehydrogenation catalyst, the exit gas of the dehydrogenation stage is mixed with oxygen and in a second stage via an oxidation catalyst, preferably Bi 2 O. 3 , wherein the hydrogen formed is selectively oxidized to water, and in a third stage, the second-stage source gas is again passed through a dehydrogenation catalyst.

US 5,565,775 beschreibt ein Verfahren zur zerstörungsfreien Bestimmung gebundener und freier, d.h. produzierbarer, Flüssigkeitsanteile in porösen Materialien (insbesondere an Lagerstätttengesteinen), welches auf einer zwei-komponentigen Zerlegung des mit einer Pulsed Field Gradient (PFG) NMR-Technik gemessenen Selbstdiffusionsverhaltens der im Porenraum eingeschlossenen Porenflüssigkeiten beruht. US 5,565,775 describes a method for the nondestructive determination of bound and free, ie producible, liquid fractions in porous materials (especially on reservoir rocks), which is based on a two-component decomposition of the pulsed field gradient (PFG) NMR technique measured self-diffusion behavior of pore liquids trapped in the pore space ,

Das eingesetzte Katalysatorsystem muss hinsichtlich erzielbarem Alkan-Umsatz, Selektivität für die Bildung von Alkenen, mechanischer Stabilität, thermischer Stabilität, Verkokungsverhalten, Deaktivierungsverhalten, Regenerierbarkeit, Stabilität in Gegenwart von Sauerstoff und Unempfindlichkeit gegenüber Katalysatorgiften wie CO, schwefel- und chlorhaltigen Verbindungen, Alkinen usw. und Wirtschaftlichkeit hohen Anforderungen genügen.The used catalyst system must in terms of recoverable alkane conversion, selectivity for education of alkenes, mechanical stability, thermal stability, coking behavior, Deactivation behavior, regenerability, stability in the presence oxygen and insensitivity to catalyst poisons such as CO, Sulfur and chlorine containing compounds, alkynes, etc. and cost-effectiveness meet high requirements.

Aufgabe der Erfindung ist es, Dehydrierungskatalysatoren mit verbesserten Eigenschaften bereit zu stellen. Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, Dehydrierungskatalysatoren mit verbessertem Deaktivierungsverhalten bereit zu stellen.task The invention is to provide dehydrogenation catalysts with improved To provide properties. The object of the invention is in particular Dehydrogenation catalysts with improved deactivation behavior to provide.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen Katalysatorträger aus einem Trägermaterial mit einer Tortuositätskennzahl τ von 1,5 bis 4, vorzugsweise 1,5 bis 3 und besonders bevorzugt 2 bis 3. In zweckmäßiger Weise bezieht sich diese Tortuositätskennzahl in dieser Schrift, soweit nichts anderes explizit erwähnt wird, auf eine Bestimmung bei 25 °C und 1 bar unter Verwendung von H2O als Sondenmolekül. Dies rührt daher, dass H2O das Diffusionsverhalten der relevanten Reaktanden in guter Näherung zu simulieren vermag.The object is achieved by a catalyst support made of a support material with a Tortuositätskennzahl τ of 1.5 to 4, preferably 1.5 to 3 and more preferably 2 to 3. Conveniently, this Tortuositätskennzahl in this document, unless explicitly stated otherwise to a determination at 25 ° C and 1 bar using H 2 O as the probe molecule. This is because H 2 O is able to simulate the diffusion behavior of the relevant reactants in a good approximation.

Erfindungsgemäß besonders bevorzugt sind jedoch Katalysatorträger, deren Tortuositätskennzahl ermittelt mit dem zu dehydrierenden, (zum Beispiel Propan oder ein Butan wie iso-Butan) Kohlenwasserstoff (bei 25°C, 1 bar) 1,5-4, vorzugsweise 1,5-3, besonders bevorzugt 2-3, beträgt. Ganz besonders bevorzugt sind Katalysatorträger, deren Tortuositätskennzahl, ermittelt mit dem zu dehydrierenden Kohlenwasserstoff, jedoch bei der zur Dehydrierung angewandten Temperatur und dem zur Dehydrierung angewandten Druck, 1,5-4, vorzugsweise 1,5-3, besonders bevorzugt 2-3, beträgt.Particularly according to the invention However, preference is given to catalyst supports whose tortuosity index determined with the dehydrogenating, (for example, propane or a Butane such as iso-butane) hydrocarbon (at 25 ° C, 1 bar) 1.5-4, preferably 1.5-3, more preferably 2-3. Very particularly preferred are catalyst carriers, their tortuosity indicator, determined with the hydrocarbon to be dehydrogenated, but in the temperature used for dehydration and that used for dehydration Pressure, 1.5-4, preferably 1.5-3, more preferably 2-3.

Noch vorteilhafter sind Katalysatorträger deren Tortuositätskennzahl ermittelt mit dem durch die Dehydrierung gebildeten ungesättigten (z.B. Propen oder ein Buten, z.B. iso-Buten) Kohlenwasserstoff (bei 25°C, 1 bar) 1,5-4, vorzugsweise 1,5-3, besonders bevorzugt 2-3, beträgt. Ganz besonders bevorzugt sind Katalysatorträger, deren Tortuositätskennzahl, ermittelt mit dem durch die Dehydrierung gebildeten ungesättigten Kohlenwasserstoff, jedoch bei der zur Dehydrierung angewandten Temperatur und dem zur Dehydrierung angewandten Druck, 1,5-4, vorzugsweise 1,5-3, besonders bevorzugt 2-3, beträgt.Yet more advantageous are catalyst supports their tortuosity ratio determined with the unsaturated formed by the dehydrogenation (e.g., propene or a butene, e.g., isobutene) hydrocarbon (at 25 ° C, 1 bar) 1.5-4, preferably 1.5-3, more preferably 2-3. All particularly preferred are catalyst supports whose tortuosity index, determined with the unsaturated hydrocarbon formed by the dehydrogenation, however, at the temperature used for dehydration and that for Dehydration applied pressure, 1.5-4, preferably 1.5-3, especially preferably 2-3.

Hinsichtlich der Trägergeometrie bestehen erfindungsgemäß keine Beschränkungen. Besonders häufige Geometrien sind Vollzylinder, Hohlzylinder (Ringe), Kugeln, Kegel, Pyramiden und Würfel. Die verschiedenen Geometrien können z.B. durch Tablettierung oder Extrusion erhalten werden. Die Extrusion eignet sich insbesondere zur Gestaltung von Strängen, Wagenrädern, Sternen, Monolithen oder Ringen. Auch gesplitteter Träger (Trägersplitt) kann zum Einsatz kommen. Die Längstausdehnung (längste direkte Verbindungslinie zweier auf der Trägeroberfläche befindlicher Punkte) solcher Träger beträgt dabei vielfach 0,5 mm bis 100 mm, oft 1,5 mm bis 80 mm, und vielfach 3 mm bis 50 mm, bzw. bis 20 mm. Für in Wirbelbettreaktoren einzusetzende Katalysatoren zu verwendende Trägerkugeln beträgt diese Längstausdehnung zweckmäßig 0,01 mm bis 1 mm, bevorzugt 0,02 bis 0,2 mm. Für Monolithe und Schäume, die z.B. mit Vorteil in druckverlustarmen Reaktoren eingesetzt werden, kann diese Längstausdehnung bis zu 1000 mm betragen.Regarding the carrier geometry exist according to the invention no Restrictions. Especially frequent Geometries are solid cylinders, hollow cylinders (rings), balls, cones, Pyramids and cubes. The different geometries can e.g. obtained by tableting or extrusion. The extrusion is particularly suitable for the design of strands, wagon wheels, stars, Monoliths or rings. Also split carrier (carrier split) can be used come. The longest extent (longest direct connecting line of two points located on the support surface) such carrier is many times 0.5 mm to 100 mm, often 1.5 mm to 80 mm, and many times 3 mm to 50 mm, or up to 20 mm. For in Wirbelbettreaktoren to be used catalysts carrier beads to be used is this longitudinal extension appropriate 0.01 mm to 1 mm, preferably 0.02 to 0.2 mm. For monoliths and foams, the e.g. be used with advantage in low pressure loss reactors, can this longitudinal extension up to 1000 mm.

Gelöst wird die Aufgabe weiterhin durch einen Dehydrierkatalysator enthaltend ein oder mehrere Aktivmassen auf einem Katalysatorträger (insbesondere auf dessen innerer Oberfläche durch entsprechende Tränkung) aus einem Trägermaterial mit einer vorgenannten Tortuositätskennzahl (ermittelt mit Wasser, bzw. dem zu dehydrierenden Kohlenwasserstoff, bzw. dem bei der Dehydrierung gebildeten ungesättigten Kohlenwasserstoff) τ von 1,5 bis 4, vorzugsweise 1,5-3, besonders bevorzugt 2-3. Die Aktivmasse enthält in der Regel wenigstens ein Aktivmetall in elementarer Form, sie kann jedoch auch ausschließlich von oxidischer Natur sein.Is solved the task further by a dehydrogenation catalyst containing one or more active compositions on a catalyst support (in particular on its inner surface by appropriate impregnation) from a carrier material with an above-mentioned Tortuositätskennzahl (determined with water or the hydrocarbon to be dehydrogenated, or the unsaturated hydrocarbon formed in the dehydrogenation) τ of 1.5 to 4, preferably 1.5-3, more preferably 2-3. The active mass contains usually at least one active metal in elemental form, they but also exclusively be of oxidic nature.

Die Tortuositätskennzahl τ eines Katalysatorträgermaterials wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung durch Bestimmung der Selbstdiffusion D (Selbstdiffusionskoeffizient, nachfolgend kurz „Selbstdiffusion" genannt) eines Sondengases oder einer Sondenflüssigkeit in dem Trägermaterial und der Selbstdiffusion D0 des freien Gases bzw. der freien Flüssigkeit als Quotient τ = D/D0 unter den entsprechenden Randbedingungen (25 °C, 1 bar) ermittelt (siehe unten).The tortuosity index τ of a catalyst support material is determined according to a further aspect of the invention by determining the self-diffusion D (self-diffusion coefficient, hereinafter referred to as "self-diffusion") of a probe gas or a probe liquid in the support material and the self-diffusion D 0 of the free gas or the free liquid as a quotient τ = D / D 0 under the corresponding boundary conditions (25 ° C, 1 bar) determined (see below).

Unter einem freien Gas oder einer freien Flüssigkeit wird dabei ein Gas oder eine Flüssigkeit verstanden, deren Ausdehnung viel größer ist als die mittlere freie Weglänge der Moleküle und gegenüber deren Ausdehnung Oberflächeneffekte vernachlässigt werden können.Under a free gas or a free liquid becomes a gas or a liquid understood, whose extent is much larger than the middle free path length of the molecules and opposite their extent surface effects neglected can be.

Bevorzugte erfindungsgemäße Träger für Dehydrierkatalysatoren enthalten als Trägermaterial ein Metalloxid, z.B. ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zirkondioxid, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Lanthanoxid und Ceroxid und deren Gemischen. Bei den Gemischen kann es sich um physikalische Mischungen oder auch um chemische Mischphasen wie Magnesium- oder Zinkaluminiumoxid-Mischoxide handeln. Prinzipiell kommen als Trägermaterialien sowohl (z.B. die vorgenannten) Metalloxide an sich, als auch Mischungen aus Metalloxiden bzw. Mischmetalloxide in Betracht. Erfindungsgemäß besonders geeignete Dehydrierungskatalysatoren enthalten auf dem erfindungsgemäßen Träger mindestens ein Element der VIII. Nebengruppe, oder mindestens ein Element der I. oder II. Hauptgruppe, oder mindestens ein Element der III. oder IV. Hauptgruppe, oder mindestens ein Element der III. Nebengruppe, einschließlich der Lanthaniden und Actiniden, jeweils in metallischer und/oder chemisch gebundener Form.preferred Support according to the invention for dehydrogenation catalysts contained as carrier material a metal oxide, e.g. selected from the group consisting of zirconia, alumina, silica, Titanium dioxide, magnesium oxide, lanthanum oxide and cerium oxide and mixtures thereof. The mixtures may be physical mixtures or also chemical mixed phases such as magnesium or zinc-aluminum oxide mixed oxides act. In principle, as carrier materials, both (e.g. the aforementioned) metal oxides per se, as well as mixtures of metal oxides or mixed metal oxides into consideration. Particularly suitable dehydrogenation catalysts according to the invention contained on the carrier according to the invention at least an element of the VIII. subgroup, or at least one element of the I. or II. Main group, or at least one element of III. or IV. Main group, or at least one element of III. Subgroup, including the lanthanides and actinides, each in metallic and / or chemically bound form.

Ganz besonders bevorzugte Dehydrierkatalysatoren enthalten auf dem erfindungsgemäßen Träger mindestens ein Element der VIII. Nebengruppe, mindestens ein Element der I. und/oder II. Hauptgruppe, mindestens ein Element der III. und/oder IV. Hauptgruppe und mindestens ein Element der III. Nebengruppe, einschließlich der Lanthaniden und Actiniden, in metallischer oder chemisch gebundener Form. Bevorzugt liegen dabei von den vorgenannten Elementen die Elemente der VIII. Nebengruppe und der IV. Hauptgruppe in elementarer Form und die übrigen Elemente in oxidischer Form vor.All Particularly preferred dehydrogenation catalysts contain at least on the support according to the invention an element of VIII. subgroup, at least one element of I. and / or II. Main group, at least one element of III. and or IV. Main group and at least one element of III. Subgroup, including the lanthanides and actinides, in metallic or chemically bound Shape. Preferably, of the aforementioned elements lie the Elements of the VIII. Subgroup and the IV. Main group in elementary Form and the rest Elements in oxidic form before.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur heterogen katalysierten Dehydrierung von einem oder mehreren dehydrierbaren C2-C30-Kohlenwasserstoffen, vorzugsweise von einem oder mehreren C2-C15-Kohlenwasserstoffen, besonders bevorzugt von einem oder mehreren C2-C8-Kohlenwasserstoffen und ganz besonders bevorzugt von einem oder mehreren C3- und C4- Kohlenwasserstoffen in einem diese enthaltenden Reaktionsgasgemisch, bei dem das Reaktionsgasgemisch, welches den oder die dehydrierbaren Kohlenwasserstoffe enthält, mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Dehydrierkatalysator in Kontakt gebracht wird.The invention further provides a process for the heterogeneously catalyzed dehydrogenation of one or more dehydrogenatable C 2 -C 30 hydrocarbons, preferably one or more C 2 -C 15 hydrocarbons, more preferably one or more C 2 -C 8 hydrocarbons and very particularly preferably one or more C 3 and C 4 hydrocarbons in a reaction gas mixture containing them, in which the reaction gas mixture containing the dehydrogenatable hydrocarbon (s) is brought into contact with at least one dehydrogenation catalyst according to the invention.

Es wurde gefunden, dass Katalysatoren auf Basis der erfindungsgemäßen Katalysatorträger mit der angegebenen Tortuosität ein besonders günstiges Deaktivierungsverhalten aufweisen, also während der Reaktion besonders langsam deaktiviert werden.It has been found that catalysts based on the catalyst support according to the invention with the specified tortuosity a very cheap Have deactivation behavior, ie during the reaction especially be deactivated slowly.

Die Tortuositätskennzahl (oder der „Labyrinthfaktor") eines porösen Materials erfasst in guter Näherung das Quadrat des Verhältnisses der Länge (L) der kürzesten Verbindung zwischen zwei Punkten im Porenraum, die vollständig durch den Porenraum verläuft, zum geometrischen Abstand dieser Punkte (L0) (Gleichung 1):

Figure 00070001
wobei der geometrische Abstand der Punkte groß gegenüber charakteristischen Abmessungen des Porenraumes wie z.B. Poren- oder Korndurchmesser ist. Daraus folgt, dass die Tortuosität eines porösen Materials größer als oder gleich 1 ist.The tortuosity coefficient (or "labyrinth factor") of a porous material closely approximates the square of the ratio of the length (L) of the shortest connection between two points in the pore space that runs completely through the pore space to the geometric distance of these points (L 0 ). (Equation 1):
Figure 00070001
wherein the geometric distance of the points is large compared to characteristic dimensions of the pore space such as pore or grain diameter. It follows that the tortuosity of a porous material is greater than or equal to 1.

Für Transportprozesse, die durch den Porenraum verlaufen, beschreibt die Tortuosität das Quadrat der Verlängerung des Transportweges durch die geometrische Behinderung an der Poren/Matrix-Grenzfläche. Neben der Porosität (Φ), stellt die Tortuosität somit eine wichtige Kenngröße dar, die Transportparameter in porösen Materialien bestimmt. Bei Transportdiffusionsprozessen erwartet man beispielsweise, dass der Diffusionskoeffizient eines Fluids im porösen Material (Dt,eff) um den Quotienten aus Porosität und Tortuosität im Vergleich zum freien Fluid (Dt,) vermindert ist (Gleichung 2):

Figure 00070002
For transport processes that run through the pore space, the tortuosity describes the square of the extension of the transport path due to the geometric hindrance at the pore / matrix interface. In addition to the porosity (Φ), the tortuosity thus represents an important parameter that determines transport parameters in porous materials. In transport diffusion processes, for example, it is expected that the diffusion coefficient of a fluid in the porous material (D t, eff ) is reduced by the quotient of porosity and tortuosity compared to the free fluid (D t, ) (equation 2):
Figure 00070002

Beobachtet man die Selbstdiffusion von Flüssigkeiten im Porenraum über Abstände, die groß gegenüber der Porengröße sind, stellt man fest, dass sich der Selbstdiffusionskoeffizient im Porenraum (D) im Vergleich zum Wert, der in der freien Flüssigkeit (D0) gemessen wird, gerade um die Tortuosität vermindert (Gleichung 3):

Figure 00070003
Observing the self-diffusion of fluids in the pore space over distances that are large compared to the pore size, one finds that the self-diffusion coefficient in the pore space (D) compared to the value measured in the free liquid (D 0), just to reduces tortuosity (Equation 3):
Figure 00070003

Die Selbstdiffusionskoeffizienten der freien Flüssigkeit D0 und derselben Flüssigkeit in einem porösen Material D lassen sich z.B. mittels PFG NMR (pulsed field gradient nuclear magnetic resonance) direkt messen. Alternativ können auch Tracer (z.B. radioakti ve) verwendet werden. Das Verhältnis D0/D ergibt dann die Tortuosität des porösen Materials.The self-diffusion coefficients of the free liquid D 0 and the same liquid in a porous material D can be measured directly, for example, by means of pulsed field gradient nuclear magnetic resonance (PFG) NMR. Alternatively, tracers (eg radioactives) can also be used. The ratio D 0 / D then gives the tortuosity of the porous material.

Je größer die Tortuosität der Transportporen in den Katalysatorpartikeln ist, desto länger benötigen Edukt- und Produktmoleküle, um zwischen den katalytisch aktiven Zentren an der Poren/Matrix-Grenzfläche der Katalysatorpartikel und dem die Katalysatorpartikel umströmenden Reaktionsmedium mittels Diffusion auszutauschen. Wenn die Verweilzeit von Edukt- und Produktmolekülen in den Katalysatorpartikeln einen Einfluss auf die katalytischen Eigenschaften, wie z.B. Selektivität, Aktivität und Desaktivierungsverhalten, hat, können Veränderungen der Tortuosität des Transportporensystems der Katalysatorpartikel bei ansonsten gleichen Eigenschaften der Katalysatormatrix zu Änderungen der katalytischen Eigenschaften führen. Grund dafür ist der Einfluss der Tortuosität auf die mittlere Verweilzeit te/p der Edukt- und Produktmoleküle, die sich aus dem Diffusionskoeffizienten unter Reaktionsbedingungen (De/p) und dem Radius R kugelförmiger Katalysatorteilchen abschätzen lässt (Gleichung 4):

Figure 00080001
The greater the tortuosity of the transport pores in the catalyst particles, the longer the reactant and product molecules require to exchange by diffusion between the catalytically active centers at the pore / matrix interface of the catalyst particles and the reaction medium flowing around the catalyst particles. If the residence time of reactant and product molecules in the catalyst particles has an influence on the catalytic properties, such as selectivity, activity and deactivation behavior, changes in the tortuosity of the transport pore system of the catalyst particles may lead to changes in the catalytic properties with otherwise identical properties of the catalyst matrix. the reason for this is the influence of tortuosity on the mean residence time t e / p of the reactant and product molecules, which can be estimated from the diffusion coefficient under reaction conditions (D e / p ) and the radius R of spherical catalyst particles (equation 4):
Figure 00080001

Für nichtkugelförmige (z.B. zylinderförmige) Katalysatorteilchen bezeichnet R in Gleichung (4) den entsprechenden Äquivalentradius.For non-spherical (e.g. cylindrical) Catalyst particle R in equation (4) denotes the corresponding equivalent radius.

Erfindungsgemäß vorteilhaft sind daher Dehydrierkatalysatoren, bei denen die aktive Masse so auf die innere Oberfläche des Trägers aufgebracht wurde, dass die Tortuosität des fertiggestellten Katalysators im Wesentlichen derjenigen des verwendeten Trägers entspricht. Bevorzugte Katalysatoren sind deshalb auch solche mit entsprechenden Tortuositätskennzahlen (bestimmt mit Wasser, bzw. dem zu dehydrierenden Kohlenwasserstoff, bzw. dem bei der Dehydrierung gebildeten ungesättigten Kohlenwasserstoff) von 1,5-4, vorzugsweise 1,5-3, besonders bevorzugt 2-3.According to the invention advantageous are therefore dehydrogenation catalysts in which the active composition is so on the inner surface of the carrier was applied to the tortuosity of the finished catalyst essentially corresponds to that of the carrier used. preferred Catalysts are therefore also those with corresponding Tortuositätskennzahlen (determined with water or the hydrocarbon to be dehydrogenated, or the unsaturated hydrocarbon formed during the dehydrogenation) from 1.5-4, preferably 1.5-3, more preferably 2-3.

Die PFG NMR ermöglicht die zerstörungsfreie Untersuchung der Selbstdiffusion, d.h. der thermisch angeregten Brownschen Molekülbewegung von freien Gasen und Flüssigkeiten, von makromolekularen Lösungen und Schmelzen sowie von adsorbierten Molekülen und Flüssigkeiten im Porenraum poröser Materialien. Voraussetzung ist, dass die Moleküle der zu untersuchenden Substanzen (Gase bzw. Flüssigkeiten) in ihrem Molekülverband wenigstens ein Atom mit einem nicht verschwindenden Kernspin /enthalten und somit mit der magnetischen Kernspinresonanz (NMR) Übergänge zwischen den Zeeman-Energieniveaus der Kernspins/in einem starken externen Magnetfeld (B0) beobachtet werden können.The PFG NMR allows the non-destructive investigation of self-diffusion, ie the thermally induced Brownian molecular motion of free gases and liquids, of macromolecular solutions and melts as well as of adsorbed molecules and liquids in the pore space of porous materials. The prerequisite is that the molecules of the substances to be investigated (gases or liquids) contain in their molecular structure at least one atom with a non-vanishing nuclear spin / and thus with the magnetic nuclear magnetic resonance (NMR) transitions between the Zeeman energy levels of the nuclear spins / in a strong external magnetic field (B 0 ) can be observed.

Prinzip, Durchführung und Anwendung von PFG NMR-Messungen sind in den nachstehenden Literaturstellen beschrieben: (1) E. O. Stejskal, J. E. Tanner, J. Chem. Phys. 42, 288-292 (1965). (2) Stallmach, F., Seiffert, G., Kärger, J., Kaess, U., und Majer, G., J. Magn. Reson. 151, 260-268 (2001); (3) Kärger, J., Papadakis, Ch. M., und Stallmach, F. Structure-Mobility Relations of Molecular Diffusion in Interface Systems, in Lecture Notes in Physics, vol. 634, Herausgeber: R. Stanarius, A. Pöppel, R. Haberlandt und D. Michel, Springer Verlag, 2004; (4) Stallmach, F., und Kärger, J., Adsorption 5, 117-133 (1999); (4) Kärger, J. und M. D. Ruthven, Diffusion in Zeolites and other Microporous Solids, Wiley-Interscience, New York, 1992 und Callaghan, P. T., Principles of Nuclear Magnetic Resonance Microscopy, Clarendon Press, Oxford, 1991.Principle, execution and application of PFG NMR measurements are in the following references described: (1) E.O. Stejskal, J.E. Tanner, J. Chem. Phys. 42 288-292 (1965). (2) Stallmach, F., Seiffert, G., Kärger, J., Kaess, U., and Majer, G., J. Magn. Reson. 151, 260-268 (2001); (3) Kärger, J., Papadakis, Ch. M., and Stallmach, F. Structure Mobility Relations of Molecular Diffusion in Interface Systems, in Lecture Notes in Physics, vol. 634, publisher: R. Stanarius, A. Pöppel, R. Haberlandt and D. Michel, Springer Verlag, 2004; (4) Stable, F., and Kärger, J., Adsorption 5, 117-133 (1999); (4) Kärger, J. and M.D. Ruthven, Diffusion in Zeolites and other Microporous Solids, Wiley-Interscience, New York, 1992, and Callaghan, P.T., Principles of Nuclear Magnetic Resonance Microscopy, Clarendon Press, Oxford, 1991.

In der PFG NMR erzeugt man zunächst mittels Einstrahlen von kurzen hochfrequenten Magnetfeldimpulsen (HF-Impulse) ein so genanntes Spinecho der Kernspins. Die Intensität dieses Spinecho NMR-Signals ist proportional zur Anzahl der resonanten Kernspins im Untersuchungsvolumen und wird von der Zeit zwischen der Anregung mittels des ersten HF-Impulses bis zum Spinechomaximum (te) durch Spin-Gitter (T1) und Spin-Spin (T2) Relaxationsprozesse gedämpft. In 1a-c sind beispielhaft drei verschiedene Impulsprogramme für die Erzeugung solcher Spinecho NMR-Signale dargestellt. In den mit Δ' gekennzeichneten Zeitintervallen der Impulsfolgen b (stimuliertes Spinecho, STE) und c (13-Interval-Impulsfolge) unterliegen die Kernspins der T1-Relaxation. Während aller anderen Zeiten und in der Impulsfolge a (Hahnsches Spinecho, SE) unterliegen sie nur der T2-Relaxation.In PFG NMR, a so-called spin echo of the nuclear spins is first generated by means of short-frequency magnetic field pulses (RF pulses). The intensity of this spin-echo NMR signal is proportional to the number of resonant nuclear spins in the examination volume and is the time between the excitation to the spin echo maximum by the first RF pulse (t e) by spin-lattice (T 1) and spin-spin ( T 2 ) relaxation processes damped. In 1a By way of example, three different pulse programs for the generation of such spin echo NMR signals are shown. In the time intervals of the pulse sequences b (stimulated spin echo, STE) and c (13-interval pulse train) marked with Δ ', the nuclear spins are subject to the T 1 relaxation. During all other times and in the pulse sequence a (Hahn's spin echo, SE), they are only subject to T 2 relaxation.

Für die Messung der Selbstdiffusion wird während dieser Impulsfolgen dem externen Magnetfeld B0 während kurzer Zeitintervalle δ ein ortsabhängiges Magnetfeld der Form Binh(z) = gz überlagert, wobei g und z den gepulsten magnetischen Feldgradienten (eng: pulsed field gradient) bzw. die Ortskoordinate darstellen. Die notwendigen magnetischen Feldgradientenimpulse werden dabei über zur HF-Impulsfolge synchronisierte Stromimpulse erzeugt, die durch eine geeignete Magnetspulenkombination (die Gradientenspulen) fließen. Weil während der Dauer der Feldgradientenimpulse die Resonanzbedingung für die Kernspins ortsabhängig ist und die Sondenmoleküle zwischen aufeinander folgenden Feldgradientenimpulsen infolge der Selbstdiffusion an einen anderen Ort diffundieren, wird die Amplitude des beobachteten Spinechos gedämpft. Diese Spinechodämpfung Ψ als Funktion der Dauer (δ), Intensität (g) und des Intervallabstandes (Δ) der magnetischen Feldgradienten ist die beobachtete Größe in der PFG NMR. Aus ihr folgt der Selbstdiffusionskoeffizient D(Δ) der Moleküle nach der Gleichung (5)

Figure 00090001
For the measurement of the self-diffusion, a local magnetic field of the form B inh (z) = gz is superimposed on the external magnetic field B 0 during these pulse sequences, where g and z correspond to the pulsed magnetic field gradients (narrow: pulsed field gradient) Represent location coordinate. The necessary magnetic field gradient pulses are thereby generated via current pulses synchronized to the HF pulse sequence, which flow through a suitable magnet coil combination (the gradient coils). Because, during the duration of the field gradient pulses, the resonance condition for the nuclear spins is location dependent and the probe molecules diffuse to another location between successive field gradient pulses due to self-diffusion, the amplitude of the observed spin echo is attenuated. This spin echo attenuation Ψ as a function of the duration (δ), intensity (g) and the interval spacing (Δ) of the magnetic field gradients is the observed variable in the PFG NMR. From this follows the self-diffusion coefficient D (Δ) of the molecules according to equation (5)
Figure 00090001

Die Größe b hängt von der verwendeten Impulsfolge ab. Sie berechnet sich aus den Messparametern der jeweiligen PFG NMR-Impulsfolge. Für die beispielhaft in 1 dargestellte Impulsfolge ergibt sich die Größe b zu:

Figure 00100001
The size b depends on the pulse train used. It is calculated from the measurement parameters of the respective PFG NMR pulse train. For the example in 1 shown pulse sequence results in the size b to:
Figure 00100001

Dabei bezeichnet γ das gyromagnetische Verhältnis der beobachteten Kernspins. Der von der Impulsfolge abhängige Term in der runden Klammer in Gl. (6) ist die effektive Diffusionszeit. Sie wird für kurze Feldgradientenimpulse von der Zeit Δ, also dem Abstand der Feldgradientenimpulse gleicher Polarität (siehe 1) dominiert und ist im PFG NMR-Experiment eine aus der Impulsfolge bekannte und variable Größe.In this case, γ denotes the gyromagnetic ratio of the observed nuclear spins. The term dependent on the pulse sequence in the parenthesis in Eq. (6) is the effective diffusion time. It is for short field gradient pulses of the time Δ, so the distance of the field gradient pulses of the same polarity (see 1 ) dominates and in the PFG NMR experiment is a known and variable size from the pulse sequence.

Experimentell misst man meist die Spinechodämpfungskurven für einen festen Intervallabstand Δ und eine feste Dauer δ der Feldgradientenimpulse und variiert deren Intensität g. Der Selbstdiffusionskoeffizient D(Δ) zur zugehörigen Diffusionszeit Δ ergibt sich nach Gl. (5) aus der Steigung einer Auftragung von In Ψ gegen –b. Mittels der Einsteinschen Beziehung lässt sich aus D(Δ) die mittlere quadratische Verschiebung während der Diffusionszeit berechnen (Gleichung 7): ⟨r2(Δ)⟩ = 6D(Δ)Δ (7) Experimentally, one usually measures the spin echo damping curves for a fixed interval distance Δ and a fixed duration δ of the field gradient pulses and varies their intensity g. The self-diffusion coefficient D (Δ) for the associated diffusion time Δ results according to Eq. (5) from the slope of a plot of In Ψ versus -b. Using Einstein's equation, the mean square displacement during diffusion time can be calculated from D (Δ) (Equation 7): ⟨r 2 (Δ)⟩ = 6D (Δ) Δ (7)

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Ermittlung der Tortuosität eines Katalysatorträgermaterials durch Bestimmung der Selbstdiffusion D eines Gases oder einer Flüssigkeit in dem Trägermaterial und der Selbstdiffusion D0 des freien Gases bzw. der freien Flüssigkeit, bei dem zweckmäßigerweise

  • (i) ein Gas oder eine Flüssigkeit, enthaltend Moleküle mit mindestens einem Atom mit nicht verschwindendem Kernspin I („Sondenmoleküle"), in den Porenraum einer Probe des Trägermaterials eingebracht wird,
  • (ii) ein äußeres Magnetfeld B0 am Ort der Probe des Trägermaterials erzeugt wird,
  • (iii) durch Einstrahlung von kurzen hochfrequenten Magnetfeldimpulsen ein Spinecho der Kernspins I in der Probe erzeugt wird,
  • (iv) während mehrerer kurzer Zeitintervalle δ dem externen Magnetfeld B0 ein ortsabhängiges Magnetfeld B als Feldgradientenimpuls überlagert wird, wodurch die Amplitude des beobachteten Spinechos gedämpft wird und so eine Spine chodämpfung Ψ als Funktion der Impulsdauer δ, der Intensität g und des zeitlichen Abstands Δ der Feldgradientenimpulse gemessen wird,
  • (v) aus der Spinechodämpfung Ψ der Selbstdiffusionskoeffizient D der Gas- bzw. Flüssigkeitsmoleküle in der Probe bestimmt wird,
  • (vi) die Schritte (i) bis (v) mit einer Probe des freien Gases bzw. der freien Flüssigkeit durchgeführt werden, wobei ein Selbstdiffusionskoeffizient D0 der Moleküle des freien Gases bzw. der freien Flüssigkeit ermittelt wird,
  • (vii) die Tortuositätskennzahl τ als Quotient aus dem Selbstdiffusionskoeffizient D0 des freien Gases bzw. der freien Flüssigkeit und dem Selbstdiffusionskoeffizient D des Gases bzw. der Flüssigkeit in dem Trägermaterial τ = D0/D erhalten wird.
The present invention also provides a method for determining the tortuosity of a catalyst support material by determining the self-diffusion D of a gas or a liquid in the support material and the self-diffusion D 0 of the free gas or the free liquid, in which expediently
  • (i) a gas or a liquid containing molecules having at least one atom with non-vanishing nuclear spin I ("probe molecules") is introduced into the pore space of a sample of the carrier material,
  • (ii) an external magnetic field B 0 is generated at the location of the sample of the carrier material,
  • (iii) generating a spin echo of the nuclear spins I in the sample by irradiation of short high-frequency magnetic field pulses,
  • (iv) superimposed on the external magnetic field B 0 a field-dependent magnetic field B as a field gradient pulse during several short time intervals δ, whereby the amplitude of the observed spin echo is damped and thus a spin damping Ψ as a function of the pulse duration δ, the intensity g and the time interval Δ the field gradient pulses are measured,
  • (v) from the spin echo damping Ψ the self-diffusion coefficient D of the gas or liquid molecules in the sample is determined,
  • (vi) carrying out steps (i) to (v) with a sample of the free gas or the free liquid, whereby a self-diffusion coefficient D 0 of the molecules of the free gas or of the free liquid is determined,
  • (vii) the tortuosity factor τ is obtained as the quotient of the self-diffusion coefficient D 0 of the free gas or of the free liquid and the self-diffusion coefficient D of the gas or of the liquid in the carrier material τ = D 0 / D.

Eine bevorzugte Sondenflüssigkeit, welche in Schritt (i) in den Porenraum der Probe des Trägermaterials, beispielsweise durch Tränken der Probe, eingebracht wird, ist, wie bereits erwähnt, Wasser. Alternativ können auch andere Flüssigkeiten als Wasser als „Sondenmoleküle" zur Tortuositätsmessung mit der PFG NMR eingesetzt werden. Sie müssen lediglich Atome mit einem mit der NMR beobachtbaren Kernspin (z.B. 1H, 19F, 13C) besitzen und das poröse Trägermaterial benetzen, so dass sie nach der Sättigungsprozedur nicht spontan von der Luft aus dem Porenraum verdrängt werden. Außerdem sollte der Dampfdruck der benutzten Flüssigkeit hoch genug sein, so dass es während der NMR-Messung, die mehrere Stunden dauern kann, nicht zum Austrocknen der Katalysatoren kommt. Geeignete weitere Flüssigkeiten sind beispielsweise Cyclooctane oder andere lineare oder zyklische Alkane mit 5 oder mehr C-Atomen. Die Tortuosität kann aber auch mit gasförmig im Trägermaterial enthaltenen Sondenmolekülen bestimmt werden (z.B. Propan, Butan). Sofern das gewählte Sondenmolekül Zugang zu den relevanten Poren hat, ist das erzielte Ergebnis von der Wahl des Sondenmoleküls im Wesentlichen unabhängig.A preferred probe liquid, which in step (i) is introduced into the pore space of the sample of the carrier material, for example by soaking the sample, is, as already mentioned, water. Alternatively, liquids other than water can also be used as "probe molecules" for tortuosity measurement with PFG NMR: they only need to have atoms with a nuclear spin detectable by NMR (eg, 1 H, 19 F, 13 C) and wet the porous support material In addition, the vapor pressure of the liquid used should be high enough so that the catalysts do not dry out during the NMR measurement, which can take several hours Other liquids are, for example, cyclooctanes or other linear or cyclic alkanes having 5 or more carbon atoms, but the tortuosity can also be determined using gaseous probe molecules contained in the carrier material (eg propane, butane). the result achieved is essentially independent of the choice of probe molecule ängig.

Der erfindungsgemäße Träger besteht in der Regel aus einem (vorzugsweise wärmebeständigen) Oxid oder Mischoxid (z.B. Steatit). Bevorzugt enthält er ein Metalloxid, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zirkondioxid, Zinkoxid, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Lanthanoxid, Ceroxid und deren Gemischen. Bei den Gemischen kann es sich um physikalische Mischungen oder auch um chemische Mischphasen wie Magnesium- oder Zinkaluminiumoxid-Mischoxide handeln. Die Tortuosität der genannten Metalloxide kann sehr stark variieren. Unter diesen wird ein Träger mit geeigneter Tortuosität ausgewählt. Die Tortuosität kann aber auch dadurch gezielt eingestellt werden, dass man (insbesondere feinteilige) nicht oxi dische oder auch bereits oxidische Trägerausgangsmaterialien (in der Regel Metalle enthaltende Verbindungen, die sich bei thermischer Behandlung Zersetzen und in Metalloxide wandeln, wenigstens bei thermischer Zersetzung an Luft) im Beisein von Porenbildnern formt (z.B. durch Tablettieren oder Strangpressen) und anschließend thermisch behandelt.The support according to the invention generally consists of a (preferably heat-resistant) oxide or mixed oxide (eg steatite). It preferably contains a metal oxide which is selected from the group consisting of zirconium dioxide, zinc oxide, aluminum oxide, silicon dioxide, titanium dioxide, magnesium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide and mixtures thereof. The mixtures may be physical mixtures or chemical mixed phases such as magnesium or zinc-aluminum oxide mixed oxides. The tortuosity of said metal oxides can vary widely. Among them, a carrier having suitable tortuosity is selected. However, the tortuosity can also be adjusted in a targeted manner by allowing (in particular finely divided) non-oxidic or even oxidic carrier starting materials (usually metals containing compounds which decompose upon thermal treatment and convert to metal oxides, at least in thermal decomposition in air) in the presence of pore formers formed (eg by tableting or extrusion) and then thermally treated ,

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße Dehydrierungskatalysator mindestens ein Element der VIII. Nebengruppe, mindestens ein Element der I. und/oder II. Hauptgruppe, mindestens ein Element der III. und/oder IV. Hauptgruppe und mindestens ein Element der III. Nebengruppe einschließlich der Lanthaniden und Actiniden.In a preferred embodiment contains the dehydrogenation catalyst according to the invention at least one element of subgroup VIII, at least one element the I. and / or II. Main group, at least one element of the III. and / or IV. Main group and at least one element of III. subgroup including the lanthanides and actinides.

Als Element der VIII. Nebengruppe enthält die Aktivmasse der Dehydrierkatalysatoren bevorzugt Platin und/oder Palladium, besonders bevorzugt Platin.When Element of VIII. Subgroup contains the active material of the dehydrogenation catalysts preferably platinum and / or palladium, more preferably platinum.

Als Elemente der I. und/oder II. Hauptgruppe enthält die Aktivmasse der erfindungsgemäßen Dehydrierkatalysatoren bevorzugt Kalium und/oder Cäsium.When Elements of the I. and / or II. Main group contains the active material of the dehydrogenation catalysts according to the invention preferably potassium and / or cesium.

Als Elemente der III. Nebengruppe einschließlich der Lanthaniden und Actiniden ent- hält die Aktivmasse der erfindungsgemäßen Dehydrierkatalysatoren bevorzugt Lanthan und/oder Cer.When Elements of the III. Subgroup including the lanthanides and actinides contains the active material the dehydrogenation catalysts according to the invention preferably lanthanum and / or cerium.

Als Elemente der III. und/oder IV. Hauptgruppe enthält die Aktivmasse der erfindungsgemäßen Dehydrierkatalysatoren bevorzugt ein oder mehrere Elemente aus der Gruppe bestehend aus Bor, Gallium, Silizium, Germanium, Zinn und Blei, besonders bevorzugt Zinn. Ganz besonders bevorzugt enthält die Aktivmasse eines erfindungsgemäßen Dehydrierkatalysators jeweils wenigstens einen Vertreter der vorgenannten Elementgruppen.When Elements of the III. and / or IV. Main group contains the active composition of the dehydrogenation catalysts according to the invention preferably one or more elements selected from the group consisting of Boron, gallium, silicon, germanium, tin and lead, particularly preferred Tin. Most preferably, the active composition contains a dehydrogenation catalyst according to the invention in each case at least one member of the aforementioned groups of elements.

Die katalytische Kohlenwasserstoff-Dehydrierung kann grundsätzlich in allen aus dem Stand der Technik bekannten Reaktortypen und Fahrweisen durchgeführt werden. Eine vergleichsweise ausführliche Beschreibung von erfindungsgemäß geeigneten Dehydrierverfahren enthält auch „Catalytica® Studies Division, Oxidative Dehydrogenation and Alternative Dehydrogenation Processes" (Study Number 4192 OD, 1993, 430 Ferguson Drive, Mountain View, California, 94043-5272, USA).The catalytic hydrocarbon dehydrogenation can in principle be carried out in all reactor types and modes of operation known from the prior art. A comparatively comprehensive description of dehydrogenation processes suitable according to the invention also contains "Catalytica® ® Studies Division, Oxidative Dehydrogenation and Alternative Dehydrogenation Processes" (Study Number 4192 OD, 1993, 430 Ferguson Drive, Mountain View, California, 94043-5272, USA).

Eine geeignete Reaktorform ist der Festbettrohr- oder Rohrbündelreaktor. Bei diesen befindet sich der Katalysator (erfindungsgemäßer Dehydrierungskatalysator und, bei Arbeiten mit Sauerstoff als Co-Feed, gegebenenfalls spezieller Oxidationskatalysator) als Festbett in einem Reaktionsrohr oder in einem Bündel von Reaktionsrohren. Die Reaktionsrohre werden üblicherweise dadurch indirekt beheizt, dass in dem die Reaktionsrohre umgebenden Raum ein Gas, z.B. ein Kohlenwasserstoff wie Methan, ver brannt wird. Günstig ist es dabei, diese indirekte Form der Aufheizung lediglich auf den ersten ca. 20 bis 30% der Länge der Festbettschüttung anzuwenden und die verbleibende Schüttungslänge durch die im Rahmen der indirekten Aufheizung freigesetzte Strahlungswärme auf die erforderliche Reaktionstemperatur aufzuheizen. Übliche Reaktionsrohr-Innendurchmesser betragen etwa 10 bis 15 cm. Ein typischer Dehydrierrohrbündelreaktor umfasst ca. 300 bis 1000 Reaktionsrohre. Die Temperatur im Reaktionsrohrinneren bewegt sich üblicherweise im Bereich von 300 bis 1200°C, vorzugsweise im Bereich von 500 bis 1000°C. Der Arbeitsdruck liegt üblicherweise zwischen 0,5 und 8 bar, häufig zwischen 1 und 2 bar bei Verwendung einer geringen Wasserdampfverdünnung (entsprechend dem Linde-Verfahren zur Propan-Dehydrierung), aber auch zwischen 3 und 8 bar bei Verwendung einer hohen Wasserdampfverdünnung (entsprechend dem so genannten „steam active reforming process" (STAR-Prozess) zur Dehydrierung von Propan oder Butan von Phillips Petroleum Co., siehe US 4,902,849 , US 4,996,387 und US 5,389,342 ). Typische Katalysatorbelastungen (GHSV) liegen bei 500 bis 2000 h–1, bezogen auf eingesetzten Kohlenwasserstoff. Die Katalysatorgeometrie kann beispielsweise kugelförmig oder zylindrisch (hohl oder voll) sein.A suitable reactor form is the fixed bed tube or tube bundle reactor. In these, the catalyst is (dehydrogenation catalyst according to the invention and, when working with oxygen as a co-feed, optionally special oxidation catalyst) as a fixed bed in a reaction tube or in a bundle of reaction tubes. The reaction tubes are usually indirectly heated by the fact that in the space surrounding the reaction tubes, a gas, such as a hydrocarbon such as methane, is burned ver. It is advantageous to apply this indirect form of heating only to the first about 20 to 30% of the length of the fixed bed and to heat the remaining bed length by the released in the context of indirect heating radiant heat to the required reaction temperature. Typical reaction tube internal diameters are about 10 to 15 cm. A typical Dehydrierrohrbündelreaktor comprises about 300 to 1000 reaction tubes. The temperature inside the reaction tube usually moves in the range of 300 to 1200 ° C, preferably in the range of 500 to 1000 ° C. The working pressure is usually between 0.5 and 8 bar, often between 1 and 2 bar using a low water vapor dilution (according to the Linde process for propane dehydrogenation), but also between 3 and 8 bar when using a high water vapor dilution (corresponding to the so-called "steam active reforming process" (STAR process) for the dehydrogenation of propane or butane by Phillips Petroleum Co., see US 4,902,849 . US 4,996,387 and US 5,389,342 ). Typical catalyst loads (GHSV) are 500 to 2000 h -1 , based on the hydrocarbon used. The catalyst geometry can be, for example, spherical or cylindrical (hollow or full).

Die nicht-oxidative katalytische Kohlenwasserstoff-Dehydrierung kann auch, wie in Chem. Eng. Sci. 1992 b, 47 (9-11) 2313 beschrieben, heterogen katalysiert im Wirbelbett durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise werden dabei zwei Wirbelbetten nebeneinander betrieben, von denen sich eines in der Regel im Zustand der Regenerierung befindet. Der Arbeitsdruck beträgt typischerweise 1 bis 2 bar, die Dehydriertemperatur in der Regel 550 bis 600°C. Die für die Dehydrierung erforderliche Wärme wird dabei in das Reaktionssystem eingebracht, indem der Dehydrierkatalysator auf die Reaktionstemperatur vorerhitzt wird. Durch die Zumischung eines Sauerstoff enthaltenden Co-Feeds kann auf die Vorerhitzer verzichtet werden, und die benötigte Wärme direkt im Reaktorsystem durch Verbrennung von Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoffen in Gegenwart von Sauerstoff erzeugt werden. Gegebenenfalls kann zusätzlich ein Wasserstoff enthaltender Co-Feed zugemischt werden.The non-oxidative catalytic hydrocarbon dehydrogenation can also, as in Chem. Eng. Sci. 1992 b, 47 (9-11) 2313, be carried out heterogeneously catalyzed in a fluidized bed. Conveniently, two fluidized beds are operated side by side, of which one is usually in a state of regeneration. Of the Working pressure is typically 1 to 2 bar, the dehydrogenation temperature usually 550 to 600 ° C. The for the dehydration required heat is introduced into the reaction system by the dehydrogenation catalyst is preheated to the reaction temperature. By the admixture An oxygen-containing co-feed may be on the preheater be dispensed with, and the heat needed directly in the reactor system by combustion of hydrogen and / or hydrocarbons be generated in the presence of oxygen. If necessary, can additionally a hydrogen-containing co-feed are mixed.

Die nicht-oxidative katalytische Kohlenwasserstoff-Dehydrierung kann mit oder ohne sauerstoffhaltigem Gas als Co-Feed in einem Hordenreaktor durchgeführt werden. Dieser enthält ein oder mehrere aufeinander folgende Katalysatorbetten. Die Anzahl der Katalysatorbetten kann 1 bis 20, zweckmäßigerweise 1 bis 6, bevorzugt 1 bis 4 und insbesondere 1 bis 3 betragen. Die Katalysatorbetten werden vorzugsweise radial oder axial vom Reaktionsgas durchströmt. Im Allgemeinen wird ein solcher Hordenreaktor mit einem Katalysatorfestbett betrieben. Im einfachsten Fall sind die Katalysatorfestbet ten in einem Schachtofenreaktor axial oder in den Ringspalten von konzentrisch angeordneten zylindrischen Gitterrosten angeordnet. Ein Schachtofenreaktor entspricht einer Horde. Die Durchführung der Dehydrierung in einem einzelnen Schachtofenreaktor entspricht einer bevorzugten Ausführungsform, wobei mit sauerstoffhaltigem Co-Feed gearbeitet werden kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Dehydrierung in einem Hordenreaktor mit 3 Katalysatorbetten durchgeführt. Bei einer Fahrweise ohne sauerstoffhaltigem Gas als Co-Feed wird das Reaktionsgasgemisch im Hordenreaktor auf seinem Weg von einem Katalysatorbett zum nächsten Katalysatorbett einer Zwischenerhitzung unterworfen, z.B. durch Überleiten über mit heißen Gasen erhitzte Wärmeaustauscherflächen oder durch Durchleiten durch mit heißen Brenngasen beheizte Rohre.The non-oxidative catalytic hydrocarbon dehydrogenation can with or without oxygen-containing gas as co-feed in a tray reactor carried out become. This contains one or more consecutive catalyst beds. The number the catalyst beds may be 1 to 20, preferably 1 to 6, preferred 1 to 4 and especially 1 to 3 amount. The catalyst beds are preferably flowed through radially radially or axially from the reaction gas. In general Such a tray reactor is operated with a fixed catalyst bed. In the simplest case, the fixed catalyst beds are in a shaft furnace reactor axially or in the annular gaps of concentrically arranged cylindrical Gratings arranged. A shaft furnace reactor corresponds to one Horde. The implementation corresponding to dehydrogenation in a single shaft furnace reactor a preferred embodiment, where you can work with oxygenated co-feed. In a further preferred embodiment the dehydrogenation is in a tray reactor with 3 catalyst beds carried out. In a driving without oxygen-containing gas as a co-feed is the reaction gas mixture in the tray reactor on its way from a Catalyst bed to the next Catalyst bed subjected to reheating, e.g. by passing over with be called Gases heated heat exchanger surfaces or by passing through with hot Fuel gases heated pipes.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die nicht-oxidative katalytische Kohlenwasserstoff-Dehydrierung autotherm durchgeführt. Dazu wird dem Reaktionsgasgemisch der Kohlenwasserstoff-Dehydrierung in mindestens einer Reaktionszone zusätzlich Sauerstoff zugemischt und der in dem Reaktionsgasgemisch enthaltene Wasserstoff und/oder Kohlenwasserstoff zumindest teilweise verbrannt, wodurch zumindest ein Teil der benötigten Dehydrierwärme in der mindestens einen Reaktionszone direkt in dem Reaktionsgasgemisch erzeugt wird.In a preferred embodiment the method according to the invention becomes the non-oxidative catalytic hydrocarbon dehydrogenation performed autothermally. For this purpose, the reaction gas mixture of the hydrocarbon dehydrogenation additionally oxygen is added in at least one reaction zone and the hydrogen contained in the reaction gas mixture and / or Hydrocarbon at least partially burned, causing at least a part of the needed dehydrogenation in the at least one reaction zone directly in the reaction gas mixture is produced.

Im Allgemeinen wird die Menge des dem Reaktionsgasgemisch zugesetzten sauerstoffhaltigen Gases so gewählt, dass durch die Verbrennung von im Reaktionsgasgemisch vorhandenen Wasserstoff und gegebenenfalls von im Reaktionsgasgemisch vorliegenden Kohlenwasserstoffen und/oder von in Form von Koks vorliegendem Kohlenstoff die für die Dehydrierung des Kohlenwasserstoffs benötigte Wärmemenge erzeugt wird. Im Allgemeinen beträgt die insgesamt zugeführte Sauerstoffmenge, bezogen auf die Gesamtmenge des Butans, 0,001 bis 0,5 mol/mol, bevorzugt 0,005 bis 0,2 mol/mol, besonders bevorzugt 0,05 bis 0,2 mol/mol. Sauerstoff kann entweder als reiner Sauerstoff oder als sauerstoffhaltiges Gas im Gemisch mit Inertgasen, beispielsweise in Form von Luft, eingesetzt werden. Die Inertgase und die resultierenden Verbrennungsgase wirken im Allgemeinen zusätzlich verdünnend und fördern damit die heterogen katalysierte Dehydrierung.in the Generally, the amount of the reaction gas mixture added selected oxygen-containing gas, that by the combustion of existing in the reaction gas mixture Hydrogen and optionally present in the reaction gas mixture Hydrocarbons and / or present in the form of coke carbon the for the dehydrogenation of the hydrocarbon required amount of heat is generated. In general is the total supplied Oxygen amount, based on the total amount of butane, 0.001 to 0.5 mol / mol, preferably 0.005 to 0.2 mol / mol, more preferably 0.05 to 0.2 mol / mol. Oxygen can either be pure oxygen or as an oxygen-containing gas in admixture with inert gases, for example in the form of air. The inert gases and the resulting Combustion gases generally additionally dilute and thus promote the heterogeneously catalyzed Dehydration.

Der zur Wärmeerzeugung verbrannte Wasserstoff ist der bei der katalytischen Kohlenwasserstoff-Dehydrierung gebildete Wasserstoff sowie gegebenenfalls dem Reaktionsgasgemisch als wasserstoffhaltiges Gas zusätzlich zugesetzter Wasserstoff. Vorzugsweise sollte soviel Wasserstoff zugegen sein, dass das Molverhältnis H2/O2 im Reaktionsgasgemisch unmittelbar nach der Einspeisung von Sauerstoff 1 bis 10, bevorzugt 2 bis 5 mol/mol beträgt. Dies gilt bei mehrstufigen Reaktoren für jede Zwi scheneinspeisung von sauerstoffhaltigem und gegebenenfalls wasserstoffhaltigem Gas.The hydrogen burned to generate heat is the hydrogen formed during the catalytic hydrocarbon dehydrogenation and, if appropriate, the hydrogen gas additionally added to the reaction gas mixture as hydrogen. Preferably, sufficient hydrogen should be present so that the molar ratio H 2 / O 2 in the reaction gas mixture immediately after the introduction of oxygen is 1 to 10, preferably 2 to 5 mol / mol. This applies to multi-stage reactors for each intermediate feed of oxygen-containing and possibly hydrogen-containing gas.

Die Wasserstoffverbrennung erfolgt katalytisch. Der eingesetzte Dehydrierungskatalysator katalysiert im Allgemeinen auch die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe und von Wasserstoff mit Sauerstoff, so dass grundsätzlich kein von diesem verschiedener spezieller Oxidationskatalysator erforderlich ist. In einer Ausführungsform wird in Gegenwart eines oder mehrerer Oxidationskatalysatoren gearbeitet, die selektiv die Verbrennung von Wasserstoff zu Sauerstoff in Gegenwart von Kohlenwasserstoffen katalysieren. Die Verbrennung dieser Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff zu CO, CO2 und Wasser läuft dadurch nur in untergeordnetem Maße ab. Vorzugsweise liegen der Dehydrierungskatalysator und der Oxidationskatalysator in verschiedenen Reaktionszonen vor.The hydrogen combustion takes place catalytically. The dehydrogenation catalyst used generally also catalyzes the combustion of the hydrocarbons and of hydrogen with oxygen, so that in principle no special oxidation catalyst different from this one is required. In one embodiment, the reaction is carried out in the presence of one or more oxidation catalysts which selectively catalyze the combustion of hydrogen to oxygen in the presence of hydrocarbons. The combustion of these hydrocarbons with oxygen to CO, CO 2 and water is therefore only to a minor extent. Preferably, the dehydrogenation catalyst and the oxidation catalyst are present in different reaction zones.

Bei mehrstufiger Reaktionsführung kann der Oxidationskatalysator in nur einer, in mehreren oder in allen Reaktionszonen vorliegen.at multistage reaction procedure For example, the oxidation catalyst may be in one, more, or all Reaction zones are present.

Bevorzugt ist der Katalysator, der selektiv die Oxidation von Wasserstoff katalysiert, an den Stellen angeordnet, an denen höhere Sauerstoffpartialdrucke herrschen als an anderen Stellen des Reaktors, insbesondere in der Nähe der Einspeisungsstelle für das sauerstoffhaltige Gas. Die Einspeisung von sauerstoffhaltigem Gas und/oder wasserstoffhaltigem Gas kann an einer oder mehreren Stelle des Reaktors erfolgen.Prefers is the catalyst that selectively oxidizes hydrogen catalyzed, placed at the sites where higher oxygen partial pressures prevail as elsewhere in the reactor, especially in the Near the Feed-in point for the oxygen-containing gas. The feed of oxygen-containing gas and / or hydrogen-containing gas may be at one or more points of the reactor.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Zwischeneinspeisung von sauerstoffhaltigem Gas und von wasserstoffhaltigem Gas vor jeder Horde eines Hordenreaktors. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Einspeisung von sauerstoffhaltigem Gas und von wasserstoffhaltigem Gas vor jeder Horde außer der ersten Horde. In einer Ausführungsform ist hinter jeder Einspeisungsstelle eine Schicht aus einem speziellen Oxidationskatalysator vorhanden, gefolgt von einer Schicht aus dem Dehydrierungskatalysator. In einer weiteren Ausführungsform ist kein spezieller Oxidationskatalysator vorhanden. Die Dehydriertemperatur beträgt im allgemeinen 400 bis 1100°C, der Druck im letzten Katalysatorbett des Hordenreaktors im Allgemeinen 0,2 bis 5 bar, bevorzugt 1 bis 3 bar. Die Belastung (GHSV) beträgt im allgemeinen 500 bis 2000 h–1, bei Hochlastfahrweise auch bis zu 100 000 h–1, bevorzugt 4000 bis 16 000 h–1.In one embodiment of the process according to the invention, an intermediate feed of oxygen-containing gas and of hydrogen-containing gas takes place before each tray of a tray reactor. In a further embodiment of the method according to the invention, the feed of oxygen-containing gas and of hydrogen-containing gas takes place before each horde except the first horde. In one embodiment behind each feed point is a layer of a specific oxidation catalyst, followed by a layer of the dehydrogenation catalyst. In another embodiment, no special oxidation catalyst is present. The dehydrogenation temperature is generally 400 to 1100 ° C, the pressure in the last catalyst bed of the tray reactor generally 0.2 to 5 bar, preferably 1 to 3 bar. The load (GHSV) is generally 500 to 2000 h -1 , in high load mode also up to 100 000 h -1 , preferably 4000 to 16 000 h -1 .

Ein bevorzugter Katalysator, der selektiv die Verbrennung von Wasserstoff katalysiert, enthält Oxide und/oder Phosphate, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Oxiden und/oder Phosphaten von Germanium, Zinn, Blei, Arsen, Antimon oder Bismut.One preferred catalyst which selectively combusts hydrogen catalyzed contains Oxides and / or phosphates selected from the group consisting of the oxides and / or phosphates of Germanium, tin, lead, arsenic, antimony or bismuth.

Ein weiterer bevorzugter Katalysator, der die Verbrennung von Wasserstoff katalysiert, enthält ein Edelmetall der VIII. und/oder I. Nebengruppe.One Another preferred catalyst, the combustion of hydrogen catalyzed contains a noble metal of VIII. and / or I. subgroup.

Die Kohlenwasserstoff-Dehydrierung wird bevorzugt in Gegenwart von Wasserdampf durchgeführt. Der zugesetzte Wasserdampf dient als Wärmeträger und unterstützt die Vergasung von organischen Ablagerungen auf den Katalysatoren, wodurch der Verkokung der Katalysatoren entgegengewirkt und die Standzeit der Katalysatoren erhöht wird. Dabei werden die organischen Ablagerungen in Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und gegebenenfalls Wasser umgewandelt.The Hydrocarbon dehydrogenation is preferred in the presence of water vapor carried out. Of the added water vapor serves as a heat carrier and supports the Gasification of organic deposits on the catalysts, causing counteracted the coking of the catalysts and the life of the Catalysts increased becomes. The organic deposits in carbon monoxide, Converted carbon dioxide and optionally water.

Bevorzugte C2-C30-Kohlenwasserstoffe, die erfindungsgemäß dehydriert werden, sind Propan und Butan.Preferred C 2 -C 30 hydrocarbons which are dehydrogenated according to the invention are propane and butane.

Der erfindungsgemäße Dehydrierungskatalysator kann in an sich bekannter Weise regeneriert werden. So kann dem Reaktionsgasgemisch Wasserdampf zugesetzt werden oder von Zeit zu Zeit ein Sauerstoff enthaltendes Gas bei erhöhter Temperatur über die Katalysatorschüttung geleitet werden und der abgeschiedene Kohlenstoff abgebrannt werden. Durch die Verdünnung mit Wasserdampf wird das Gleichgewicht zu den Produkten der Dehydrierung verschoben. Gegebenenfalls wird der Katalysator nach der Regenerierung mit einem wasserstoffhaltigen Gas reduziert.Of the Dehydrogenation catalyst according to the invention can be regenerated in a conventional manner. So can that Reaction gas mixture can be added to steam or from time to time Time an oxygen-containing gas at elevated temperature over the catalyst bed and the deposited carbon are burned off. By dilution with steam, the equilibrium becomes the products of dehydration postponed. Optionally, the catalyst becomes after regeneration reduced with a hydrogen-containing gas.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das über den Dehydrierkatalysator geführte Reaktionsgasgemisch bereits dehydrierten Kohlenwasserstoff enthält wie es z.B. bei den Verfahren der Schriften DE-A 102005009885, DE-A 102005022798, WO 01/96270, WO 01/96271, WO 03/011804, WO 03/76370, DE-A 10245585, DE-A 10246119, DE-A 10316039, DE-A 102004032129, DE-A 102005010111, DE-A 102005013039 und DE-A 102005009891 detailliert beschrieben ist. In allen in diesen Schriften genannten Dehydrierverfahren sind erfindungsgemäße Katalysatoren besonders geeignet.The inventive method is particularly advantageous if that via the dehydrogenation catalyst guided Reaction gas mixture already contains dehydrogenated hydrocarbon as is e.g. in the methods of the publications DE-A 102005009885, DE-A 102005022798, WO 01/96270, WO 01/96271, WO 03/011804, WO 03/76370, DE-A 10245585, DE-A 10246119, DE-A 10316039, DE-A 102004032129, DE-A 102005010111, DE-A 102005013039 and DE-A 102005009891 described in detail is. In all mentioned in these documents dehydrogenation are inventive catalysts particularly suitable.

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert. Die nachfolgenden Träger sind besonders dann gute Katalysatorträger, wenn das Porenvolumen im Bereich von 0,12-0,4 ml/g (gemessen mittels Hg-Porosimetrie) liegt. Die Porenradienverteilung kann unimodal, bimodal oder polymodal sein.The Invention will be explained in more detail by the following examples. The subsequent carrier are good catalyst carriers especially if the pore volume in the range of 0.12-0.4 ml / g (measured by Hg porosimetry) lies. The pore radius distribution can be unimodal, bimodal or polymodal be.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insofern besonders vorteilhaft, als die Bestimmung der Tortuosität in sehr viel einfacherer Weise als in der Vergangenheit die Auswahl geeigneter Träger bzw. Dehydrierkatalysatoren ermöglicht. In der Vergangenheit waren dazu stets aufwendige Dehydrierversuche erforderlich.The inventive method is particularly advantageous in that the determination of tortuosity in very much easier than in the past, the selection of suitable carrier or dehydrogenation catalysts allows. In the past, this always involved elaborate dehydrogenation tests required.

Beispiele 1-6Examples 1-6

In den nachstehend beschriebenen Versuchen wurden folgende Katalysatorträger eingesetzt:In The following catalyst supports were used in the experiments described below:

Herstellung eines ZrO2-Sprühpulvers:Preparation of a ZrO 2 spray powder:

In einem 500 l Kessel wurden 72,6 kg konzentrierte wässrige Salpetersäure (69 Gew.-% HNO3) vorgelegt und hierzu innerhalb von 2 h gleichmäßig unter Rühren (20 U/min.) 58,7 kg Zr(IV)-Carbonat (Firma MEL, Luxfer Group Company, ca. 43 Gew.-% ZrO2) gegeben. Man erhielt eine Zirconylnitrat-Lösung mit einem Gehalt von ca. 19 Gew.-% ZrO2 und einer Dichte von 1,59 kg/l. In einem Rührbehälter (1000 l) wurden 135,8 kg Ammoniakwasser (12,5 Gew.-% NH3) vorgelegt. Hierzu pumpte man die Zirconylnitrat-Lösung innerhalb von 2 h gleichmäßig unter Rühren zu. Der erreichte pH-Wert der Fällung lag bei 25 °C bei 5,2. Nach 6 h Nachrührzeit wurde die Suspension auf eine Filterpresse umgepumpt und über einen Zeitraum von 14 h mit insgesamt 15 m3 vollentsalztem Wasser gewaschen, bis die Leitfähigkeit des Waschwassers bei 25 °C unterhalb von 20 μS/cm lag. Es wurden 85,6 kg feuchte Filterpaste erhalten. Die Filterpaste wurde auf Bleche verteilt (Schichthöhe 10 cm) und in einem Kammerofen der Firma Naber bei 450°C 8 h lang unter Luft getrocknet. (Alternativ kann die Wärmebehandlung auch unter N2O-Dampf (1 bar) durchgeführt werden. Die daraus resultierenden ZrO2-Pulver sind dann in den Beispielen 1-11 und dem Vergleichsbeispiel entsprechend zu verwenden. Anstelle eines Naberofens kann auch ein Drehrohrofen eingesetzt werden, durch den Luft bzw. Wasserdampf zum Trockengut im Gegenstrom geführt wird. Die daraus resultierenden ZrO2 Pulver werden dann in den Beispielen 1-11 und dem Vergleichsbeispiel analog verwendet). Das Material hatte bei 900°C an Luft einen Glühverlust von 2,31 Gew.-%. Die XRD-Messung ergab einen Anteil von 73 % monoklinem und 27 % tetragonalem ZrO2. Soweit nicht anders beschrieben, wurden die vorgenannten Schritte bei Raumtemperatur durchgeführt.72.6 kg of concentrated aqueous nitric acid (69% by weight of HNO 3 ) were initially introduced into a 500 l kettle and 58.7 kg of Zr (IV) carbonate were uniformly stirred in with stirring (20 rpm) over the course of 2 h ( Company MEL, Luxfer Group Company, about 43% by weight ZrO 2 ). A zirconyl nitrate solution containing about 19% by weight ZrO 2 and a density of 1.59 kg / l was obtained. In a stirred tank (1000 l) 135.8 kg of ammonia water (12.5 wt .-% NH 3 ) were submitted. For this purpose, the zirconyl nitrate solution was pumped in uniformly with stirring within 2 h. The pH of the precipitation reached was 5.2 at 25 ° C. After 6 h stirring time, the suspension was pumped to a filter press and over a period of 14 h with a total of 15 washed m 3 of demineralized water until the conductivity of the washing water at 25 ° C of less than 20 cm was .mu.S /. There were obtained 85.6 kg of wet filter paste. The filter paste was spread on sheets (layer height 10 cm) and dried in a box furnace from Naber at 450 ° C for 8 h under air. (Alternatively, the heat treatment may be carried out under N 2 O steam (1 bar), and the resulting ZrO 2 powders are then used in Examples 1-11 and Comparative Example, respectively, and a rotary kiln may be used instead of a Neber furnace through which air or water vapor is passed in countercurrent to the dry material The resulting ZrO 2 powders are then used analogously in Examples 1-11 and Comparative Example). The material had an ignition loss of 2.31% by weight at 900 ° C. in air. The XRD measurement showed a proportion of 73% monoclinic and 27% tetragonal ZrO 2 . Unless otherwise stated, the above steps were carried out at room temperature.

Das ZrO2-Pulver (Partikeldurchmesser < 500 μm) wurde zur Herstellung der Träger 1-6 gemäß Beispielen 1-6 eingesetzt. Die Tortuositätsangaben sind jeweils Mittelwerte aus 2 Messungen.The ZrO 2 powder (particle diameter <500 μm) was used to prepare supports 1-6 according to Examples 1-6. The tortuosity data are mean values from 2 measurements.

Anstelle des jeweils eingesetzten Polyethylenoxids können auch andere Polyethylenoxide mit Molekulargewichten im Bereich von 100 000-8 mio. g/mol liegend verwendet werden. Im erfindungsgemäßen Sinn besonders günstig ist aber die Verwendung der angegebenen Polyethylenoxide.Instead of Of the polyethylene oxide used in each case, other polyethylene oxides with molecular weights in the range of 100,000-8 million. g / mol lying be used. In the sense of the invention is particularly favorable but the use of the specified polyethylene oxides.

Beispiel 1example 1

3000 g ZrO2-Pulver wurden in einem Koller mit 90 g Polyethylenoxid (Alkox® E 100, Firma KOWA American Cooperation) gemischt und mit 90 g konzentrierter wässrige Salpetersäure (69 Gew.-% HNO3) versetzt. Hierzu wurden 317 g Silres® MSE 100 (Firma Wacker, 70 gew.-%ige SiO2-Lösung) und 500 ml Wasser gegeben. Nach 5-minütigem Kollern wurden weitere 150 ml Wasser zugegeben. Nach weiterem 20-minütigem Kollern bei Raumtemperatur wurde die Knetmasse in einer Strangpresse bei einem Pressdruck von 280 bar zu Strängen mit einem Durchmesser von 1,5 mm gepresst. Nach 16 h Trocknung bei 120°C an Luft wurden die Stränge 4 h lang bei 560°C an Luft getempert. Der so erhaltene Träger hatte eine Tortuosität von 2,15, gemessen mit H2O bei 25 °C und 1 bar Druck.3000 g of ZrO 2 powder were mixed in a Koller with 90 g of polyethylene oxide (Alkox ® E 100, KOWA American Cooperation) and treated with 90 g of concentrated aqueous nitric acid (69 wt .-% HNO 3 ). To this was added 317 g Silres MSE 100 ® (Wacker, 70 wt .-% strength SiO 2 solid solution) and 500 ml of water. After 5 minutes of rinsing, an additional 150 ml of water were added. After further 20 minutes of mulling at room temperature, the kneading material was pressed in an extruder at a pressure of 280 bar to strands with a diameter of 1.5 mm. After 16 h of drying at 120 ° C in air, the strands were annealed for 4 h at 560 ° C in air. The support thus obtained had a tortuosity of 2.15, measured with H 2 O at 25 ° C and 1 bar pressure.

Beispiel 2Example 2

3000 g ZrO2-Pulver und 120 g Polyethylenoxid (Alkox E 100, Firma KOWA American Cooperation) wurden in einem Koller gemischt und mit 90 g konzentrierter wässrige Salpetersäure (69 Gew.-% HNO3) versetzt. Hierzu wurden 350 g Silres MSE 100 (Firma Wacker, 70 gew.%ige SiO2-Lösung) und 500 ml Wasser gegeben. Nach 5-minütigem Kollern wurden weitere 250 ml Wasser zugegeben. Nach weiterem 30-minütigem Kollern bei Raumtemperatur wurde die Knetmasse in einer Strangpresse bei einem Pressdruck von 280 bar zu Strängen mit einem Durchmesser von 1,5 mm gepresst. Nach 16 h Trocknung bei 120°C an Luft wurden die Stränge 4 h lang bei 600°C an Luft getempert. Der so erhaltene Träger hatte eine Tortuosität von 2,55, gemessen mit H2O bei 25 °C und 1 bar Druck.3000 g of ZrO 2 powder and 120 g of polyethylene oxide (Alkox E 100, KOWA American Cooperation) were mixed in a Koller and mixed with 90 g of concentrated aqueous nitric acid (69 wt .-% HNO 3 ). To this was added 350 g of Silres MSE 100 (Wacker, 70% strength by weight SiO 2 solution) and 500 ml of water. After rinsing for 5 minutes, an additional 250 ml of water were added. After a further 30 minutes of mulling at room temperature, the kneading material was pressed in an extruder at a pressure of 280 bar into strands with a diameter of 1.5 mm. After 16 h of drying at 120 ° C in air, the strands were annealed for 4 h at 600 ° C in air. The support thus obtained had a tortuosity of 2.55, measured with H 2 O at 25 ° C and 1 bar pressure.

Beispiel 3Example 3

In einem Koller wurden 3000 g ZrO2-Pulver mit 150 g Polyethylenoxid (Alkox E 100, Firma KOWA American Cooperation) gemischt und mit 120 g konzentrierter wässriger Salpetersäure (69 Gew.-% HNO3) versetzt. Hierzu wurden 500 g Silres MSE 100 (Firma Wacker, 70 gew.-%ige SiO2-Lösung) und 500 ml Wasser gegeben. Nach 5-minütigem Kollern wurden weitere 250 ml Wasser zugegeben. Nach weiterem 30-minütigem Kollern bei Raumtemperatur wurde die Knetmasse in einer Strangpresse bei einem Pressdruck von 280 bar zu Strängen mit einem Durchmesser von 1,5 mm gepresst. Nach 16 h Trocknung bei 120°C an Luft wurden die Stränge 4 h lang bei 600°C an Luft getempert. Der so erhaltene Träger hatte eine Tortuosität von 2,95, gemessen mit H2O bei 25 °C und 1 bar Druck.In a muller 3000 g of ZrO 2 powder were mixed with 150 g of polyethylene oxide (Alkox E 100, company Kowa American Corporation) and mixed with 120 g of concentrated aqueous nitric acid (69 wt .-% HNO 3). To this was added 500 g Siles MSE 100 (Wacker, 70% strength by weight SiO 2 solution) and 500 ml water. After rinsing for 5 minutes, an additional 250 ml of water were added. After a further 30 minutes of mulling at room temperature, the kneading material was pressed in an extruder at a pressure of 280 bar into strands with a diameter of 1.5 mm. After 16 h of drying at 120 ° C in air, the strands were annealed for 4 h at 600 ° C in air. The support thus obtained had a tortuosity of 2.95, measured with H 2 O at 25 ° C and 1 bar pressure.

Beispiel 4Example 4

In einem Koller wurden 3000 g ZrO2-Pulver mit 100 g Zellulose-Ether (Optamix® AM 100, Firma Zschimmer & Schwarz GmbH & Co KG) gemischt und mit 120 g konzentrierter wässriger Salpetersäure (69 Gew.-% HNO3) versetzt. Hierzu wurden 300 g Silres MSE 100 (Firma Wacker, 70 gew.-%ige SiO2-Lösung) und 500 ml Wasser gegeben. Nach 5-minütigem Kollern wurden weitere 250 ml Wasser zugegeben. Nach weiterem 30-minütigem Kollern bei Raumtemperatur wurde die Knetmasse in einer Strangpresse bei einem Pressdruck von 280 bar zu zu Strängen mit einem Durchmesser von 1,5 mm gepresst. Nach 16 h Trocknung bei 120°C an Luft wurden die Stränge 4 h lang bei 600°C an Luft getempert. Der so erhaltene Träger hatte eine Tortuosität von 5,45, gemessen mit H2O bei 25 °C und 1 bar Druck.In a muller 3000 g of ZrO 2 powder were mixed with 100 g cellulose ether (Optamix ® AT 100, Zschimmer & Schwarz GmbH & Co KG) and 120 g of concentrated aqueous nitric acid (69 wt .-% HNO 3) was added. To this was added 300 g of Silres MSE 100 (Wacker, 70% strength by weight SiO 2 solution) and 500 ml of water. After rinsing for 5 minutes, an additional 250 ml of water were added. After a further 30 minutes of mulling at room temperature, the kneading material was pressed in an extruder at a pressure of 280 bar to strands with a diameter of 1.5 mm. After 16 h of drying at 120 ° C in air, the strands were annealed for 4 h at 600 ° C in air. The support thus obtained had one Tortuosity of 5.45, measured with H 2 O at 25 ° C and 1 bar pressure.

Beispiel 5Example 5

In einem Koller wurden 3000 g ZrO2-Pulver mit 150 g Polyethylenoxid (Alkox E 100, Firma KOWA American Cooperation) gemischt und mit 120 g konzentrierter wässriger Salpetersäure (69 Gew.-% HNO3) versetzt. Hierzu wurden 500 mg Silres MSE 100 (Firma Wacker, 70 gew.-%ige SiO2-Lösung) und 500 ml Wasser gegeben. Nach 5-minütigem Kollern wurden weitere 250 ml Wasser zugegeben. Nach weiterem 30-minütigem Kollern bei Raumtemperatur wurde die Knetmasse in einer Strangpresse bei einem Pressdruck von 280 bar zu Strängen mit einem Durchmesser von 3 mm gepresst. Nach 16 h Trocknung bei 120°C an Luft wurden die Stränge 4 h lang bei 600°C an Luft getempert. Der Katalysatorträger wurde zu Splitt zerkleinert, wobei eine Siebfraktion von 1,6-2 mm erhalten wurde. Der so erhaltene Träger hatte eine Tortuosität von 2,8, gemessen mit H2O bei 25 °C und 1 bar Druck.In a Koller, 3000 g of ZrO 2 powder were mixed with 150 g of polyethylene oxide (Alkox E 100, KOWA American Cooperation) and admixed with 120 g of concentrated aqueous nitric acid (69% by weight of HNO 3 ). To this was added 500 mg of Silres MSE 100 (Wacker, 70% strength by weight SiO 2 solution) and 500 ml of water. After rinsing for 5 minutes, an additional 250 ml of water were added. After a further 30 minutes of mulling at room temperature, the kneading material was pressed in an extruder at a pressure of 280 bar into strands with a diameter of 3 mm. After 16 h of drying at 120 ° C in air, the strands were annealed for 4 h at 600 ° C in air. The catalyst support was crushed to chippings to obtain a sieve fraction of 1.6-2 mm. The support thus obtained had a tortuosity of 2.8, measured with H 2 O at 25 ° C and 1 bar pressure.

Beispiel 6Example 6

3000 g ZrO2-Pulver wurden in einem Koller mit 90 g Polyethylenoxid (Alkox E 100, Firma KOWA American Cooperation) gemischt und mit 90 g konzentrierter wässriger Salpetersäure (69 Gew.-% HNO3) versetzt. Hierzu wurden 317 g Silres MSE 100 (Firma Wacker, 70 gew.-%ige SiO2-Lösung) und 500 ml Wasser gegeben. Nach 5-minütigem Kollern wurden weitere 150 ml Wasser zugegeben. Nach weiterem 20-minütigem Kollern bei Raumtemperatur wurde die Knetmasse in einer Strangpresse bei einem Pressdruck von 280 bar zu Strängen mit einem Durchmesser von 3 mm gepresst. Nach 16 h Trocknung bei 120°C wurden die Stränge 4 h lang bei 560°C an Luft getempert. Der Katalysatorträger wurde zu Splitt zerkleinert, wobei eine Siebfraktion von 1,6-2 mm erhalten wurde. Der so erhaltene Träger hatte eine Tortuosität von 2,3, gemessen mit H2O bei 25 °C und 1 bar Druck.3000 g of ZrO 2 powder were mixed in a Koller with 90 g of polyethylene oxide (Alkox E 100, KOWA American Cooperation) and treated with 90 g of concentrated aqueous nitric acid (69 wt .-% HNO 3 ). To this was added 317 g of Silres MSE 100 (Wacker, 70% strength by weight SiO 2 solution) and 500 ml of water. After 5 minutes of rinsing, an additional 150 ml of water were added. After a further 20 minutes of mulling at room temperature, the kneading material was pressed in an extruder at a pressure of 280 bar into strands with a diameter of 3 mm. After 16 h of drying at 120 ° C, the strands were annealed for 4 h at 560 ° C in air. The catalyst support was crushed to chippings to obtain a sieve fraction of 1.6-2 mm. The support thus obtained had a tortuosity of 2.3, measured with H 2 O at 25 ° C and 1 bar pressure.

Durchführung der PFG NMR-Selbstdiffusionsmessungen an den wassergesättigten Katalysatorträgern 1-6:Perform PFG NMR self-diffusion measurements to the water-saturated catalyst supports 1-6:

Die NMR-Messungen erfolgten bei 25 °C und 1 bar bei 125 MHz 1H-Resonanzfrequenz mit dem NMR-Spektrometer FEGRIS NT an der Fakultät für Physik und Geowissenschaften der Universität Leipzig. Als Impulsprogramm für die PFG NMR-Selbstdiffusionsuntersuchungen wurde das stimulierte Spinecho mit gepulsten Feldgradienten gemäß 1b eingesetzt. Für jede Probe wurden die Spinechodämpfungskurven bei bis zu sechs verschiedenen Diffusionszeiten (Δ/ms = 20, 40, 80, 160, 240, 320) durch schrittweise Vergrößerung der Intensität der Feldgradienten (gmax = 4 T/m) gemessen. Aus den Spinechodämpfungskurven wurde mittels der Gleichungen (2) und (3) die Zeitabhängigkeit des Selbstdiffusionskoeffizienten des Porenwassers bestimmt.The NMR measurements were carried out at 25 ° C and 1 bar at 125 MHz 1 H resonant frequency with the NMR spectrometer FEGRIS NT at the Faculty of Physics and Earth Sciences of the University of Leipzig. As a pulse program for the PFG NMR self-diffusion studies, the stimulated spin echo with pulsed field gradients according to 1b used. For each sample, the spin echo attenuation curves were measured at up to six different diffusion times (Δ / ms = 20, 40, 80, 160, 240, 320) by stepwise increasing the field gradient intensity (g max = 4 T / m). From the spin echo damping curves, the time dependence of the self-diffusion coefficient of the pore water was determined by means of equations (2) and (3).

Berechnung der Tortuosität:Calculation of tortuosity:

Über Gleichung (7) wurde aus den so ermittelten Selbstdiffusionskoeffizienten D(Δ) die Zeitabhängigkeit der mittleren quadratischen Verschiebung ⟨r2(Δ)⟩ berechnet. In 2 sind diese Daten für die Katalysatorträger 1 bis 7 zusammen mit den entsprechenden Ergebnissen für freies Wasser doppelt-logarithmisch aufgetragen. Außerdem zeigt 2 jeweils die Ausgleichsgerade aus der lineare Anpassung von ⟨r2(Δ)⟩ als Funktion der Diffusionszeit Δ. Ihr Anstieg entspricht nach Gleichung (7) gerade dem Wert 6D, wobei D dem über das Diffusionszeitinterval gemittelten Selbstdiffusionskoeffizienten entspricht. Nach Gleichung (6) ergibt sich dann die Tortuosität aus dem Verhältnis des so bestimmten mittleren Selbstdiffusionskoeffizienten des freien Wassers zu dem entsprechenden Wert des mittleren Selbstdiffusionskoeffizienten im Katalysatorträger.Using equation (7), the time dependence of the mean square displacement ⟨r 2 (Δ)⟩ was calculated from the self-diffusion coefficients D (Δ) determined in this way. In 2 For the catalyst supports 1 to 7, these data are plotted twice logarithmically together with the corresponding results for free water. Also shows 2 in each case the straight line from the linear fit of ⟨r 2 (Δ)⟩ as a function of the diffusion time Δ. Its rise corresponds to the value 6D according to equation (7), whereby D corresponds to the self-diffusion coefficient averaged over the diffusion time interval. According to equation (6), the tortuosity then results from the ratio of the thus determined mean self-diffusion coefficient of the free water to the corresponding value of the mean self-diffusion coefficient in the catalyst support.

Die so ermittelten Tortuositätswerte sind für die Katalysatorträger 1-6 in Tabelle 1 zusammengefasst, wobei je Katalysatorträger zwei unabhängig voneinander präparierte Proben aus derselben Charge gemessen wurden.The thus determined tortuosity values are for the catalyst supports 1-6 summarized in Table 1, wherein each catalyst support two independently prepared from each other Samples from the same batch were measured.

Tabelle 1:

Figure 00210001
Table 1:
Figure 00210001

Beispiele 7 bis 11 und Vergleichsbeispiel V1Examples 7 to 11 and Comparative Example C1

Herstellung der Katalysatoren 1 bis 6 auf Basis der Katalysatorträger 1 bis 6:Preparation of the catalysts 1 to 6 based on the catalyst supports 1 to 6:

Die Katalysatorträger 5 und 6 wurden zu Splitt zerkleinert, wobei eine Siebfraktion von 1,6-2 mm erhalten wurde. Die Katalysatorträger 1-4 wurden als 1,5 mm Stränge (Naturbruch) eingesetzt. Die Trägermaterialien wurden mit den Aktivkomponenten Pt/Sn/K/Cs und La nach der im Folgenden beschriebenen Methode beschichtet: 0,1814 g H2PtCl6·6 H2O und 0,2758 g SnCl2·2 H2O wurden in 138 ml Ethanol gelöst und bei 25 °C in einem Rotationsverdampfer zu 23 g des Trägermaterials gegeben. Das überstehende Ethanol wurde am Rotationsverdampfer unter Rotieren im Wasserstrahlpumpenvakuum (20 mbar) bei einer Wasserbadtemperatur von 40°C abgezogen. Anschließend wurde jeweils unter stehender Luft zunächst 15 h bei 100°C getrocknet und anschließend bei 560°C (unter stehender Luft) während 3 h lang calciniert. Danach wurde der getrocknete Feststoff mit einer Lösung von 0,1773 g CsNO3, 0,3127 g KNO3 und 2,2616 g La(NO3)3·6 H2O in 55 ml H2O bei 25 °C übergossen. Das überstehende Wasser wurde am Rotavapor unter Rotieren im Wasserstrahlpumpenvakuum (20 mbar) bei einer Wasserbad- Temperatur von 85°C abgezogen. Anschließend wurde jeweils unter stehender Luft zunächst 15 h bei 100°C getrocknet und anschließend bei 560°C unter stehender Luft 3h lang calciniert.The catalyst supports 5 and 6 were crushed to chippings, whereby a sieve fraction of 1.6-2 mm was obtained. The catalyst supports 1-4 were used as 1.5 mm strands (natural fracture). The support materials were coated with the active components Pt / Sn / K / Cs and La according to the method described below: 0.1814 g H 2 PtCl 6 .6H 2 O and 0.2758 g SnCl 2 .2H 2 O were in Dissolved 138 ml of ethanol and added at 25 ° C in a rotary evaporator to 23 g of the carrier material. The supernatant ethanol was stripped off on a rotary evaporator while rotating in a water jet pump vacuum (20 mbar) at a water bath temperature of 40.degree. The mixture was then dried under standing air initially at 100 ° C. for 15 h and then calcined at 560 ° C. (under stagnant air) for 3 h. Thereafter, the dried solid with a solution of 0.1773 g CsNO 3 was 0.3127 g KNO 3 and 2.2616 g La (NO 3) 3 · 6H 2 O poured in 55 ml H 2 O at 25 ° C. The supernatant water was removed from the rotavapor while rotating in a water pump vacuum (20 mbar) at a water bath temperature of 85.degree. The mixture was then dried under standing air initially at 100 ° C. for 15 h and then calcined at 560 ° C. under stagnant air for 3 h.

Es wurden so aus den Katalysatorträgern 1-6 die Katalysatoren 1-6 erhalten. Die so erhaltenen Katalysatoren wurden in einen Testreaktor eingebaut und aktiviert.It became so from the catalyst carriers 1-6 obtained the catalysts 1-6. The catalysts thus obtained were installed in a test reactor and activated.

Katalysatoraktivierung:Catalyst activation:

Mit je 20 ml des erhaltenen Katalysatorvorläufers wurde ein vertikal stehender Rohrreaktor beschickt.

  • Reaktorlänge: 520 mm;
  • Wanddicke: 2 mm;
  • Innendurchmesser: 20 mm;
  • Reaktormaterial: innen alonisiertes, d.h. mit Aluminiumoxid beschichtetes Stahlrohr;
  • Beheizung: elektrisch auf einer längsmittigen Länge von 450 mm;
  • Länge der Katalysatorschüttung: 60 mm;
  • Position der Katalysatorschüttung: längsmittig;
  • Befüllung des Reaktorrestvolumens nach oben und unten mit Steatitkugeln eines Durchmessers von 4-5 mm als Inertmaterial, unten auf einem Kontaktstuhl aufsitzend.
With 20 ml of the obtained catalyst precursor, a vertically standing tube reactor was charged.
  • Reactor length: 520 mm;
  • Wall thickness: 2 mm;
  • Inner diameter: 20 mm;
  • Reactor material: internally alanized, ie coated with alumina steel tube;
  • Heating: electrically on a longitudinal center length of 450 mm;
  • Length of catalyst bed: 60 mm;
  • Position of the catalyst bed: longitudinally centered;
  • Fill the reactor residual volume upwards and downwards with steatite balls of 4-5 mm diameter as inert material, sitting down on a contact chair.

Anschließend wurde das Reaktionsrohr bei einer Außenwandtemperatur längs der Heizzone von 500°C mit 9,3 Nl/h Wasserstoff 30 min lang beschickt. Anschließend wurde der Wasserstoffstrom bei gleich bleibender Wandtemperatur zunächst 30 min lang durch einen Strom von 23,6 Nl/h aus 80 Vol.-% Stickstoff und 20 Vol.-% Luft und danach weitere 30 min lang durch einen gleich großen Strom aus reiner Luft ersetzt. Unter Beibehaltung der Wandtemperatur wurde dann mit einem gleichgroßen Strom von N2 15 lang min gespült und abschließend nochmals 30 min lang mit 9,3 Nl/h Wasserstoff reduziert. Damit war die Aktivierung des Katalysatorvorläufers abgeschlossen.Subsequently, the reaction tube was charged at an outside wall temperature along the heating zone of 500 ° C with 9.3 Nl / h of hydrogen for 30 min. Subsequently, the hydrogen flow was maintained at a constant wall temperature for 30 minutes by a stream of 23.6 Nl / h from 80 vol .-% nitrogen and 20 vol .-% air and then for another 30 minutes by an equal stream of pure air replaced. While maintaining the wall temperature was then flushed with an equal current of N 2 15 min long and finally reduced again for 30 minutes with 9.3 Nl / h of hydrogen. This completed the activation of the catalyst precursor.

Katalysatortestung:Catalyst Testing:

Im Anschluss an die Aktivierung wurden die Katalysatoren getestet, indem sie in dem gleichen Reaktor mit einem Gemisch aus 20 Nl/h Roh-Propan, 18 g/h Wasserdampf und 1 Nl/h Stickstoff beaufschlagt wurden. Dazu wurde Roh-Propan mittels eines Massendurchflussreglers zudosiert, während Wasser mittels einer HPLC-Pumpe zunächst flüssig in einen Verdampfer dosiert, in diesem verdampft und dann mit dem Roh-Propan und Stickstoff vermischt wurde. Die Gasmischung wurde über den Katalysator geleitet. Die Wandtemperatur betrug 622°C.in the Following activation, the catalysts were tested, by placing in the same reactor with a mixture of 20 Nl / h Raw propane, 18 g / h steam and 1 Nl / h nitrogen applied were. For this purpose, crude propane by means of a mass flow controller dosed while Initially metered liquid into an evaporator by means of an HPLC pump, evaporated in this and then mixed with the crude propane and nitrogen. The gas mixture was over passed the catalyst. The wall temperature was 622 ° C.

Mittels einer sich am Reaktorausgang befindlichen Druckregelung wurde der Ausgangsdruck des Reaktors auf 1,5 bar absolut eingestellt.through a located at the reactor outlet pressure control was the Output pressure of the reactor set to 1.5 bar absolute.

Das hinter der Druckregelung auf Normaldruck entspannte Produktgas wurde abgekühlt, wobei der enthaltene Wasserdampf auskondensierte. Das nicht kondensierte Restgas wurde mittels GC (HP 6890 mit Chem-Station, Detektoren: FID, WLD, Trenn säulen: Al2O3/KCl (Chrompack), Carboxen 1010 (Supelco)) analysiert. In entsprechender Weise war auch das Reaktionsgas [Einsatzgasstrom] analysiert worden.The product gas, which had been expanded to atmospheric pressure behind the pressure control, was cooled, with the water vapor condensed out. The uncondensed residual gas was analyzed by GC (HP 6890 with Chem-Station, detectors: FID, WLD, separation columns: Al 2 O 3 / KCl (Chrompack), Carboxene 1010 (Supelco)). In a similar manner, the reaction gas [feed gas stream] had been analyzed.

In Tabelle 2 sind für die Katalysatoren 1-6 die Bemittelte Tortuosität, die mittels N2-Adsorbtion bestimmte BET-Oberfläche, die Aktivität (bezogen auf den Propan-Umsatz) und die Desaktivierung der Katalysatoren zusammengefasst.Table 2 summarizes for the catalysts 1-6 the averaged tortuosity, the BET surface area determined by N 2 adsorption, the activity (based on the propane conversion) and the deactivation of the catalysts.

Tabelle 2:

Figure 00230001
Table 2:
Figure 00230001

Die Desaktivierung des Katalysators ist mit der Bemittelten Tortuosität (τ) korreliert. Die innere Oberfläche des Katalysators (BET-Oberfläche) korreliert weder mit der Tortuosität noch mit der Deaktivierung. Der angegebene Umsatz stellt den Propan-Umsatz zu Beginn des Dehydrierversuches dar, der Umsatzrückgang in % pro Stunde ist ein Maß für die Desaktivierung des Katalysators. Wie den Beispielen zu entnehmen ist, weisen die erfindungsgemäßen Katalysatoren bei im Wesentlichen vergleichbarer BET-Oberfläche eine sehr viel niedrigere Desaktivierung gegenüber dem Vergleichskatalysator auf.The Deactivation of the catalyst is correlated with the average tortuosity (τ). The inner surface of the catalyst (BET surface area) correlates neither with the tortuosity nor with the deactivation. The indicated conversion represents the propane conversion at the beginning of the dehydrogenation test the decline in sales in % per hour is a measure of deactivation of the catalyst. As can be seen from the examples, the catalysts of the invention at substantially comparable BET surface area, a much lower one Deactivation opposite on the comparative catalyst.

Claims (25)

Verfahren zur Ermittlung der Tortuosität eines porösen Katalysatorträgermaterials durch Bestimmung der Selbstdiffusion D eines Gases oder einer Flüssigkeit in dem Trägermaterial und der Selbstdiffusion D0 des freien Gases bzw. der freien Flüssigkeit und Errechnung des Quotienten D/D0.Method for determining the tortuosity of a porous catalyst support material by determining the self-diffusion D of a gas or a liquid into the carrier material and the self-diffusion D 0 of the free gas and the free liquid and calculation of the ratio D / D = 0. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass (i) ein Gas oder eine Flüssigkeit, enthaltend Moleküle mit mindestens einem Atom mit nicht verschwindendem Kernspin I, in den Porenraum einer Probe des Trägermaterials eingebracht wird, (ii) ein äußeres Magnetfeld B0 am Ort der Probe des Trägermaterials erzeugt wird, (iii) durch Einstrahlung von kurzen hochfrequenten Magnetfeldimpulsen ein Spinecho der Kernspins 1 in der Probe erzeugt wird, (iv) während mehrerer kurzer Zeitintervalle δ dem externen Magnetfeld B0 ein ortsabhängiges Magnetfeld B als Feldgradientenimpuls überlagert wird, wodurch die Amplitude des beobachteten Spinechos gedämpft wird und so eine Spinechodämpfung Ψ als Funktion der Impulsdauer δ, der Intensität g und des zeitlichen Abstands Δ der Feldgradientenimpulse gemessen wird, (v) aus der Spinechodämpfung Ψ der Selbstdiffusionskoeffizient D der Gas- bzw. Flüssigkeitsteilchen in der Probe ermittelt wird, (vi) die Schritt (i) bis (v) mit einer Probe des freien Gases bzw. der freien Flüssigkeit durchgeführt werden, wobei ein Selbstdiffusionskoeffizient D0 des freien Gases bzw. der freien Flüssigkeit ermittelt wird, (vii) die Tortuositätskennzahl τ als Quotient aus dem Selbstdiffusionskoeffizient D0 der Moleküle des freien Gases bzw. der freien Flüssigkeit und dem Selbstdiffusionskoeftizient D der Moleküle des Gases bzw. der Flüssigkeit in dem Trägermaterial τ = D0/D erhalten wird.A method according to claim 1, characterized in that (i) a gas or a liquid containing molecules having at least one atom with non-vanishing nuclear spin I, is introduced into the pore space of a sample of the carrier material, (ii) an external magnetic field B 0 in place (iii) a spin echo of the nuclear spins 1 in the sample is generated by irradiation of short high-frequency magnetic field pulses, (iv) a spatially dependent magnetic field B is superposed as a field gradient pulse during a plurality of short time intervals δ the external magnetic field B 0 the amplitude of the observed spin echo is attenuated and thus a spin echo damping Ψ is measured as a function of the pulse duration δ, the intensity g and the time interval Δ of the field gradient pulses, (v) from the spin echo damping Ψ the self-diffusion coefficient D of the gas or liquid particles in the sample is determined, (vi) the Step (i) to (v) are performed with a sample of the free gas or the free liquid, wherein a self-diffusion coefficient D 0 of the free gas or the free liquid is determined, (vii) the tortuosity index τ as a quotient of the self-diffusion coefficient D 0 of the molecules of the free gas or of the free liquid and the self-diffusion coefficient D of the molecules of the gas or of the liquid in the carrier material τ = D 0 / D is obtained. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas oder die Flüssigkeit, die in Schritt (i) in den Porenraum einer Probe des Trägermaterials eingebracht wird, Wasser ist.Method according to claim 2, characterized in that that the gas or the liquid, in step (i) into the pore space of a sample of the carrier material is introduced, water is. Katalysatorträger aus einem porösen Trägermaterial mit einer Tortuositätskennzahl τ von 1,5 bis 4.catalyst support from a porous one support material with a Tortuositätskennzahl τ of 1.5 to 4. Katalysatorträger nach Anspruch 4 aus einem porösen Trägermaterial mit einer Tortuositätskennzahl τ von 1,5 bis 3.catalyst support according to claim 4 of a porous support material with a Tortuositätskennzahl τ of 1.5 to 3. Katalysatorträger nach Anspruch 5 aus einem porösen Trägermaterial mit einer Tortuositätskennzahl τ von 2 bis 3.catalyst support according to claim 5 of a porous support material with a tortuosity index τ from 2 to Third Katalysatorträger nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial ein Metalloxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zirkondioxid, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Lanthanoxid und Ceroxid, enthält.catalyst support according to one of the claims 4-6, characterized in that the carrier material is a metal oxide, selected from the group consisting of zirconia, alumina, silica, Titanium dioxide, magnesium oxide, lanthanum oxide and cerium oxide. Dehydrierkatalysator mit verbessertem Deaktivierungsverhalten, umfassend ein oder mehrere Aktivmetalle in elementarer Form und/oder oxidischer Form auf einem Katalysatorträger gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7.Dehydrogenation catalyst with improved deactivation behavior, comprising one or more active metals in elemental form and / or oxidic form on a catalyst support according to one of claims 4 to 7th Dehydrierungskatalysator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens ein Element der VIII. Nebengruppe, mindestens ein Element der I. oder II. Hauptgruppe, mindestens ein Element der III. oder IV. Hauptgruppe und mindestens ein Element der III. Nebengruppe, einschließlich der Lanthaniden und Actiniden, in elementarer Form und/oder oxidischer Form auf dem Katalysatorträger enthält.Dehydrogenation catalyst according to claim 8, characterized characterized in that it comprises at least one element of VIII. subgroup, at least one element of the I or II main group, at least one Element of the III. or IV. main group and at least one element the III. Subgroup, including the lanthanides and actinides, in elemental form and / or oxidic Mold on the catalyst support contains. Dehydrierungskatalysator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass er Platin und/oder Palladium in elementarer Form enthält.Dehydrogenation catalyst according to claim 8 or 9, characterized in that it platinum and / or palladium in elementary Contains form. Dehydrierungskatalysator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er Caesium und/oder Kalium in oxidischer Form enthält.Dehydrogenation catalyst according to one of claims 8 to 10, characterized in that it cesium and / or potassium in oxidic Contains form. Dehydrierungskatalysator nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er Lanthan und/oder Cer in oxidischer Form enthält.Dehydrogenation catalyst according to one of claims 8 to 11, characterized in that it lanthanum and / or cerium in oxidic Contains form. Dehydrierungskatalysator nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er Zinn enthält.Dehydrogenation catalyst according to one of claims 8 to 12, characterized in that it contains tin. Dehydrierungskatalysator bestehend aus einem porösen Trägerkörper und einer auf selbigem aufgebrachten Aktivmasse, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Tortuositätskennzahl τ von 1,5 bis 4 aufweist.Dehydration catalyst consisting of a porous support body and an active mass applied to the same, characterized that it has a tortuosity index τ of 1.5 to 4 has. Verfahren zur heterogen katalysierten Dehydrierung von einem oder mehreren dehydrierbaren C2-C30-Kohlenwasserstoffen in einem diese enthaltenden Reaktionsgasgemisch, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgasgemisch, welches den oder die dehydrierbaren Kohlenwasserstoffe enthält, mit einem Dehydrierungskatalysator gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14 in Kontakt gebracht wird.A process for the heterogeneously catalyzed dehydrogenation of one or more dehydrogenatable C 2 -C 30 hydrocarbons in a reaction gas mixture containing them, characterized in that the reaction gas mixture containing the dehydrogenatable hydrocarbon (s) in contact with a dehydrogenation catalyst according to any one of claims 8 to 14 is brought. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehydrierung autotherm durchgeführt wird, indem zumindest ein Teil der benötigten Dehydrierwärme in mindestens einer Reaktionszone durch Verbrennung von Wasserstoff, des oder der Edukt- und/oder Produkt-Kohlenwasserstoffe und/oder von Kohlenstoff in Gegenwart eines sauerstoffhaltigen Gases direkt in dem Reaktionsgasgemisch erzeugt wird.Method according to claim 15, characterized in that that the dehydrogenation is carried out autothermally by at least one Part of the needed dehydrogenation in at least one reaction zone by combustion of hydrogen, the educt and / or product hydrocarbons and / or of carbon in the presence of an oxygen-containing gas directly is generated in the reaction gas mixture. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der dehydrierbare Kohlenwasserstoff Propan und/oder Butan ist.A method according to claim 15 or 16, characterized in that the dehydrogenatable hydrocarbon substance is propane and / or butane. Verfahren nach Anspruch 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgasausgangsgemisch bereits dehydrierten Kohlenwasserstoff enthält.Method according to claims 15 to 17, characterized that the starting reaction gas mixture is already dehydrogenated hydrocarbon contains. Verfahren zur Ermittlung der Tortuosität eines Katalysators umfassend ein poröses Trägermaterial und eine auf dieses aufgebrachte Aktivmasse durch Bestimmung der Selbstdiffusion D eines Gases oder einer Flüssigkeit in dem Katalysator und der Selbstdiffusion D0 des freien Gases bzw. der freien Flüssigkeit und Errechnung des Quotienten D/D0.A method for determining the tortuosity of a catalyst comprising a porous support material and an active mass applied thereto by determining the self-diffusion D of a gas or a liquid in the catalyst and the self-diffusion D 0 of the free gas or the free liquid and calculating the quotient D / D 0 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass (i) ein Gas oder eine Flüssigkeit, enthaltend Moleküle mit mindestens einem Atom mit nicht verschwindendem Kernspin 1, in den Porenraum einer Probe des Katalysators eingebracht wird, (ii) ein äußeres Magnetfeld B0 am Ort der Probe des Katalysators erzeugt wird, (iii) durch Einstrahlung von kurzen hochfrequenten Magnetfeldimpulsen ein Spinecho der Kernspins I in der Probe erzeugt wird, (iv) während mehrerer kurzer Zeitintervalle δ dem externen Magnetfeld B0 ein ortsabhängiges Magnetfeld B als Feldgradientenimpuls überlagert wird, wodurch die Amplitude des beobachteten Spinechos gedämpft wird und so eine Spinechodämpfung Ψ als Funktion der Impulsdauer δ, der Intensität g und des zeitlichen Abstands Δ der Feldgradientenimpulse gemessen wird, (v) aus der Spinechodämpfung Ψ der Selbstdiffusionskoeffizient D der Gas- bzw. Flüssigkeitsteilchen in der Probe ermittelt wird, (vi) die Schritt (i) bis (v) mit einer Probe des freien Gases bzw. der freien Flüssigkeit durchgeführt werden, wobei ein Selbstdiffusionskoeffizient D0 des freien Gases bzw. der freien Flüssigkeit ermittelt wird, (vii) die Tortuositätskennzahl τ als Quotient aus dem Selbstdiffusionskoeffizient D0 der Moleküle des freien Gases bzw. der freien Flüssigkeit und dem Selbstdiffusionskoeffizient D der Moleküle des Gases bzw. der Flüssigkeit in dem Trägermaterial τ = D0/D erhalten wird.A method according to claim 1, characterized in that (i) a gas or a liquid containing molecules having at least one atom with non-disappearing nuclear spin 1 is introduced into the pore space of a sample of the catalyst, (ii) an external magnetic field B 0 in place (iii) a spin echo of the nuclear spins I in the sample is generated by irradiation of short high-frequency magnetic field pulses, (iv) a spatially dependent magnetic field B is superimposed as a field gradient pulse during a plurality of short time intervals δ the external magnetic field B 0 the amplitude of the observed spin echo is damped and a spin echo attenuation Ψ as a function of the pulse duration δ, the intensity g and the time interval Δ of the field gradient pulses is measured, (v) from the spin echo damping Ψ the self-diffusion coefficient D of the gas or liquid particles in the sample is determined, (vi) the step (i) to (v) with a sample de s free gas or the free liquid are carried out, wherein a self-diffusion coefficient D 0 of the free gas or the free liquid is determined, (vii) the Tortuositätskennzahl τ as a quotient of the self-diffusion coefficient D 0 of the molecules of the free gas or the free liquid and the self-diffusion coefficient D of the molecules of the gas or the liquid in the carrier material τ = D 0 / D is obtained. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas oder die Flüssigkeit, die in Schritt (i) in den Porenraum einer Probe des Katalysators eingebracht wird, Wasser ist.Method according to claim 2, characterized in that that the gas or the liquid, in step (i) into the pore space of a sample of the catalyst is introduced, water is. Katalysator umfassend ein poröses Trägermaterial und eine auf diese aufgebrachte Aktivmasse mit einer Tortuositätskennzahl τ von 1,5 bis 4.Catalyst comprising a porous support material and one on this applied active mass with a Tortuositätskennzahl τ of 1.5 to 4. Katalysator nach Anspruch 22 umfassend ein poröses Trägermaterial und eine auf dieses aufgebrachte Aktivmasse mit einer Tortuositätskennzahl τ von 1,5 bis 3.A catalyst according to claim 22 comprising a porous support material and an active mass applied thereto having a tortuosity index τ of 1.5 to 3. Katalysator nach Anspruch 23 umfassend ein Trägermaterial und eine auf dieses aufgebrachte Aktivmasse mit einer Tortuositätskennzahl τ von 2 bis 3.Catalyst according to claim 23 comprising a support material and an applied on this active mass having a Tortuositätskennzahl τ of 2 to Third Katalysator nach einem der Ansprüche 22-24, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial ein Metalloxid, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zirkondioxid, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Lanthanoxid und Ceroxid, enthält.Catalyst according to one of Claims 22-24, characterized that the carrier material a metal oxide selected from the group consisting of zirconia, alumina, silica, Titanium dioxide, magnesium oxide, lanthanum oxide and cerium oxide.
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