DE102009049767A1 - Process for the catalytic conversion of solid-like hydrocarbons - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur katalytischen Umsetzung von feststoffartigen Kohlenwasserstoffen, bei dem die feststoffartigen Kohlenwasserstoffe einen Mahl-, Trocken-, Primär- und Sekundärreaktionsprozess durchlaufen. Dabei sind als Mahlkörper Formkörper mit einem einen Formkörperkern bildenden Trägermaterial vorgesehen, auf dem Katalysatormaterial aufgebracht ist. Die umzusetzenden feststoffartigen Kohlenwasserstoffe und das katalytisch aktive Material, welches in Gestalt der Formkörper vorliegt, werden miteinander in Kontakt gebracht. Erfindungsgemäß laufen Mahl-, Trocken-, Primär- und Sekundärreaktionsprozess simultan ab, indem der Feststoff simultan getrocknet und gemahlen wird, eine Feststoff-Feststoffreaktion von organischem Feststoff der feststoffartigen Kohlenwasserstoffe und festem Katalysator erfolgt und austretende gasförmige oder flüssige Produkte in Sekundärreaktionen an der Katalysatoroberfläche weiter gespalten und/oder konvertiert werden. Die Erfindung dient insbesondere zur stofflichen Verwertung von Braunkohlen und/oder Biomasse und/oder Kunststoffen, wie zum Beispiel Duroplasten und Thermoplasten, und/oder Petrokoks und/oder Ölsande und/oder Ölschiefer in Veredelungsanlagen.The invention relates to a process for the catalytic conversion of solid-like hydrocarbons, in which the solid-like hydrocarbons undergo a grinding, drying, primary and secondary reaction process. In this case, shaped bodies having a body core forming a carrier material are provided as a grinding body, is applied to the catalyst material. The solid hydrocarbons to be reacted and the catalytically active material which is in the form of the shaped bodies are brought into contact with each other. According to the invention, the milling, drying, primary and secondary reaction processes are carried out simultaneously by simultaneously drying and milling the solid, solid-solid reaction of solid organic solids and solid catalyst, and leaving gaseous or liquid products in secondary reactions on the catalyst surface split and / or converted. The invention is used in particular for the recycling of lignite and / or biomass and / or plastics, such as thermosets and thermoplastics, and / or Petrokoks and / or oil sands and / or oil shale in processing plants.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur katalytischen Umsetzung von feststoffartigen Kohlenwasserstoffen, insbesondere zur stofflichen Verwertung von Braunkohlen und/oder Biomasse und/oder Kunststoffen, wie zum Beispiel Duroplasten und Thermoplasten, und/oder Petrokoks und/oder Ölsande und/oder Ölschiefer in Veredelungsanlagen.The The invention relates to a process for the catalytic conversion of solid-like hydrocarbons, in particular for the material Utilization of lignite and / or biomass and / or plastics, such as for example, thermosets and thermoplastics, and / or Petrokoks and / or oil sands and / or oil shale in refineries.
Um Braunkohle stofflich zu verwerten, wurden in der Vergangenheit vier wesentliche Wege aufgezeigt. Der erste Weg ist die Koksherstellung, bei dem unter Inertbedingungen Kokereigas, Teer und Koks anfällt. Hauptprobleme hier sind jedoch die Qualität des anfallenden Kokses und die relativ geringen Mengen an flüssigen und gasförmigen Wertprodukten, da der Prozess eine nachträgliche Inkohlung darstellt, bei dem lediglich Seitenketten der Kohlemoleküle abgetrennt werden und als Produkt anfallen. Bei der Kohleverflüssigung wird Kohle getrocknet, mit Ölen angemaischt und in einem Reaktionsprozess hydriert. Dabei wird die Kohle thermisch gespalten und die entstehenden Radikale werden mit Wasserstoff abgesättigt. Die Produktausbeute ist hier deutlich größer, doch ist die Wirtschaftlichkeit aufgrund benötigten Wasserstoffs und der komplexen Kohleaufbereitung im Vergleich zu Erdöl deutlich im Nachteil. Die bei diesem Prozess entstehenden Öle können als Flüssigprodukt zu Kraftstoff, die Restprodukte zu Koks verarbeitet werden. Die Kohlevergasung und Verwertung des Synthesegases nach Fischer-Tropsch stellt derzeit eines der interessantesten Verfahren dar. So werden in Südafrika moderne Anlagen betrieben (SASOL), um vom Rohstoff Erdöl unabhängig zu sein. Ähnliche Bestrebungen finden derzeit in China statt. Bei der Kohlevergasung wird Kohle mit Wasser und Sauerstoff zu Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Methan und Kohlendioxid (Synthesegasgleichgewicht) umgesetzt. Die anfallenden Gase können dann zum Beispiel zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen (Synthesebenzin) verwendet werden. Bei diesem Prozess handelt es sich damit um ein Verfahren, bei dem die Kohle zu kleinstmöglichen Bauteilen zerlegt und wieder neu zusammengesetzt wird. Speziell bei der Verwertung von eozänen Braunkohlen, die einen hohen Bitumen-Anteil besitzen, ist die Extraktion von Wachsen ein interessantes Verfahren, da hier aus der Braunkohle direkt Produkte mit hoher Wertschöpfung gewonnen werden können. Ein Zerlegen in kleinste Bauteile bleibt hier aus. Stattdessen nutzt man gezielt die Zusammensetzung der Kohle. Nachteilig ist, dass der Großteil der Kohle (nicht extrahierbarer Anteil) thermisch verwertet werden muss (ROMONTA). Betrachtet man die einzelnen Verfahren, so stellt man fest, dass kein Verfahren zur Verfügung steht, welches speziell die Inhaltsstoffe der eozänen Braunkohlen mit einer Ausbeute von höher als 30 Prozent stofflich nutzt. Mit der Extraktion werden weniger als 30 Prozent Wachse gewonnen; mit der Kohlevergasung, Kohleverflüssigung und Koksherstellung wird nicht auf die spezielle bitumenreiche Zusammensetzung als Wertprodukt eingegangen.Around Recycling lignite has been four in the past shown significant ways. The first way is coke making, which produces coking gas, tar and coke under inert conditions. main problems However, here are the quality of the resulting coke and the relatively small amounts of liquid and gaseous Value products, since the process is a subsequent charring represents, in which only side chains of carbon molecules be separated and incurred as a product. In coal liquefaction Coal is dried, mashed with oils and in one Hydrogenated reaction process. The coal is thermally split and the resulting radicals are saturated with hydrogen. The product yield is significantly larger here, but the economy is due to needed hydrogen and complex coal preparation compared to oil clearly at a disadvantage. The oils resulting from this process can be used as a liquid product to fuel the residual products to be processed into coke. The coal gasification and recovery of the Synthetic gas according to Fischer-Tropsch is currently one of the most interesting This is how South Africa operates modern plants (SASOL) to be independent of the raw material of petroleum. Similar Efforts are currently taking place in China. At the coal gasification becomes coal with water and oxygen to carbon monoxide, hydrogen, Methane and carbon dioxide (synthesis gas equilibrium) implemented. The resulting gases can then for example for the production of hydrocarbons (synthetic gasoline). In this Process is a process whereby the coal disassembled to smallest possible components and reassembled again becomes. Especially in the exploitation of Eocene lignites, which have a high bitumen content, is the extraction of Grow an interesting process, since here from the brown coal Direct products with high added value can be obtained can. Disassembly into the smallest components remains here. Instead, one uses targeted the composition of the coal. adversely is that most of the coal (not extractable Share) must be thermally utilized (ROMONTA). If you look at the individual procedures, it is found that no procedure is available, which specifically the ingredients the Eocene lignite with a higher yield than 30 percent uses material. With the extraction will be less gained as 30 percent waxes; with coal gasification, coal liquefaction and coke production is not limited to the special bitumen-rich composition received as value product.
Nicht
nur auf dem Gebiet der Braunkohle gibt es Bestrebungen, aus kohlenwasserstoffhaltigen
Bestandteilen Wertstoffe zu gewinnen. So wird in der
Bei dem Verfahren wird ein Katalysator aus Natriumalumosilikaten in einem Umlaufverdampfer im Kreislauf in einem hochsiedenden Kohlenwasserstoff, wie Thermoöl, Grundöl oder Bunker-C-Öl, verrührt und es werden in dem Reaktorteil unter der Destillationsanlage die Kunststoffe, Fette, Öle und andere kohlenwasserstoffhaltige Abfälle zugegeben. Der Katalysator wird dabei mit den festen Reststoffen als Abfall aus dem Reaktor ausgetragen und muss entsorgt werden. Dieses Verfahren ist jedoch für die Anwendung bei organischen Feststoffen, wie Braunkohle und Biomasse, nur bedingt geeignet und letztlich sowohl hinsichtlich der Kosten als auch der Anzahl der notwendigen Verfahrensschritte zu aufwendig.at The method is a catalyst of sodium aluminosilicates in a circulation evaporator in the circulation in a high-boiling hydrocarbon, like thermal oil, base oil or bunker C oil, stirred and it is in the reactor part under the distillation plant the plastics, fats, oils and other hydrocarbon Waste added. The catalyst is doing with the solid Residues discharged as waste from the reactor and must be disposed of become. However, this method is included with the application organic solids, such as lignite and biomass, only conditionally suitable and ultimately both in terms of cost and the Number of necessary process steps too expensive.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur stofflichen Verwertung von Feststoffen, insbesondere von Braunkohlen und/oder Biomasse und/oder Kunststoffen, wie zum Beispiel Duroplasten und Thermoplasten, und/oder Petrokoks und/oder Ölsande und/oder Ölschiefer zu entwickeln, das die besonderen Eigenschaften dieser Stoffe für eine hohe stoffliche Ausbeute an Wertprodukten nutzt. Dieses Verfahren soll mehrere Prozessschritte zu einem zusammenfassen, wobei der Katalysator von den festen Reststoffen abgetrennt, regeneriert und wiederverwendet werden kann.Of the The invention is therefore based on the object, a method for recycling of solids, in particular lignite and / or biomass and / or plastics, such as thermosets and thermoplastics, and / or petro-cokes and / or oil sands and / or oil shale that has the special properties these substances for a high material yield of value products uses. This method is intended to combine several process steps into one, wherein the catalyst is separated from the solid residues, regenerated and can be reused.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur katalytischen Umsetzung von feststoffartigen Kohlenwasserstoffen gelöst, bei dem die feststoffartigen Kohlenwasserstoffe einen Mahl-, Trocken-, Primärreaktions- und Sekundärreaktionsprozess durchlaufen, wobei als Mahlkörper Formkörper mit einem einen Formkörperkern bildenden Trägermaterial vorgesehen sind, auf dem Katalysatormaterial aufgebracht ist. Das umfasst neben der Aufbringung des Katalysators auf Trägerkörpern aus einem Trägermaterial auch die Möglichkeit, dass das Trägermaterial und Katalysatormaterial identisch und der Mahlkörper vollständig aus Katalysatormaterial geformt ist und somit das Katalysatormaterial beispielsweise in Form von Mahlkugeln vorliegt. Die umzusetzenden feststoffartigen Kohlenwasserstoffe als feste kohlenstoffhaltige Reaktanten und das katalytisch aktive Material, welches in Gestalt von vorzugsweise sphärischen Formkörpern vorliegt, bestehend aus jeweils einem Formkörperkern und dem an der Phasengrenze angebrachtem, katalytisch aktivem Material, werden bei dem Verfahren miteinander in Kontakt gebracht. Erfindungsgemäß laufen der Mahl-, der Trocken-, der Primär- und der Sekundärreaktionsprozess simultan ab, indem der Feststoff simultan getrocknet und gemahlen wird, eine Feststoff-Feststoffreaktion von organischem Feststoff der feststoffartigen Kohlenwasserstoffe und festem Katalysator erfolgt und austretende gasförmige oder flüssige Produkte in Sekundärreaktionen an der Katalysatoroberfläche weiter gespalten und/oder konvertiert werden. Der vorteilhafte simultane Ablauf von Mahl-, Trocken-, Primär- und Sekundärreaktionsprozess ist möglich, da die Mahlkörper mit dem Katalysatormaterial in allen Prozessschritten wirken. Als Sekundärreaktionen können zum Beispiel Reformierungsreaktionen, Wasserstoffübertragungsreaktionen oder durch Entschwefelungskomponenten Hydrotreating-Reaktionen zur Bildung von Schwefelwasserstoff aufgeführt werden.According to the invention, this object is achieved by a process for the catalytic conversion of solid-like hydrocarbons, in which the solid-like hydrocarbons a Mahl-, Tro undergo cken-, primary reaction and secondary reaction process, wherein as a grinding body moldings are provided with a mold body core forming carrier material, is applied to the catalyst material. In addition to the application of the catalyst to support bodies made of a carrier material, this also includes the possibility that the carrier material and catalyst material are identical and the grinding body is completely formed from catalyst material and thus the catalyst material is present, for example, in the form of grinding balls. The solid hydrocarbons to be reacted as solid carbon-containing reactants and the catalytically active material, which is in the form of preferably spherical shaped bodies, each consisting of a shaped core and attached to the phase boundary, catalytically active material are brought into contact with each other in the process. In accordance with the present invention, the milling, drying, primary and secondary reaction processes proceed simultaneously by simultaneously drying and milling the solid, solid-solid reaction of solid organic solids and solid catalyst, and exiting gaseous or liquid products in secondary reactions further split and / or converted at the catalyst surface. The advantageous simultaneous sequence of grinding, drying, primary and secondary reaction process is possible because the grinding media act with the catalyst material in all process steps. As secondary reactions, for example, reforming reactions, hydrogen transfer reactions or desulfurization components hydrotreating reactions to form hydrogen sulfide can be listed.
Vorteilhaft werden bei der Feststoff-Feststoffreaktion von organischem Feststoff, der feststoffartige Kohlenwasserstoffe enthält, mit dem festen Katalysator Teile des organischen Feststoffes mechanisch gemahlen und abgespalten.Advantageous be in the solid-solid reaction of organic solid, containing solids-like hydrocarbons, with the solid catalyst parts of the organic solid mechanically ground and split off.
Als Trägermaterialen für den Katalysator kommen alle Werkstoffe in Frage, wie zum Beispiel Glas, Stahl und Keramik. Als Katalysatormaterial können sowohl Feststoffsäuren als auch Feststoffbasen oder beides zusammen verwendet werden. Besonders bevorzugt wird als Mahlkörper katalytisch aktives Verbundmaterial verwendet, das aus einem Formkörper besteht, der jeweils einen Formkörperkern aus einem Trägermaterial und mindestens eine katalytisch aktive Schicht aufweist, welche Zeolith-Materialien beziehungsweise zeolithbasierte Materialien enthält. Dabei kann die katalytisch aktive Schicht einerseits als geschlossene Schicht vorliegen, andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, dass nur Teilbereiche des Formkörperkerns mit der katalytisch aktiven Schicht versehen werden.When Support materials for the catalyst are all Materials in question, such as glass, steel and ceramics. When Catalyst material can be both solid acids as well as solid bases or both can be used together. Especially The preferred media is a catalytically active composite material used, which consists of a shaped body, respectively a shaped body core of a carrier material and at least one catalytically active layer which Zeolite materials or zeolite-based materials contains. In this case, the catalytically active layer on the one hand exist as a closed layer, on the other hand, but also exists the possibility that only parts of the mold core be provided with the catalytically active layer.
Der Formkörperkern besteht vorzugsweise aus einem metallischen oder keramischen Trägermaterial oder einem Gemisch aus beidem. Der Formkörperkern kann auch aus Glas, zum Beispiel in Form von Glaskugeln, bestehen. Die mindestens eine katalytisch aktive Schicht besteht bevorzugt aus einem aciden Zeolith oder aciden zeolithbasierten Materialien. In einer Ausführungsvariante enthält die katalytisch aktive Schicht neben den zeolithbasierten Materialien weitere Katalysatorkomponenten, die zur Steuerung der Sekundärreaktionen aufgebracht sind, insbesondere Hydrotreatingkatalysatoren oder Reformierkatalysatoren.Of the Shaped core preferably consists of a metallic or ceramic carrier material or a mixture of in which. The molded core may also be made of glass, for example in the form of glass balls. The at least one catalytic active layer is preferably an acidic zeolite or acidic zeolite-based materials. In a variant contains the catalytically active layer next to the zeolite-based Materials include other catalyst components used to control the Secondary reactions are applied, in particular hydrotreating catalysts or reforming catalysts.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Trägermaterial dicht ausgebildet. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Trägermaterial jedoch porös, bevorzugt makroporös, ausgebildet. Der Vorteil der porösen Ausbildung des Trägermaterials besteht darin, dass der Trägerkörper beziehungsweise der Formkörperkern Vertiefungen aufweist, wodurch die Abrasion des in den Vertiefungen sitzenden Katalysators vermindert wird, da der Katalysator in den Vertiefungen bei Mahlkörperkontakten unberührt bleibt.In An embodiment of the invention is the carrier material tightly formed. In a particularly advantageous embodiment However, according to the invention, the carrier material is porous, preferably macroporous, formed. The advantage of the porous Forming the carrier material is that the Carrier body or the shaped body core Having depressions, whereby the abrasion of the in the wells sitting catalyst is reduced because the catalyst in the Wells remain untouched at Mahlkörperkontakten.
Das Aufbringen der katalytisch aktiven zeolithischen beziehungsweise zeolithbasierten Schicht, bestehend aus Zeolithtypen wie FAU, LTA, MFI im Einzelnen oder deren Mischungen, kann durch verschiedene Verfahren, wie zum Beispiel das sogenannte Coating (Dipp-, Slurry- oder Spin-Coating), oder aber durch Aufkristallisation auf der externen Trägeroberfläche erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt das Aufbringen der katalytisch aktiven Schicht, indem
- a) eine Reaktionsmischung angefertigt wird, die eine molare Zusammensetzung von a1Na2O:a2K2O:bAl2O3:10SiO2:1500H2O, wobei a1 + a2 = 90, a1 = 9 oder 20 und b = 0,125 bis 3 aufweist,
- b) das unbeschichtete Trägermaterial des Formkörperkerns in die Reaktionsmischung gelegt wird,
- c) das Trägermaterial in der Reaktionsmischung evakuiert wird, so dass das Trägermaterial vollständig von Reaktionsmischung umgeben ist,
- d) in einem Kristallisationsschritt der Zeolith auf der Oberfläche des Trägermaterials synthetisiert wird und
- e) eine Produktentnahme erfolgt.
- a) a reaction mixture is prepared which has a molar composition of a 1 Na 2 O: a 2 K 2 O: bAl 2 O 3 : 10SiO 2 : 1500H 2 O, where a 1 + a 2 = 90, a 1 = 9 or 20 and b = 0.125 to 3,
- b) the uncoated carrier material of the shaped body core is placed in the reaction mixture,
- c) the carrier material is evacuated in the reaction mixture, so that the carrier material is completely surrounded by reaction mixture,
- d) in a crystallization step, the zeolite is synthesized on the surface of the support material, and
- e) a product removal takes place.
Bevorzugt ist für a1 ein Wert im Bereich zwischen 60 bis 85 und für b ein Bereich von 1 bis 2,5 vorgesehen. Besonders bevorzugt ist für a1 ein Wert von 70 und für b ein Wert von 1,6 vorgesehen.For a 1, a value in the range between 60 to 85 and for b a range from 1 to 2.5 is preferred see. Particular preference is given to a value of 70 for a 1 and a value of 1.6 for b.
Die Mahlkörper können verschiedenartig, zum Beispiel kugelförmig, zylinderförmig oder als Ovale, ausgebildet sein. Aufgrund der Ausbildung des Katalysators als Einheit von Mahlkörper und Katalysatormaterial besteht die Möglichkeit, den Katalysator vorteilhaft im Kreislauf zu führen. Die Trennung der Reaktionsprodukte erfolgt in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens in einem Abscheider ohne zusätzlichen Einsatz von Stoffen. Zur Steuerung der Primär- und Sekundärreaktionen können vorteilhaft Inert- oder Reaktionsgase, insbesondere Wasserdampf und/oder Methanol und/oder Wasserstoff, verwendet werden.The Grinding media can be varied, for example spherical, cylindrical or oval be. Due to the formation of the catalyst as a unit of grinding media and catalyst material is possible, the catalyst advantageous to lead in the circulation. The separation of the reaction products takes place in an advantageous embodiment of the method in one Separator without additional use of substances. For controlling the primary and secondary reactions can advantageous inert or reactive gases, in particular water vapor and / or methanol and / or hydrogen.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:Further Details, features and advantages of the invention will become apparent the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend näher am Beispiel der stofflichen Verwertung von eozänen Braunkohlen erläutert werden, ohne die Erfindung darauf einzuschränken.The inventive method will be described in more detail below the example of the recycling of Eocene lignite be explained without limiting the invention thereto.
Um die Grundidee des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verdeutlichen, soll eine Parallele zur Erdölaufarbeitung gezogen werden. Bei der Erdölaufarbeitung wurde erreicht, dass mit Hilfe von Katalysatoren die schwer siedenden Bestandteile in leicht siedende Bestandteile gespalten (gecrackt) werden, so dass eine höhere Ausbeute an Grundstoffen für die chemische Industrie und für Kraftstoffe gewonnen werden konnten. Das katalytische Cracken (FCC) bzw. das Hydro-Cracken löste das bislang übliche Verfahren der thermischen Spaltung ab. Auf dem Kohlesektor ist die Entwicklung beim thermischen Cracken (Kohleverflüssigung) stehen geblieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass der Einsatz von Crack-Katalysatoren zu einer ähnlichen Entwicklung wie beim Erdöl-Cracken führen kann. Verschiedene Untersuchungen stellten zwar eine katalytische Wirkung bei der Kohlevergasung fest, doch hinsichtlich einer Spaltung unter Inertbedingungen oder milden Reaktivbedingungen (unter Wasserstoff, Methanol, aber keinem beziehungsweise einem geringen Anteil Sauerstoff) mit dem Ziel einer stofflichen Verwertung liegen keine industriell tauglichen Ergebnisse vor. Dies liegt an dem Problem, dass die katalytisch aktive Substanz Kohlebestandteile spaltet, dann aber inaktiv auf den Reststoffen zurückbleibt, so dass der Kontakt zu weiterem spaltfähigem Material verwährt wird. Bei einem Verfahren zum katalytischen Spalten von Braunkohlen soll daher auf die Erneuerung der Grenzfläche Kohle/Katalysator eingegangen werden. Die stoffliche Verwertung von Braunkohlen und/oder Biomasse und/oder Kunststoffen, wie zum Beispiel Duroplasten und Thermoplasten, und/oder Petrokoks und/oder Ölsande und/oder Ölschiefer auf der Basis der katalytischen Spaltung und unter der Verwendung geeigneter Reaktions- beziehungsweise Inertgase als Atmosphäre ist Gegenstand des Verfahrens. Da gerade Braunkohle einen geringen Inkohlungsgrad und damit lediglich ein- bis zweifach kondensierte Aromaten mit viel aliphatischen Resten aufweist, ist eine hohe Produktausbeute zu erwarten. Steinkohle hingegen, die einen höheren Inkohlungsgrad aufweist, ist schwerer spaltbar. Das Verfahren kann von der Braunkohle auf nachwachsende Rohstoffe und das Recycling von Kunststoffen, Petrokoksbestandteilen und/oder Ölsandbestandteilen und/oder Ölschieferbestandteilen übertragen werden, da auch hier Material mit einem relativ geringen Inkohlungsgrad (zum Beispiel HC-Verhältnis > 0,8) vorliegt.Around the basic idea of the method according to the invention to clarify, should be a parallel to crude oil processing to be pulled. In the oil refurbishment was achieved that with the help of catalysts, the heavy boiling components be split (cracked) into low-boiling constituents, so that a higher yield of raw materials for the chemical industry and for fuels could. Catalytic cracking (FCC) or hydrocracking dissolved the hitherto customary method of thermal cleavage from. On the coal sector is the development of thermal cracking (Coal liquefaction) have stopped. However, it is obvious that the use of cracking catalysts to a similar Development as in petroleum cracking can lead. Although various studies have a catalytic effect at the coal gasification, but in terms of a split under Inert conditions or mild reactive conditions (under hydrogen, Methanol, but no or a small proportion of oxygen) with the aim of a material recycling are none industrially suitable results. This is due to the problem that the catalytic active substance carbon components splits, but then inactive the residual material remains, so that the contact to further fissile material is prevented. At a Process for the catalytic cracking of lignite should therefore on renewal of the carbon / catalyst interface become. The recycling of lignite and / or biomass and / or plastics, such as thermosets and thermoplastics, and / or Petrokoks and / or oil sands and / or oil shale based on catalytic cleavage and using suitable reaction or inert gases as the atmosphere is the subject of the proceedings. As just brown coal a low level of coalification and thus only one to two times condensed aromatics with has many aliphatic radicals, is a high product yield expected. Hard coal, on the other hand, which has a higher degree of coalification, is more difficult to split. The process can start from the lignite Renewable raw materials and the recycling of plastics, Petrokoksbestandteilen and / or oil sand constituents and / or oil shale constituents Here, too, material with a relatively low level of coalification (For example, HC ratio> 0.8) is present.
Das Funktionsprinzip ist analog dem des katalytischen Crackens von Erdöl. Da Kohle im Gegensatz zu Erdöl einen Feststoff darstellt, muss jedoch ein anderes, neuartiges Reaktorkonzept gewählt werden. Folgende Aufgaben müssen beim Verfahren gelöst werden: Pyrolyseprozess
- a) Betrieb unter Inert- beziehungsweise Reaktionsgasbedingungen (Stickstoff, Methanol, Wasserstoff),
- b) Förderung von Feststoffen im Reaktor (kontinuierlicher Betrieb),
- c) stetige Erneuerung der Kontaktfläche Kohle/Katalysator (simultaner Mahlprozess),
- d) Zerkleinerung des Feststoffs,
- e) Abtrennung des Wassers aus dem Koks,
- f) Abtrennung der Produkte,
- g) mögliche Abtrennung Restkoks/Katalysator über ein Sieb (zum Beispiel Rollensieb am Reaktorende, gekoppelt mit dem Drehrohr) und
- h) mögliche Vortrocknung der Kohle in einem vorgelagerten Drehrohrofen ohne Katalysator, der gegebenenfalls ebenfalls an den Antrieb des Reaktors gekoppelt ist.
- a) operation under inert or reaction gas conditions (nitrogen, methanol, hydrogen),
- b) conveying of solids in the reactor (continuous operation),
- c) continuous renewal of the contact surface coal / catalyst (simultaneous grinding process),
- d) comminution of the solid,
- e) separation of the water from the coke,
- f) separation of the products,
- g) possible separation of residual coke / catalyst via a screen (for example, roller screen at the reactor end, coupled with the rotary tube) and
- h) possible pre-drying of the coal in an upstream rotary kiln without catalyst, which is optionally also coupled to the drive of the reactor.
Als
Reaktor, der diesen Bedingungen gerecht wird, bietet sich zum einen
ein Wirbelschichtreaktor, ein Kugel-Mühlen-Reaktor, ein
Drehrohrofen (mit Mahlkugeln) oder ein Kugelkreislaufreaktor an.
Die Varianten zeichnen sich hinsichtlich ihrer zusätzlichen
mechanischen Kontaktierungen und durch Mischung von Katalysator
(ist auf den Kugeln aufgebracht) und Kohle sowie der leichten Abtrennung
beider Feststoffe aus. Eine Prinzipdarstellung eines Drehrohrreaktors
mit innerer Schnecke ist in
Einfluss des Reaktionsgases auf die PyrolyseInfluence of the reaction gas on the pyrolysis
Aus
der Literatur ist bekannt, dass das Reaktionsgas einen entscheidenden
Einfluss auf die Umsetzung von Kohle besitzt. Das bedeutet, dass – analog
zum reinen Pyrolyseprozess unter Inertgasatmosphäre – der
Einfluss der Reaktionsatmosphäre auf die Ausbeute an Wertprodukt
einen deutlichen Einfluss hat. Als mögliche Gase können
zum Beispiel Wasserdampf, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Methanol
dienen. Sekundärreaktionen (wie Crackprozesse der austretenden
flüchtigen Stoffe, Isomerisierungen und Alkylierungen und
so weiter) können zu einem olefinreicheren und verzweigtkettigeren
Produktspektrum beitragen (höhere Oktanzahl). Der Braunkohlenteer
wird damit simultan zu der Primärspaltung zu niedermolekularen
höherwertigen Produkten umgesetzt. Prozesswasser vermindert
bei der Reaktion die Desaktivierung (Koksbildung) und führt
nach einer Kondensation zu einer Trennung der wasserlöslichen,
der wasserunlöslichen und der Gasprodukte. Der eingesetzte
Rohstoff muss damit nicht vollständig getrocknet werden,
wodurch Energie eingespart wird. Der Trennungsaufwand wird durch
die Dreiphasentrennung vermindert. Der Einsatz eines externen zusätzlichen
Trennmittels kann entfallen. Der Reaktor kann als Energiezufuhr
(die Spaltung läuft endotherm ab) die Regeneration der
Katalysatorkugeln nutzen. Dabei wird der Koks, der entweder auf
und in den Katalysatormahlkörpern vorhanden ist, oder der
gebildete Koks, der als Feststoff mit den Katalysatormahlkörpern
als feiner Feststoff aus dem Reaktor ausgetragen wird, in einem
Regenerator verbrannt. Idealerweise wird der Reaktor dadurch autotherm
betrieben. Eine Regelung, bei der entsprechend der autothermen Fahrweise
viel Koks in den Reaktor zugeführt wird, ist vorzusehen
(Regenerator ist oben nicht eingezeichnet). Eine Beheizung kann
alternativ auch über eine Verbrennung der Pyrolysegase,
aber auch extern über Erdgas und -öl erfolgen.
Als Produkte fallen beim Einsatz von bitumenreicher Braunkohle vor
allem Kohlenwasserstoffe im Bereich C1 bis C8 und Koks an, wie in
den Tabellen 1 und 2 gezeigt wird, wobei in Tabelle 1 die Stoffanteile
der Produkte bei eingesetzter Braunkohle ohne Katalysator und in
Tabelle 2 die Produkte bei eingesetzter Braunkohle mit Katalysator
jeweils unter Inertbedingungen dargestellt sind. Tabelle 1: Stoffanteil der Produkte bei
eingesetzter Braunkohle ohne Katalysator unter Inertbedingungen
Die Produkte entstehen entweder durch die Primär- und Sekundärreaktionen. Weiterhin entstehen sauerstoffhaltige Verbindungen, wie Phenole und Cresole, wie aus Tabelle 2 entnommen werden kann. Damit liegen wasserlösliche sauerstoffhaltige Verbindungen und reine Kohlenwasserstoffe und Koks als Nebenprodukt nebeneinander vor. Dies entspricht einer Disproportionierung der Kohle. Wird der Koks für weitere Schritte verwendet, so weist dieser durch den Crackprozess eine geringe Restfeuchte und aufgrund des kombinierten Mahlprozesses eine feinkörnige Struktur auf, so dass er unter anderem direkt bei der Flugstaubwolkenvergasung zu Synthesegas oder zur energetischen Nutzung weiter verwendet werden kann. Eine spezielle Aufarbeitung kann entfallen.The Products are produced either by the primary and secondary reactions. Furthermore, oxygen-containing compounds, such as phenols, are formed and cresols, as can be seen from Table 2. That lie water-soluble oxygenated compounds and pure Hydrocarbons and coke by-product side by side. This corresponds to a disproportionation of the coal. Will the coke used for further steps, this points through the Cracking a low residual moisture and due to the combined milling process a fine-grained structure on, so he among other things directly at the flue gas cloud gasification to syngas or to energetic use can continue to be used. A special one Workup can be omitted.
Das beschriebene Verfahren weist damit neben einer hohen Ausbeute an Reaktionsprodukten bei der katalytischen Umsetzung von feststoffartigen Kohlenwasserstoffen viele weitere Vorteile auf. Die Prozessschritte (Mahlen, primäres Cracken, Sekundärreaktionen, Trocknen) laufen kombiniert in einem Reaktor ab. Die Reaktionsprodukte können leicht in Grobfraktionen aufgetrennt werden. Der Einsatz von teurem Wasserstoff (wie bei der Kohlehydrierung nach Bergius-Pier) kann entfallen. Separat ablaufende Arbeitsschritte für die Kohleaufbereitung, für die Vergasung oder Verbrennung können durch dieses Verfahren ersetzt werden, da verarbeitungsfähiger Pyrolysekoks anfällt. Damit kann ein wirtschaftlicher Erfolg durch die Generierung von Wertprodukten, aber auch durch das simultane, nebenbei ablaufende Aufbereiten der Kohle zu energetisch höherwertigem Koks generiert werden.The described method thus indicates in addition to a high yield Reaction products in the catalytic conversion of solid-like Hydrocarbons have many more benefits. The process steps (Grinding, primary cracking, secondary reactions, Drying) run combined in a reactor. The reaction products can be easily separated into coarse fractions. Of the Use of expensive hydrogen (as in the coal hydrogenation after Bergius Pier) can be omitted. Separate process steps for coal processing, for gasification or Combustion can be replaced by this method, since processable pyrolysis coke is obtained. This can be an economic success through the generation of value-added products, but also by the simultaneous, incidental processing of the Coal can be generated to higher energy coke.
Katalysatorentwicklungcatalyst development
Eigene Untersuchungen haben gezeigt, dass mit Hilfe eines sauren Katalysators (anlog zum Cracken von Erdöl) eine geringere Zersetzungstemperatur erreicht werden kann. Die Crackkatalysatoren müssen bezüglich ihrer Katalysatoreigenschaften auf die entsprechende Braunkohle und/oder Biomasse und/oder die entsprechenden Kunststoffe (wie zum Beispiel Duroplasten und Thermoplasten) und/oder Petrokoks und/oder Ölsande und/oder Ölschiefer abgestimmt werden. Wie bereits im Zusammenhang mit dem Pyrolyseprozess erläutert, muss der Katalysator von der Restkohle beziehungsweise den festen Rückständen abgetrennt werden. Dazu empfiehlt es sich, dass der Katalysator auf Kugeln beziehungsweise Mahlkörpern aufgebracht wird, die dann am Ende des Reaktors regeneriert und zurück in den Reaktor geführt werden können (Kugelkreislauf). Der Katalysator kann neben den sauren und/oder basischen Gruppen auch katalysierende Metalle und/oder Metalloxide oder andere katalytisch aktive Substanzen aufweisen. Die Porengeometrie, Morphologie und Elementverteilung in der Katalysatorschicht und den Kristalliten, kann entsprechend den Bedürfnissen angepasst werden. Als Katalysatorträgermaterialen kommen alle Werkstoffe in Frage (zum Beispiel Glas, Stahl, Keramik). Randbedingung ist, dass diese bei der Regeneration beständig gegen eine Temperatur von größer als 350°C unter Wassereinfluss sind. Eine mehrschichtige Aufbringung von unterschiedlichen Schichten mit unterschiedlichen Eigenschaften auf dem Trägermaterial kann erfolgen (Primärschicht, Katalysatorschicht 1, Katalysatorschicht 2 und so weiter). Neben kugelförmigen Trägern können auch andere Formen verwendet werden, zum Beispiel Zylinder, Ovale und so weiter. Die Kugelgröße sollte dem Reaktortyp angepasst sein (Drehrohrofen mit Mahlkörpern ca. 0,1 bis 15 Zentimeter, Kugelmühlenreaktor ca. 0,1 bis 10 Millimeter, Wirbelschichtreaktor 0,05 bis 0,15 Millimeter). Die Trägerkörper können Vertiefunge aufweisen (0–50%, vorzugsweise 1–20% des Trägerkörperdurchmessers), so dass die Abrasion vermindert wird, da der Katalysator in den Vertiefungen unberührt bei Kugelkontakten bleibt (Golfball).Our own investigations have shown that with the help of an acidic catalyst (analogous to the cracking of petroleum) a lower decomposition temperature can be achieved. The cracking catalysts must be matched in terms of their catalyst properties to the corresponding lignite and / or biomass and / or the corresponding plastics (such as thermosets and thermoplastics) and / or Petrokoks and / or oil sands and / or oil shale. As already explained in connection with the pyrolysis process, the catalyst must be separated from the residual coal or the solid residues. For this purpose, it is recommended that the catalyst is applied to balls or grinding media, which can then be regenerated at the end of the reactor and fed back into the reactor (ball circulation). In addition to the acidic and / or basic groups, the catalyst may also be catalyzing metals and / or metal oxides or other catalytically active substances. The pore geometry, morphology and element distribution in the catalyst layer and the crystallites can be adjusted according to needs. Suitable catalyst support materials are all materials (for example glass, steel, ceramics). The boundary condition is that they are resistant to a temperature greater than 350 ° C under water during regeneration. A multilayer application of different layers with different properties on the carrier material can take place (primary layer, catalyst layer 1, catalyst layer 2 and so on). In addition to spherical supports, other shapes may also be used, for example cylinders, ovals and so on. The ball size should be adapted to the reactor type (rotary kiln with grinding media about 0.1 to 15 centimeters, ball mill reactor about 0.1 to 10 millimeters, fluidized bed reactor 0.05 to 0.15 millimeters). The carrier bodies may have depressions (0-50%, preferably 1-20% of the carrier body diameter), so that the abrasion is reduced since the catalyst in the depressions remains untouched by ball contacts (golf ball).
Besonders geeignet als Mahlkörper sind die im Folgenden beschriebenen katalytisch wirkenden sphärischen Körper, die unter anderem auch zur Umsetzung von festen Materialien geeignet sind. Üblicherweise werden in der Heterogenenkatalyse Materialien eingesetzt, bei denen Katalysatoren und reagierende Medien in verschiedenen Phasen, zum Beispiel wenn der Katalysator fest und die Reaktanten in einer fluiden Phase, üblicherweise als Gas, vorliegen. So werden auch Zeolithe als feste Materialien sowohl als acide oder basische Katalysatoren in vielen Reaktionen eingesetzt. Diese Zeolithe besitzen aktive Zentren, die an das Aluminium des Zeolith-Netzwerkes gebunden sind. Zeolithe bestehen aus einer mikroporösen Gerüststruktur, die aus AlO4- und SiO4-Tetraedern aufgebaut ist. Dabei sind die Aluminium- und Siliziumatome untereinander über Sauerstoffatome verbunden. Je nach Strukturtyp ergibt sich dadurch eine Struktur aus gleichförmigen Poren und/oder Kanälen, in denen Stoffe adsorbiert/katalysiert werden können. Diese Zentren sind nach der Hydrothermalsynthese des Zeoliths meist von einem Natriumion belegt. Das Natrium wird später beispielsweise gegen Ammonium ausgetauscht, welches anschließend durch Kalzinierung entfernt wird, so dass Lewis- und Brönstedtsäuren gebildet werden, die wiederum durch andere Kationen ausgetauscht werden können, insbesondere mit solchen, die über katalytische Wirkungen verfügen. Üblicherweise fallen die Zeolithe in der Synthese als feinkristalline Pulver an, die weder in Gas/Fest- noch in Fest/Fest-Reaktionen eingesetzt werden können, da hohe Druckverluste beziehungsweise eine Trennung des Katalysators von den Reaktanten nur schwer möglich ist. Um bei Adsorptions-/Katalyseschritten einen hohen Druckverlust in einer Katalysatorschicht zu vermeiden, werden die Zeolithe durch Formgebungsprozesse in größere geometrische Körperpellets, Stränge und Monolithe umgewandelt. Um jedoch in Fest/Fest-Reaktionen eingesetzt werden zu können, müssen die Zeolithe über eine genügende Festigkeit verfügen. Wünschenswert in Bezug auf die vorliegende Erfindung wären auch noch weitere Eigenschaften, so zum Beispiel eine Mahl- oder Mischwirkung, die eine Fest/Fest-Reaktion befördern könnte. Als Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung wird ein Material bereitgestellt, das durch die spezielle Anordnung und den Verbund des Katalysators mit einem geeigneten Träger sowohl die katalytische Funktion übernehmen kann, gut abtrennbar ist und noch eine unterstützende Funktion für den Mahl- und Mischeffekt der reagierenden Stoffe hat. Die Produkte können dabei auch als Gas oder Flüssigkeit anfallen. Beispiele für derartige Formkörper wären acide Zeolithe oder acide zeolithische Materialien auf keramischen oder metallischen Formkörpern beziehungsweise Gemischen davon, die dicht oder auch porös, vorzugsweise makroporös, sein können. Das Aufbringen kann durch verschiedene Verfahren, wie zum Beispiel das sogenannte Coating (Dipp-, Slurry- oder Spin-Coating), oder aber durch Aufkristallisation auf der externen Oberfläche erfolgen.Particularly suitable as grinding media are the catalytically active spherical bodies described below, which are also suitable, inter alia, for the reaction of solid materials. Usually, in heterogeneous catalysis, materials are used in which catalysts and reacting media are in different phases, for example when the catalyst is solid and the reactants are in a fluid phase, usually as a gas. Thus, zeolites are also used as solid materials both as acidic or basic catalysts in many reactions. These zeolites have active sites attached to the aluminum of the zeolite network. Zeolites consist of a microporous framework structure composed of AlO 4 and SiO 4 tetrahedra. The aluminum and silicon atoms are connected to one another via oxygen atoms. Depending on the type of structure, this results in a structure of uniform pores and / or channels in which substances can be adsorbed / catalyzed. These centers are mostly occupied by a sodium ion after the hydrothermal synthesis of the zeolite. The sodium is later exchanged, for example, with ammonium, which is subsequently removed by calcining to form Lewis and Brönsted acids, which in turn can be exchanged with other cations, especially those having catalytic effects. The zeolites usually form in the synthesis as finely crystalline powders, which can be used neither in gas / solid nor in solid / solid reactions, since high pressure losses or separation of the catalyst from the reactants is difficult. In order to avoid high pressure loss in a catalyst layer during adsorption / catalysis steps, the zeolites are transformed by shaping processes into larger geometric body pellets, strands and monoliths. However, in order to be used in solid / solid reactions, the zeolites must have sufficient strength. Desirable with respect to the present invention would also be other properties, such as a milling or mixing action, that could promote a solid / solid reaction. As an embodiment of the present invention, a material is provided, which can take over both the catalytic function by the special arrangement and the combination of the catalyst with a suitable carrier, is easily separable and still has a supporting function for the grinding and mixing effect of the reactants , The products can also be produced as gas or liquid. Examples of such shaped bodies would be acidic zeolites or acidic zeolitic materials on ceramic or metallic moldings or mixtures thereof, which may be dense or porous, preferably macroporous. The application can be carried out by various methods, such as the so-called coating (dipping, slurry or spin-coating), or by recrystallization on the external surface.
Das
Schema in
Hergestellt
werden die Verbundmaterialien, bestehend aus keramischen Trägerkörpern
mit FAU-Zeolith (Typ X und/oder Typ Y) und/oder Zeolith Typ A und/oder
Typ P-Schicht, indem eine Reaktionsmischung mit der molaren Zusammensetzung
im Allgemeinen von aMe2O:bAl2O3:cSiO2:dH2O hergestellt wird, wobei „Me” Alkalimetallkationen
darstellen, bevorzugt Natrium und/oder Kalium, und wobei
a
eine Zahl im Bereich von 0,8 bis 150,
b eine Zahl im Bereich
von 0,125 bis 3,
c eine Zahl im Bereich von 1,3 bis 20 und
d
eine Zahl im Bereich von 0 bis 3000 ist.The scheme in
The composite materials consisting of ceramic support bodies with FAU zeolite (type X and / or type Y) and / or zeolite type A and / or type P layer are prepared by reacting a reaction mixture having the molar composition generally of aMe 2 O: bAl 2 O 3 : cSiO 2 : dH 2 O where "Me" represents alkali metal cations, preferably sodium and / or potassium, and wherein
a is a number in the range of 0.8 to 150,
b is a number in the range of 0.125 to 3,
c is a number in the range of 1.3 to 20 and
d is a number in the range of 0 to 3000.
Die bevorzugten Bereiche der molaren Zusammensetzung sind für eine allgemeine Schreibweise: a1Na2O:a2K2O:bAl2O3:cSiO2:dH2O aufgeführt.The preferred ranges of the molar composition are for a general notation: a 1 Na 2 O: a 2 K 2 O: bAl 2 O 3 : cSiO 2 : dH 2 O listed.
Aus
den Rohstoffen wird eine Reaktionsmischung angefertigt und die unbeschichteten
keramischen Trägerkörper werden anschließend
in die Lösung eingetaucht. Die Chemikalien für
die Reaktionsmischung sind Natronwasserglas, Natriumhydroxid und
Kaliumhydroxid sowie Wasser. Die Tabelle 3 zeigt die Bereiche der
Reaktionsmischungszusammensetzung für eine allgemeine Schreibweise:
a1Na2O:a2K2O:bAl2O3:cSiO2:dH2O: Tabelle 3: Bereiche der Reaktionsmischungszusammensetzung
a 1 Na 2 O: a 2 K 2 O: bAl 2 O 3 : cSiO 2 : dH 2 O: Table 3: Areas of the Reaction Mixture Composition
Mit
einer Einwaage von einem Gramm Trägermaterial auf 26,8
Gramm Reaktionsmischung werden die Verbundmaterialien in die Lösung
gelegt und für 15 Minuten evakuiert, so dass das Material
vollständig von Lösung umgeben ist. Anschließend
wird in einem abgeschlossenen Teflon-Gefäß bei
80°C für 80 Stunden eine Zeolithschicht-FAU-Struktur
(Faujasit) direkt auf der Oberfläche der Schaumkörper
synthetisiert. In
In einer bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt das Aufbringen der katalytisch aktiven Schicht, indem
- a) eine Reaktionsmischung angefertigt wird, die eine molare Zusammensetzung von a1Na2O:a2K2O:bAl2O3:cSiO2:dH2O hat, wobei a1 = 70; a2 = 20; b = 1,6; c = 10 und d = 1500 ist,
- b) das unbeschichtete Trägermaterial des Formkörperkerns in die Reaktionsmischung gelegt wird,
- c) das Trägermaterial in der Reaktionsmischung evakuiert wird, so dass das Trägermaterial vollständig von Reaktionsmischung umgeben ist,
- d) in einem Kristallisationsschritt der Zeolith auf der Oberfläche des Trägermaterials synthetisiert wird und
- e) eine Produktentnahme erfolgt.
- a) a reaction mixture is prepared which has a molar composition of a 1 Na 2 O: a 2 K 2 O: bAl 2 O 3 : cSiO 2 : dH 2 O, where a 1 = 70; a 2 = 20; b = 1.6; c = 10 and d = 1500,
- b) the uncoated carrier material of the shaped body core is placed in the reaction mixture,
- c) the carrier material is evacuated in the reaction mixture, so that the carrier material is completely surrounded by reaction mixture,
- d) in a crystallization step, the zeolite is synthesized on the surface of the support material, and
- e) a product removal takes place.
Bevorzugt
ist für a1 ein Wert im Bereich
zwischen 60 bis 85 und für b ein Bereich von 1 bis 2,5
vorgesehen. Besonders bevorzugt ist für a1 ein
Wert von 70 und für b ein Wert von 1,6 vorgesehen. Die
Röntgendiffraktogramme in
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel betrifft eine katalytisch
aktive, templathaltige Zeolithschicht. Diese weitere bevorzugte
Ausführungsvariante erfolgt durch Aufbringung einer katalytischen
Schicht in Gegenwart eines Strukturdirektors, Structure Directing
Agent (SDA), der für die Ausbildung der Poren maßgeblich
verantwortlich ist. Die dabei verwendete Synthesemischung hat folgende
Zusammensetzung:
uNa2O:vB2O3:wAl2O3:xSiO2:ySDA:zH2O, wobei
u
eine Zahl im Bereich 0–100,
v eine Zahl im Bereich
0–10,
w eine Zahl im Bereich 0–100,
x
eine Zahl im Bereich 0–100,
y eine Zahl im Bereich
0–106 und
z eine Zahl im Bereich
0,1–108 ist,
wobei die molaren
Bereiche der Edukte in Tabelle 4 angegeben sind und ein Strukturdirektor
(SDA) die Art des Templats darstellt, bevorzugt Tetrapropylammoniumhydroxid
(TPAOH) und/oder Tetrapropylammoniumbromid (TPABr) und/oderTetraethylammoniumhydroxid
(TEAOH) oder ein anderes SDA entsprechend der gewünschten
Strukturtypen.Another embodiment relates to a catalytically active, templathaltige zeolite layer. This further preferred embodiment is carried out by applying a catalytic layer in the presence of a structure director, Structure Directing Agent (SDA), which is largely responsible for the formation of the pores. The synthesis mixture used has the following composition:
uNa 2 O: vB 2 O 3 : wAl 2 O 3 : xSiO 2 : ySDA: zH 2 O, where
u is a number in the range 0-100,
v is a number in the range 0-10,
w is a number in the range 0-100,
x a number in the range 0-100,
y is a number in the range 0-10 6 and
z is a number in the range 0.1-10 8 ,
wherein the molar regions of the starting materials are given in Table 4 and a structure director (SDA) represents the type of template, preferably tetrapropylammonium hydroxide (TPAOH) and / or tetrapropylammonium bromide (TPABr) and / or tetraethylammonium hydroxide (TEAOH) or another SDA according to the desired structure types.
Die
Tabelle 4 zeigt die bevorzugten Bereiche der Reaktionsmischungszusammensetzung: Tabelle 4: Bereiche der Reaktionsmischungszusammensetzung
In einer bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt das Aufbringen der katalytisch aktiven Schicht, indem
- a) eine Reaktionsmischung angefertigt wird, die eine molare Zusammensetzung von uNa2O:vB2O3:wAl2O3:xSiO2:ySDA:zH2O mit u = 9; v = 4; w = 1; x = 72; y = 117; z = 2726 ist,
- b) die
Synthesemischung mit 0–100 Umdrehungen pro Minunte gerührt wird, dieAlterungszeit beträgt 0–48 Stunden, vorzugsweise 24 Stunden, - c) das Trägermaterial des Formkörperkerns in die Reaktionsmischung gelegt wird,
- d) das Trägermaterial in der Reaktionsmischung evakuiert wird, so dass das Trägermaterial vollständig von Reaktionsmischung umgeben ist,
- e) in einem Kristallisationsschritt der Zeolith auf der Oberfläche des Trägermaterials synthetisiert wird und
- f) eine Produktentnahme erfolgt.
- a) is made a reaction mixture containing a molar composition of uNa 2 O: vB 2 O 3: WAl 2 O 3: xSiO 2: ySDA: zH 2 O with u = 9; v = 4; w = 1; x = 72; y = 117; z = 2726,
- b) the synthesis mixture is stirred at 0-100 revolutions per minute, the aging time is 0-48 hours, preferably 24 hours,
- c) the carrier material of the shaped body core is placed in the reaction mixture,
- d) the carrier material is evacuated in the reaction mixture, so that the carrier material is completely surrounded by the reaction mixture,
- e) in a crystallization step, the zeolite is synthesized on the surface of the support material and
- f) a product removal takes place.
Kristallisationsprozedur:Crystallization procedure:
Die Synthesezeit beträgt 30 Minuten bis einen Monat (744 Stunden), vorzugsweise 12 bis 200 Stunden, die Temperatur beträgt: 25–250°C, vorzugsweise 100–200°C. Während der Kristallisation findet eine Rotation oder Rühren des Autoklaven statt (kontinuierlich oder stufenweise) bei 0–1000 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise 0–20 Umdrehungen pro Minute.The Synthesis time is 30 minutes to one month (744 hours), preferably 12 to 200 hours, the temperature is: 25-250 ° C, preferably 100-200 ° C. During the crystallization takes a rotation or stirring of the autoclave instead (continuously or stepwise) at 0-1000 Revolutions per minute, preferably 0-20 revolutions per minute Minute.
Die
Diffraktogramme in
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