DE1073459B - Process for the production of silica as a support for catalysts - Google Patents
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Description
Verfahren zur HerstellÜng von Kieselsäure als Träger für Katalysatoren Es ist bekannt, für katalytische Reaktionen, besonders für Hydrierungen und Dehydrierungen, solche Katalysatoren zu verwenden, bei denen katalytisch wirksame Metalle auf Kieselsäuregelen in stückiger Form aufgebracht sind. Diese Kieselsäuregele werden vielfach in der Weise hergestellt, daß man Kieselsäu.rehydrosole, die durch Zugabe von Säuren zu Alkalisilicatlösung,en gewonnen werden, erstarren läß-t.Process for the production of silica as a support for catalysts It is known for catalytic reactions, especially for hydrogenations and dehydrogenations, to use such catalysts in which catalytically active metals on silica gels are applied in lump form. These silica gels are widely used in Manufactured in a way that you can siliceous acid hydrosols, which are obtained by adding acids Alkali silicate solution that is obtained allows it to solidify.
Die so erhaltenen Kieselsäuregele besitzen z. B. folgende physikalische Daten: Oberfläche, nach der BET-Methode (vgl. S. Brunauer, P. H. Emmet und E. Teller, Am. Chem. Soc., 6Ö, S. 301# [19381) gemessen ............ 300 bis700 rn2/g Mittlerer Porenradius . .. .. .. .. . 10 bis 60 AE Porenvolumen ............... . . 0,5 bis 1 cm3/g Ein weiteres Kennzeichen der aus den Hydrosolen gewonnenen Kieselsäuregele besteht darin, daß sie Poren von fast einheitlichem Durchmesser besitzen und daß große Poren, insbesondere solche mit Porenradien von oberhalb 100 AEI- fehlen. Die Herstellung von Kieselsäuregelkatalysatoren kann durch Tränken der stückigen Gele mit der wäßrigen Lösung eines Metallsalzes und anschließende Reduktion zum Metall vorgenommen werden.The silica gels thus obtained have z. B. the following physical data: surface, measured by the BET method (cf. S. Brunauer, PH Emmet and E. Teller, Am. Chem. Soc., 6Ö, p. 301 # [19381) ...... ...... 300 to 700 rn2 / g mean pore radius . .. .. .. ... 10 to 60 AU pore volume ................ . 0.5 to 1 cm3 / g Another characteristic of the silica gels obtained from the hydrosols is that they have pores of almost uniform diameter and that there are no large pores, in particular those with pore radii above 100 AEI-. Silica gel catalysts can be prepared by impregnating the lumpy gels with an aqueous solution of a metal salt and then reducing them to the metal.
Es ist ferner bekannt, daß sich bei katalytischen Hydrierungen oder Dehydrierungen im Laufe des Betriebes infolge von Nebenreaktionen in den Poren des Trägers Kohlenstoff oder kohlenstoffreiche Verbindungen abscheiden, wodurch die Aktivität des Katalysators merklich nachläßt. Zur Wiederherstellung der Aktivität muß der Katalysator daher reaktiviert werden. Dies wird erreicht z. B. durch Abbrennen des Kohlenstoffes oder der kohlenstoffhaltigen Verbindungen bei erhöhter Temperatur unter Zuführung von sauerstoffhaltigen Gasen. Erfahrungsgemäß sind die letzten Reste des Kohlenstoffes oder der kohlenstoffreichen Verbindungen aus den Poren nur schwer zu entfernen, und zwar um so schwerer, je engporiger das als Träger verwendete Kieselsäuregel ist. Die Reaktivierung von Katalysatoren mit engporigen Trägern muß deshalb unter verschärften Bedingungen --# d. h. unter Anwendung hoher Temperaturen, langer Reäktivierungszeiten und einem großen Überschuß an sauerstoffhaltigen Gasen - erfolgen. Die Anwendung solcher Bedingungen führt aber gewöhnlich zur vorzeitigen Minderung der Aktivität sowie zu einem teilweisen Kornzerfall des Katalysators.It is also known that in catalytic hydrogenations or dehydrogenations in the course of operation as a result of side reactions in the pores of the support, carbon or carbon-rich compounds are deposited, as a result of which the activity of the catalyst is markedly reduced. To restore the activity, the catalyst must therefore be reactivated. This is achieved e.g. B. by burning off the carbon or the carbon-containing compounds at elevated temperature with the supply of oxygen-containing gases. Experience has shown that the last residues of carbon or the carbon-rich compounds are difficult to remove from the pores, and the more difficult the more narrow-pored the silica gel used as a carrier. The reactivation of catalysts with narrow-pore supports must therefore under more severe conditions - # d. H. using high temperatures, long reactivation times and a large excess of oxygen-containing gases - take place. However, the use of such conditions usually leads to a premature reduction in the activity and to a partial disintegration of the catalyst's grains.
Es wurde nun gefunden, daß man eine als Träger für Katalysatoren besonders wirksame Kieselsäure erhält, wenn man Alkalisilicatlösungen zunächst mit Ammoniak versetzt und aus diesen Lösungen die Kieselsäure mit Säure ausfällt.It has now been found that one can use one as a support for catalysts in particular effective silica is obtained when alkali metal silicate solutions are first mixed with ammonia added and from these solutions the silica precipitates with acid.
Vorteilhaft arbeitet man dabei in der Weise, daß man die Fällung der Kieselsäure bei einem pi-Wert von etwa 9 beginnt und bei einem pli-Wert von etwa 7 oder wenig unterhalb 7 beendet.It is advantageous to work in such a way that the precipitation of the silica begins at a pi value of about 9 and ends at a pi value of about 7 or a little below 7.
Die Fällung kann bei Temperaturen von 20 bis 100' C erfolgen. je niedriger -der pli-Wert am Ende der Fällung ist, um so höher muß man die Fälltemperatur halten. Beispielsweise soll bei einem pli-Wert am Ende der Fällung von 5,0 die Ternperatur nlindestens 35' C betragen.The precipitation can take place at temperatures from 20 to 100 'C. the lower the pli value at the end of the precipitation, the higher the precipitation temperature must be kept. For example, the precipitation of the 5.0 Ternperatur should be nlindestens 35 'C at a pli value at the end.
Die Fällung soll unter intensiver Rührung, z. B. in einem Turbomischer, vorgenommen werden. Man kann auch in der Weise arbeiten, daß man die mit Ammoniak versetzte strömende Alkalisilicatlösung mit dem strömenden Fällungsmittel in einer Düse oder einem Rohr mit kurzer Mischstrecke-unter innigster Vermischung zusammenbringt.The precipitation should be carried out with intensive stirring, e.g. B. in a turbo mixer, be made. One can also work in such a way that one works with ammonia mixed flowing alkali silicate solution with the flowing precipitant in one Bringing together a nozzle or a pipe with a short mixing section with the most intimate mixing.
Als Ausgangsstoff für die beanspruchte Herstellung vön Kieselsäure kommen Alkalisilicaie, insbesondere Natriumsilicat, in Betracht. Für -die Fällung können Mineralsäuren, wie z. B. Schwefelsäure, aber auch organische Säuren, wie z. B. Essig-sättre, angewandt werden. Die Zugabe von Ammoniak erfolgt am einfachsten in Form von Ammoniak#rasser. Man kann aber auch gasförmiges Ammoniak vor der Fällung in die Alkalisilicatlösung einleiten.As a starting material for the claimed manufacture of silica Alkali silicas, in particular sodium silicate, come into consideration. For the felling mineral acids, such as. B. sulfuric acid, but also organic acids, such as z. B. vinegar saturation can be used. The easiest way to add ammonia is to add ammonia in the form of ammonia # rasser. But you can also use gaseous ammonia before the precipitation Introduce into the alkali silicate solution.
Die erhaltene Kieselsäure ist ein Weißer pulverförmiger, röntgenainorpher Niedeischlag,'der filtriert, elektrolytfr#i ge*aschen, » etrocknet un au e-25 - d -f g' eigneten Formmaschinen zweckmäßig zu Zylindern, Kugeln oder anderen Körpern geformt wird.The silica obtained is a white powdery, röntgenainorpher Niedeischlag, 'filtered, elektrolytfr # i * ge ash, "etrocknet un au e-25 - d f g' is suitable molding machine molded to appropriate cylinders, spheres or other bodies.
Die erfindungsgemäß hergestellten Träger werden in -bekannter Weise, mit wäßrigen Lösungen von Metallsalzen, wie z. B. den Verbindungen von Vanadfn, Chrom, Molybdän, Wolfram, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel oder Edelmetallen, wie Platin, Palladium u. dgl., getränkt und anschließend, gegebenenfalls unter Anwendung von Gasen, thermisch behandelt.The carriers produced according to the invention are in a known manner with aqueous solutions of metal salts, such as. B. the compounds of Vanadfn, Chromium, molybdenum, tungsten, manganese, iron, cobalt, nickel or precious metals such as platinum, Palladium and the like, soaked and then, optionally with the use of Gases, thermally treated.
Die gemäß der vorliegenden Erfindung gewonnene Kieselsäure zeichnet sich durch weite Poren aus. Der Porenradius beträgt mehr als 100 AE und liegt im allgemeinen in einem Gebiet zwischen 100 und 300 AE, das Porenvolumen liegt zwischen 0,9 und 1,2 cm'/g.The silica obtained according to the present invention is distinguished by wide pores. The pore radius is more than 100 AU and is generally in a region between 100 and 300 AU, the pore volume is between 0.9 and 1.2 cm / g.
Die mit dieser Kieselsäure hergestellten Katalysatoren besitzen eine hohe Aktivität und lange Lebensdauer. Sie geben weniger Anlaß zu Nebenreaktionen, d. h., sie nehmen weniger Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltige Verbindungen auf als die bekannten Kiesel-#äuregele und können leicht regeneriert werden. Außerdem setzten sich der Kohlenstoff oder die kohlenstoffhaltigen Verbindungen fast ausschließlich an der Oberfläche der Kieselsäure ab und dringen nicht wie bei den bekannten Gelen in die Tiefe der Poren ein. Die Regenerierung kann daher unter schonenden Bedingungen, d. h. bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen und kurzen Reaktivierungszeiten, vorgenommen werden. Beispielsweise genügen zum Ab- brennen des Kohlenstoffes bereits Temperaturen von 400- C, wobei eine Reaktivierungszeit von 4 bis 5 Stunden ausreichend ist. Im Gegensatz hierzu benötigen Katalysatoren mit Kieselsäuregel als Träger höhere Abbrenntemperaturen und längere Reaktivierungszeiten. Im Hinblick auf die leichte Regenerierbarkeit der erfindungsgenläß gewonnenen Träger ist es nicht erforderlich, die Reaktivierung der hieraus hergestellten Katalysatoren im bewegten Strom sauerstoffhaltiger Gase vorzunehmen. Die Erhitzung kann in ruhender Luft erfolgen. Dabei wird z. B. der Katalysator in einer Schicht die einige Zentimeter hoch ist, auf Blechen ausgebreitet. Durch die schonende keaktivierung in ruhender Luft tritt keinerlei Zerfall der Kontaktkörner ein. Der gebrauchte Katalysator wird in quantitativer Ausbeute als reaktivierter Katalysator wiedergewonnen.The catalysts produced with this silica have a high activity and a long service life. They give less cause for side reactions, i. That is, they take up less carbon or carbon-containing compounds than the known silica gels and can easily be regenerated. In addition, the carbon or the carbon-containing compounds settle almost exclusively on the surface of the silica and do not penetrate into the depths of the pores as in the known gels. The regeneration can therefore take place under mild conditions, i. H. at relatively low temperatures and short reactivation times. For example, temperatures of 400 ° C. are sufficient to burn off the carbon, a reactivation time of 4 to 5 hours being sufficient. In contrast, catalysts with silica gel as a carrier require higher burn-off temperatures and longer reactivation times. In view of the ease with which the supports obtained according to the invention can be regenerated, it is not necessary to reactivate the catalysts produced therefrom in a moving stream of oxygen-containing gases. The heating can take place in still air. It is z. B. the catalyst in a layer that is a few centimeters high, spread on metal sheets. Due to the gentle keactivation in still air, no disintegration of the contact grains occurs. The used catalyst is recovered in quantitative yield as a reactivated catalyst.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten Kieselsäure besteht darin, daß sie gegenüber Wasser - und zwar sowohl in der flüssigen als auch in der Dampfpliase - beständig ist. Die aus der Kieselsäure hergestellten Formlinge sind mechanisch und chemisch widentandsfähig, d. h., es tritt in Gegenwart von Wasser kein Kornzerfall ein, und die Umwandlung der amorphen Phase in die kristalline setzt erst bei Temperaturen von oberhalb 700' C ein. Im Gegensatz dazu neigen Kieselsäuregele in Gegenwart von Wasser sehr leicht zum Zerfall, außerdem findet der Übergang der amorphen Phase in die kristalline Modifikation der Kieselsäure schon bei Temperaturen statt, die um 200 bis 300' C niedriger liegen. Die Bildung der kristallinen Modifikation der Kieselsäure ist aber mit einem Verlust an Oberfläche und Porosität, d. h. gerade der wertvollen Trägereigenschaften, verbunden.Another advantage of the silica according to the invention is that they respect to water - both in the liquid and in the Dampfpliase - is stable. The moldings made from the silica are mechanically and chemically resistant to heat . In other words, in the presence of water there is no grain disintegration, and the conversion of the amorphous phase into the crystalline phase only begins at temperatures above 700 ° C. In contrast, silica gels tend to disintegrate very easily in the presence of water, and the transition from the amorphous phase to the crystalline modification of the silica takes place at temperatures which are 200 to 300 ° C lower. The formation of the crystalline modification of the silica is, however, accompanied by a loss of surface area and porosity, i. H. especially the valuable carrier properties.
Es war bereits bekannt, Natriumsilicat mit Hexamethylentetramin zu mischen und diese Mischung in Säure zu geben. Dabei wird primär ein Sol erhalten, das erst später ih ein Gel umgewandelt wird.' Im Gegensatz hierzu wird nach der Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung die Säure in eine Mischung aus Natriumsilicat und Animoniak eingeleitet, wobei sofort ein Gel entsteht. Die hierbei erhaltene Kieselsäure zeichnet sich durch einen besonders großen Porenradius aus und eignet sich in hervorragender Weise ,als Träger für die Gewinnung aktiver Katalysatoren mit langer Lebensdauer.It was already known to add sodium silicate with hexamethylenetetramine mix and add this mixture to acid. A sol is primarily obtained, which is later converted into a gel. ' In contrast, after the Operation of the present invention converts the acid into a mixture of sodium silicate and Animoniak initiated, whereby a gel is formed immediately. The Silicic acid is characterized by a particularly large pore radius and is suitable excellently as a carrier for the production of active catalysts with a long service life.
Ferner war es bekannt, die Fällung der Kieselsäure mit Ammoniumehlorid, Ammoniumnitrat oder Pyridinhydrochlorid durchzuführen. Auch bei dieser Arbeitsweise wird eine Kieselsäure mit einem erheblich kleineren Porenradius erhalten. Beispiel Ein Rührwerkskessel wird mit 136 Gewichtsteilen technischem Wasserglas (mit etwa 25 Gewichtsprozent SiO.) beschickt. Das Wasserglas wird mit 200 Volumteilen Wasser verdünnt. Zu dieser Lösung werden 28 Gewichtsteile 25gewichtsprozentiges Ammoniakwasser zugesetzt.It was also known to carry out the precipitation of the silica with ammonium chloride, ammonium nitrate or pyridine hydrochloride. This procedure also gives a silica with a considerably smaller pore radius. Example A stirred tank is charged with 136 parts by weight of technical water glass (with about 25 percent by weight SiO.). The water glass is diluted with 200 parts by volume of water. 28 parts by weight of 25 percent strength by weight ammonia water are added to this solution.
Unter energischem Rühren läßt man Schwefelsäure der Dichte 1,125 (17,66gewichtsprozentige Schwefelsäure) in die Natriumsilicat-Ammoniak-Lösung so lange zulaufen, bis ein pi-Wert von 6 bis 6,5 erreicht ist. Die Temperatur soll zu Beginn der Fällung etwa 20' C betragen; sie steigt während der Fällung um etwa 5' C an.With vigorous stirring, sulfuric acid with a density of 1.125 (17.66 percent strength by weight sulfuric acid) is allowed to run into the sodium silicate-ammonia solution until a pi value of 6 to 6.5 is reached. The temperature should be about 20 ° C at the beginning of the precipitation; it rises by about 5 ° C. during the precipitation.
Man läßt 2 Stunden nachrühren. Während des Nachrührens steigt der p,1-Wert der Lösung etwas an. Durch Zusatz von Schwefelsäure wird er wieder auf pr, = 6 bis 6,5 gestellt.The mixture is left to stir for 2 hours. During the subsequent stirring, the p.1 value of the solution increases somewhat. It is set back to pr = 6 to 6.5 by adding sulfuric acid.
Die gefällte Kieselsäure wird filtriert, durch Waschen mit Wasser von Natriumsulfat befreit und hierauf auf geeigneten Formmaschinen zu Tabletten, Strängen, Kugeln oder ähnlichen Körpern geformt. Die Formlinge werden zur Ausbildung der Oberfläche und zur Verfestigung auf etwa 600' C erhitzt.The precipitated silica is filtered, freed from sodium sulfate by washing with water and then shaped into tablets, strands, spheres or similar bodies on suitable molding machines. The briquettes are heated to about 600 ° C. to form the surface and to solidify.
Die calcinierten Körner haben ein Schüttgewicht von 500 g/l, ein Porenvolumen von Ö,9 bis 1 cm3/g; der mittlere Porenradius beträgt 150 AE.The calcined grains have a bulk density of 500 g / l, a pore volume of 0.9 to 1 cm3 / g; the mean pore radius is 150 AU.
1 kg dieser Körner wird mit der gleichen Menge Palladiumnitratlösung, die 0,8 g Pd/1 enthält, in einer rotierenden Trommel bei 70 bis 80' C imprägniert. Die palladinierten Kieselsäureformlinge werden bei etwa 150' C im Wasserstoffstrom reduziert. 1 kg of these grains is impregnated with the same amount of palladium nitrate solution containing 0.8 g Pd / 1 in a rotating drum at 70 to 80 "C. The palladium-coated silicic acid moldings are reduced at about 150 ° C. in a stream of hydrogen.
Der Katalysator kann z. B. für die Hydrierung von Crotonaldehyd zu n-Butyraldehyd benutzt werden, wobei folgendermaßen gearbeitet wird: Über 301 des oben beschriebenen Palladium-Kieselsäure-Katalysators werden pro Stunde 0,6 kg 95gewichtsprozentiger Crotonaldehyd zusammen mit 8 Nir0 Wasserstoff bei einer Temperatur von 130 bis 140' C geleitet. Die Ausbeute an n-Butyraldehyd beträgt 95 Gewichtsprozent. Nach 300 Tagen Betriebszeit wird der Katalysator ausgebaut. Der Kohlenstoffgehalt beträgt 4,6 Gewichtsprozent.The catalyst can e.g. B. can be used for the hydrogenation of crotonaldehyde to n-butyraldehyde, the procedure being as follows: Via 301 of the palladium-silica catalyst described above, 0.6 kg of 95 percent by weight crotonaldehyde together with 8 Nir0 hydrogen at a temperature of 130 to 140 per hour ' C headed. The yield of n-butyraldehyde is 95 percent by weight. The catalytic converter is removed after 300 days of operation. The carbon content is 4.6 percent by weight.
Zur Reaktivierung wird der gebrauchte Katalysator in einer Schicht von 30 bis 40 min Höhe auf Hordenbleche gebracht und 5 Stunden bei 400' C in ruhender Luft erhitzt. Nach dieser Zeit sind die Verunreinigungen vollständig entfernt. Der Kontakt zeigt nach der reaktivierenden Behandlung keinerlei Zerfall sowie keinerlei Verminderung der mechanischen Festigkeit und seiner Hydrieraktivität.For reactivation, the used catalyst is placed in a layer from a height of 30 to 40 minutes on tray plates and heated for 5 hours at 400 ° C. in still air. After this time, the impurities are completely removed. After the reactivating treatment, the contact shows no disintegration and no reduction in mechanical strength or its hydrogenation activity.
Wird dagegen ein palladiniertes Kieselsäuregel mit gleichem Pd-Gehalt und einem mittleren Porenradius von 40 AE unter den gieichen Bedingungen als - Katalysator für die Hydrierung von Crotonaldehyd Vera wendet, so beträgt nach einer Betriebszeit von 300 Tagen der Kohlenstoffgehalt des Katalysators 12,4 Gewichtsprozent. Die Reaktivierung zur Entfernung des Kohlenstoffes oder der kohlenstoffreichen Stoffe erfordert in diesem Fall eine Temperatur von 500' C, die 15 Stunden lang eingehalten werden muß. Nach der Reaktivierung beträgt der Zerfall des ursprünglich eingesetzten Katalysators 23 Gewichtsprozent.If, however, a palladiniertes silica gel with the same Pd-content and a mean pore radius of 40 AE under the gieichen conditions as - spent catalyst for the hydrogenation of crotonaldehyde Vera, so after an operating time of 300 days, the carbon content of the catalyst is 12.4 percent by weight. The reactivation to remove the carbon or the carbon-rich substances in this case requires a temperature of 500 ° C., which must be maintained for 15 hours. After reactivation, the decomposition of the catalyst originally used is 23 percent by weight.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1073459B true DE1073459B (en) | 1960-01-21 |
Family
ID=597717
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DENDAT1073459D Pending DE1073459B (en) | Process for the production of silica as a support for catalysts |
Country Status (1)
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DE (1) | DE1073459B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2803917A1 (en) * | 1978-01-30 | 1979-08-02 | Degussa | FELLING SILICA GRANULATES |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB561750A (en) * | 1942-11-27 | 1944-06-02 | Cole E K Ltd | Improvements in the manufacture of precipitated silica |
-
0
- DE DENDAT1073459D patent/DE1073459B/en active Pending
Patent Citations (1)
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GB561750A (en) * | 1942-11-27 | 1944-06-02 | Cole E K Ltd | Improvements in the manufacture of precipitated silica |
Cited By (1)
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DE2803917A1 (en) * | 1978-01-30 | 1979-08-02 | Degussa | FELLING SILICA GRANULATES |
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