DE1094244B - Verfahren zur Regenerierung eines Katalysators aus Kupfer und Natriumsilikat durch Oxydation eines darauf abgelagerten kohlenstoffhaltigen Rueckstandes - Google Patents

Verfahren zur Regenerierung eines Katalysators aus Kupfer und Natriumsilikat durch Oxydation eines darauf abgelagerten kohlenstoffhaltigen Rueckstandes

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DE1094244B
DE1094244B DEQ461A DEQ0000461A DE1094244B DE 1094244 B DE1094244 B DE 1094244B DE Q461 A DEQ461 A DE Q461A DE Q0000461 A DEQ0000461 A DE Q0000461A DE 1094244 B DE1094244 B DE 1094244B
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sodium silicate
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Preston A Wells Jun
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Quaker Oats Co
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Quaker Oats Co
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/90Regeneration or reactivation
    • B01J23/94Regeneration or reactivation of catalysts comprising metals, oxides or hydroxides of the iron group metals or copper

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Description

  • Verfahren zur Regenerierung eines Katalysators aus Kupfer und Natriumsilikat durch Oxydation eines darauf abgelagerten kohlenstoffhaltigen Rückstandes Diese Erfindung betrifft die Regenerierung von aus Kupfer und Natriumsilikat bestehenden Katalysatoren, wie sie unter anderem für die Dampfphasenhydrierung von Furfurol verwendet werden.
  • Es sind bereits eine Reihe von Verfahren vorgeschlagen worden, die eine oxydierende Behandlung von Kupfer- bzw. kupferhaltigen Katalysatorsystemen betreffen. In der deutschen Patentschrift 362537 wird z. B. ein Verfahren beschrieben, bei dem aus Kupfer und Natriumsilikat bestehende Katalysatoren dadurch aktiviert werden, daß man das Kupfer bei niedrigen Temperaturen (z. B. bei etwa 2000 C) oxydiert und danach wieder reduziert. Dieses Verfahren dient jedoch zur Herstellung des betreffenden Katalysatorsystems, nicht jedoch zu seiner Regenerierung; eine Entfernung der sich auf den Katalysator ablagernden kohlenstoffhaltigen Abscheidungen ist schon auf Grund der verwendeten niedrigen Temperaturen nach den dortigen Vorschlägen nicht möglich. In der deutschen Patentschrift 395 509 wird die Regenerierung von kupferhaltigen Kontaktmassen mit reinem Sauerstoff oder einem stark sauerstoffhaltigen Gasgemisch geschildert. Die dort vorgeschlagenen Temperaturen (bis zu etwa 6000 C) und Sauerstoffkonzentrationen (z. B. gleiche Volumenanteile Sauerstoff und Stickstoff) sind jedoch so hoch, daß auf jeden Fall bei deren Anwendung auf Kupfer-S ilikat-Katalysatoren vom erfindungsgemäß beschriebenen Typ eine vollständige Zerstörung dieser Katalysatoren eintreten würde. Das Problem der katalytischen Wirksamkeit durch Sinterung des Katalysators wird in der deutschen Patentschrift 304341 an Hand von Eisen, Kobalt, Nickel und ähnliche Metalle enthaltenden Kontaktmassen beschrieben.
  • Derartige Kontaktmassen erlauben es jedoch, daß die durch hohe Betriebstemperaturen bewirkte Sinterung durch Behandlung mit wasserhaltigen. oxydierenden Gemischen wieder rückgängig gemacht werden kann.
  • Wenn jedoch ein Kupfer-Silikat-Katalysator, wie er im Rahmen der vorliegenden Erfindung Verwendung findet, erst einmal eine derartige Sinterung erfahren hat, so kann er nicht mehr - auch nicht nach dem Verfahren der angegebenen Patentschrift - regeneriert werden.
  • In der USA.-Patentschrift 2 754304 wird ein Katalysator beschrieben, der für die Herstellung von Furfurylalkohol durch Dampfphasenhydrierung von Furfurol besonders geeignet ist. Auf den dort beschriebenen Katalysatortyp ist das erfindungsgemäß vorgeschlagene Regenerierungsverfahren besonders erfolgreich anwendbar. Nach den Angaben dieser Patentschrift wird der Katalysator, der im wesentlichen reduziertes Kupfer enthält, dessen Wirksamkeit durch eine kleinere Menge Natriumsilikat gesteigert wird, hergestellt, indem man Kupferoxyd mit 5 bis 20 Gewichtsprozent Natriumsilikat vermischt, aus dieser Mischung Formkörper herstellt und dann mittels eines erhitzten Wasserstoffstromes das Kupferoxyd zu metallischem Kupfer reduziert. Es hat sich gezeigt, daß der Katalysator, um einwandfrei arbeiten zu können, von Zeit zu Zeit zwecks Beseitigung der kohlenstoffhaltigen Abscheidungen regeneriert werden muß.
  • Mit Hilfe der vorstehend aufgezeigten bekannten Verfahren kann diese Aufgabe jedoch nicht in zufriedenstellender Weise gelöst werden. Das eigentliche Problem, das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, ein Verfahren zur Regenerierung eines derartigen Kupfer-S ilikat-Katalysators zu schaffen, das der Tatsache Rechnung zu tragen hat, daß der Katalysator von seinen Verunreinigungen bei einer Temperatur befreit werden muß, die ihn gewöhnlich zerstören würde. Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare technische Fortschritt ist darin zu erblicken daß durch die geregelten Verfahrensbedingungen ein Totbrennen, Sintern und Inaktivwerden des empfindlichen Katalysators verhindert wird, so daß er ohne Aktivitätsverlust beliebig oft regeneriert werden kann. Daß die Regenerierung auch unter großtechnischen Gesichtspunkten leicht und ohne Gefahr, die Aktivität des Katalysators zu beeinträchtigen, durchführbar ist, muß als weiterer Vorteil der Erfindung gewertet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Regenerieren eines Katalysators aus Kupfer und Natriumsilikat durch Oxydation eines darauf abgelagerten kohlenstoffhaltigen Rückstandes mittels eines heißen, oxydierenden Gases ist dadurch gekennzeichnet, daß das oxydierende Gas einen Gehalt an molekularem Sauerstoff von weniger als 1,5 Volumprozent aufweist und über diesen Katalysator im wesentlichen unter Vermeidung einer Wasserdampfkondensation bei einer oberhalb 1050 C, aber unterhalb der jeweiligen, von der Natriumsilikatmenge abhängigen Sintertemperatur des Kupfers liegenden Temperatur geleitet wird, bis das Kupfer praktisch vollständig zu Kupferoxyd oxydiert ist, und daß dann die Temperatur auf eine oberhalb der Sintertemperatur des Kupfers, jedoch unterhalb 4250 C liegende Temperatur erhöht wird, während weiterhin das sauerstoffhaltige Gas hindurchgeleitet wird.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens besteht darin, daß das oxydierende Gas zwischen i/2 und l1/2 Volumprozent molekularen Sauerstoff enthält und daß der Katalysator in der ersten Behandlungsstufe bei einer Temperatur zwischen etwa 105 und 3700 C, in der zweiten Behandlungsstufe zwischen 370 und 4250 C gehalten wird.
  • Für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens ist es besonders wichtig, daß der Katalysator, der im wesentlichen Kupfer und Natriumsilikat enthält, wenn er zur Wiederherstellung seiner ursprünglichen Aktivität regeneriert werden soll, nicht mit Wasser in flüssiger Form in Berührung kommt, weil sonst der Katalysator durch die lösende Wirkung des Wassers zerstört werden könnte, und daß das Verfahren bei Temperaturen erfolgt, die während der Phase, in der das metallische Kupfer als solches in der der Regenerierung unterworfenen Katalysatorenmasse vorhanden ist, unterhalb der Sintertemperatur von metallischem Kupfer in Gegenwart von Natriumsilikat liegen. Um das zu erreichen, wird ein trockener Hydrierungskatalysator, der im wesentlichen aus Kupfer und Natriumsilikat mit einem kohlenstoffhaltigen Rückstand besteht, zunächst mit einem trockenen Inertgas auf über 1050 C erhitzt, wobei diese Temperatur jedoch unterhalb der Sintertemperatur des Kupfers in Gegenwart des Natriumsilikats bleibt. Nach dem Erhitzen wird ein heißes Inertgas, wie z. B. überhitzter Wasserdampf, dem Luft zur Bildung einer Sauerstoffkonzentration von nicht mehr als lt/2Volumprozent zugesetzt worden ist, durch die zu regenerierende Katalysatormasse hindurchgeführt. Sobald aber die Regenerierstufe mit exothermen Reaktionen verbunden ist, muß das sauerstoffhaltige Gas der Katalysatormasse bei einer Temperatur zugeführt werden, die etwas niedriger als die in dem zu- regenerierenden Material gewünschte Temperatur ist. Doch kann bei fortschreitender Regenerierung die Eintrittstemperatur des regenerierenden Gases bei Fortdauer der Regenerierung allmählich oder stufenweise erhöht werden; es muß aber darauf geachtet werden, daß die Temperatur der Eintrittsgase nicht von vornherein eine Höhe hat, bei der die Katalysatormasse durch exotherme Reaktionen erhitzt und auf eine Temperatur gebracht wird, die über der Sintertemperatur des Kupfers in Gegenwart von Natriumsilikat liegt. In dieser ersten Stufe des Regenerierverfahrens wird ein Teil des kohlenstoffhaltigen Rückstandes verflüchtigt oder von dem Katalysator abgebrannt und-das Kupfer praktisch vollständig zu Kupferoxyd oxydiert. Nachdem das Kupfer- oxyd sich gebildet hat und im wesentlichen kein metallisches Kupfer mehr vorhanden ist, wird die Temperatur der regenerierenden Gase erhöht, um den Rest des kohlenstoffhaltigen Materials abzubrennen.
  • Nach vollendeter Oxydation kann der Katalysator durch Hydrierung aktiviert werden. Mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens kann der Katalysator beliebig oft regeneriert werden, ohne daß er z. B. bei einer Hydrierung von Furfurol in der Dampfphase zur Gewinnung von Furfurylalkohol seine ursprüngliche Aktivität einbüßt.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nachfolgend ein spezielles Beispiel für ein Verfahren angeführt, das zur Regenerierung eines verbrauchten Katalysators der in der genannten USA.-Patentschrift 2754304 angegebenen Art geeignet ist: 1360 kg verbrauchter Katalysatorformlinge von 3,17 mm Durchmesser, die metallisches Kupfer sowie etwa 10 Gewichtsprozent wasserfreies Natriumsilikat als Promotor enthielten und einen kohlenstoffhaltigen Rückstand aus einer Furfurol-Hydrierungsreaktion aufwiesen, wurden in eine Regenerierungskammer von 0,90 m Durchmesser und 3m Höhe gebracht. Nachdem die Kammer geschlossen worden war, ließ man ein heißes Inertgas, wie z. B. Rauchgas, durch das Katalysatorbett strömen, um das ganze Katalysatorbett aufzuheizen und dadurch die Dampfkondensation zu verhindern, wenn in einem nachfolgenden Arbeitsgang Wasserdampf eingeführt wird. Das in den Boden der Kammer eingeführte heiße Rauchgas hatte eine Temperatur von etwa 2050 C; als die Temperatur des ausströmenden Gases am oberen Ende der Kammer etwa 1200 C erreicht hatte, wurde der Zustrom des Rauchgases abgeschaltet und 2050 C heißer Wasserdampf durch die Kammer geführt, der in einer Menge von 454 kg/h hindurchströmte und das Katalysatorbett durchgehend auf etwa 2050 C erhitzte. Nachdem diese Bettemperatur erreicht war, wurden dem eintretenden Wasserdampf 5 Molprozent Luft zugeführt. Dadurch entstand ein Gas, das etwa 1 Volumprozent molekularen Sauerstoff enthielt. Wenn auch die Dampfeintrittstemperatur auf etwa 2050 C gehalten wurde, so stieg doch die Temperatur in dem Katalysatorbett infolge der geregelten Oxydation allmählich auf etwa 2900 C, eine Temperatur, die noch beträchtlich unterhalb der Sintertemperatur des Kupfers liegt. Nach kurzer Zeit begann die Austrittstemperatur des Gases abzusinken, und als sie auf etwa 2300 C zurückgegangen war, wurde die Temperatur des eintretenden Wasserdampfes, der immer noch die angegebene Menge Sauerstoff enthielt, auf etwa 2300 C erhöht.
  • Daraufhin stieg die Temperatur des ausströmenden Gases infolge der exothermen Reaktion in dem Katalysatorbett auf etwa 3150 C und begann dann allmählich abzusinken. Als sie auf etwa 2600 C abgesunken war, wurde die Gaseintrittstemperatur auf etwa 2600 C erhöht, und das Verfahren wurde - wie oben angegeben - in Stufen von 100 C wiederholt, wobei darauf geachtet wurde, daß die Temperatur des Katalysatorbettes nicht über den Sinterpunkt des Kupfers in Gegenwart von Natriumsilikat anstieg. Diese Temperatur liegt bei 3700 C, kann aber natürlich erheblich variieren, je nach dem Prozentsatz des Natriumsilikates in dem Katalysator. Nachdem das Katalysatorhett durch das oben angegebene stufenweise Verfahren auf eine Temperatur von 3700 C gebracht worden war, war das metallische Kupfer in der Katalysatormasse praktisch vollständig zu Kupferoxyd oxydiert. Danach kann die Temperatur unbesorgt noch weiter erhöht werden. Dazu erhitzt man die Regeneriergase, die immer noch die angegebene Sauerstoffmenge enthalten, bei ihrem Eintritt auf etwa 345 bis 3700 C, doch darf die Höchsttemperatur des ausströmenden Gases 4250 C nicht überschreiten. In dieser Stufe brennen die Regeneriergase alle Kohlenstoffreste und anderes kohlenstoffhaltiges Material ab, obwohl allerdings bereits ein großer Teil des kohlenstoffhaltigen Materials bzw. Rückstandes in den vorhergehenden Stufen des Regenerierverfahrens beseitigt worden ist.
  • Um festzustellen, ob die Regenerierung beendet ist, läßt man erhitzte Luft direkt in das Katalysatorbett einströmen; wenn die Temperatur nicht wesentlich ansteigt, kann man mit Sicherheit annehmen, daß die Behandlung des Katalysators abgeschlossen ist. Dann wird das Katalysatorbett abgekühlt, und die Formlinge werden nach bekannten Methoden hydriert, wonach sie wieder als Hydrierungskatalysator verwendbar sind. Der regenerierte Katalysator hat praktisch dieselbe Aktivität wie der ursprüngliche und kann beliebig oft regeneriert werden, ohne daß seine Aktivität verlorengeht, wenn die oben angegebenen Bedingungen sorgfältig beachtet werden.
  • PATENTANSPROCHE: 1. Verfahren zum Regenerieren eines Katalysators aus Kupfer und Natriumsilikat durch Oxy- dation eines darauf abgelagerten kohlenstoffhaltigen Rückstandes mittels eines heißen, oxydierenden Gases, dadurch gekennzeichnet, daß das oxydierende Gas einen Gehalt an molekularem Sauerstoff von weniger als 1,5 Volumprozent aufweist und über diesen Katalysator im wesentlichen unter Vermeidung einer Wasserdampfkondensation bei einer oberhalb 1050 C, aber unterhalb der jeweiligen, von der Natriumsilikatmenge abhängigen Sintertemperatur des Kupfers liegenden Temperatur geleitet wird, bis das Kupfer praktisch vollständig zu Kupferoxyd oxydiert ist, und daß dann die Temperatur auf eine oberhalb der Sintertemperatur des Kupfers, jedoch unterhalb 4250 C liegende Temperatur erhöht wird, während weiterhin das sauerstoffhaltige Gas hindurchgeleitet wird.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oxydierende Gas zwischen i12 und 11/2 Volumprozent molekularen Sauerstoff enthält und daß der Katalysator in der ersten Behandlungsstufe bei einer Temperatur zwischen 105 und 3700 C, in der zweiten Behandlungsstufe zwischen 370 und 4250 C gehalten wird.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 835 148, 362 537, 395 509, 304341.
DEQ461A 1956-01-03 1956-10-10 Verfahren zur Regenerierung eines Katalysators aus Kupfer und Natriumsilikat durch Oxydation eines darauf abgelagerten kohlenstoffhaltigen Rueckstandes Pending DE1094244B (de)

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