DE1217930B - Verfahren zur Herstellung von formbestaendigen Mischkatalysatoren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von formbestaendigen Mischkatalysatoren

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DE1217930B
DE1217930B DEC27632A DEC0027632A DE1217930B DE 1217930 B DE1217930 B DE 1217930B DE C27632 A DEC27632 A DE C27632A DE C0027632 A DEC0027632 A DE C0027632A DE 1217930 B DE1217930 B DE 1217930B
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Germany
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oxide
cobalt
bismuth
catalyst
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DEC27632A
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Inventor
Dr Rudolf Brockhaus
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Huels AG
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Chemische Werke Huels AG
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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
    • B01J23/16Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • 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
    • B01J23/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/76Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/84Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium

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Description

  • Verfahren zur Herstellung von formbeständigen Mischkatalysatoren Es ist bekannt, Mischkatalysatoren aus Metalloxyden herzustellen, indem man eine Mischung der Ausgangsstoffe, meist der Metalloxyde, die in Wasser nicht oder fast nicht löslich sind, aufschlämmt, anschließend trocknet und dann verformt. Man verwendet dabei z. B. die sauren Oxyde der Elemente der V. und VI. Nebengruppe des Periodensystems, vorzugsweise die des Molybdäns und Vanadiums in Kombination mit basischen Oxyden von Metallen, wie z. B. von Wismut, Zinn, Blei, Aluminium, Magnesium, Eisen, Kobalt, Nickel oder Kupfer, vorzugsweise Wismut, Kobalt und Nickel. Bei dieser Arbeitsweise erhält man wegen der zu großen Korngröße der Ausgangs stoffe Katalysatoren geringer Aktivität. Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man die Katalysatoren so hergestellt, daß man zunächst die Katalysatorbestandteile auflöst und die erhaltenen Lösungen miteinander mischt, wobei der Mischkatalysator in feinverteilter Form ausfällt. Bei diesem Verfahren kann auch in Gegenwart eines Trägermaterials, z. B. feinverteilter Kieselsäure, gearbeitet werden. Als Lösungsmittel hat man dabei flüchtige anorganische Säuren, vorwiegend Salpetersäure, und als flüchtige Base wäßrige Ammoniaklösung verwendet, so daß nach der anschließenden Mischung das Ammoniumnitrat vorlag. Da diese Salze wegen der noch zu großenLöslichkeit des Mischkatalysators durch Auswaschen nicht entfernt werden können, muß zusätzlich zum Trocknungsprozeß einthermischerZersetzungsprozeß angeschlossen werden. Bei dieser Arbeitsweise tritt sehr leicht ein Zerfall des verformten Katalysators zu Pulver ein, da die Nitratzersetzung bei den erforderlichen Temperaturen von über 200" C, vorzugsweise bei 400 bis 500"C, sehr stürmisch verläuft. Außerdem erleidet der Katalysator durch die relativ hohen Temperaturen eine Kornvergröberung, so daß die durch Fällung erzielte feinkörnige Struktur weitgehend verlorengeht und sich damit eine geringere Aktivität des Katalysators ergibt.
  • Es wurde ein Verfahren gefunden, nach dem man formstabile Mischkatalysatoren mit bleibender hoher Aktivität herstellen kann, wobei durch Vermischen einer Lösung eines Oxyds der Metalle der V. oder VI. Nebengruppe des Periodensystems in wäßriger NH- oder Aminlösung mit einer Lösung eines Oxyds der Elemente Wismut, Kobalt oder Nickel in einer flüchtigen Säure, gegebenenfalls in Gegenwart von Trägersubstanzen, der Katalysator ausgefällt wird, Trocknen des ausgefallenen Mischoxyds und Erhitzen.
  • Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man von solchen Metallsalzlösungen ausgeht, daß bei der Umsetzung eine Bildung von Ammonnitrat oder Ammonchlorid vermieden wird.
  • Für die Herstellung der Metallsalzlösungen der Katalysatorkomponenten sind verschiedene Variationen möglich. Man kann unmittelbar ausgehen von den Oxyden der Metalle der V. und VI. Nebengruppe des Periodensystems, vorzugsweise denen des Molybdäns und Vanadiums und den Oxyden der Metalle Wismut, Kobalt oder Nickel. Besonders bei den Oxyden der Elemente Wismut, Kobalt oder Nickel werden auch die Salze dieser Elemente mit flüchtigen anorganischen Säuren wie der Salzsäure oder Salpetersäure oder flüchtiger aliphatischer Carbonsäuren wie Ameisensäure, Essigsäure oder Propionsäure eingesetzt.
  • Verwendet man als Ausgangsstoffe für die Herstellung der Lösungen die Oxyde der Metalle, so löst man das Oxyd der Metalle der V. oder VI. Nebengruppe des Periodensystems in einer wäßrigen Lösung von leichtflüchtigen heterocyclischen Aminen, wie Pyridin oder Picolin. Man verwendet sowohl konzentrierte als auch verdünnte Lösungen dieser heterocyclischen Amine. Das Oxyd des Wismuts, Kobalts oder Nickels wird in Ameisensäure, Essigsäure oder Propionsäure, vorzugsweise in Ameisensäure oder Essigsäure, gelöst, wobei die Säuren sowohl in verdünnter als auch in konzentrierter Lösung benutzt werden können.
  • Geht man bei der Herstellung der Lösungen von dem Wismut-, Kobalt- oder Nickelnitrat und dem Ammoniumsalz der Metallsäure der Metalle der V. oder VI. Nebengruppe des Periodensystems aus, so setzt man der wäßrigen Nitratlösung Ameisensäure zu, wodurch die Nitrationen reduziert werden und somit in der Lösung Formiationen vorliegen. Der Ammoniumsalzlösung der Metallsäure wird Pyridin oder Picolin zugesetzt. Auf diese Weise wird vermieden, daß bei dem Zusammengeben der beiden Lösungen das schwer zu entfernende Ammoniumnitrat gebildet wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man die Lösun- gen von Wismut-, Kobalt- oder Nickelnitrat bzw.
  • -chlorid unverändert läßt und lediglich der Ammoniumsalzlösung der Metallsäure der Metalle der V. oder VI. Nebengruppe Pyridin oder Picolin zusetzt. An Stelle des Ammoniumsalzes dieser Säuren kann man auch die Verbindungen mit aliphatischen oder cycloaliphatischen Aminenj wie Methylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, Diåthylamin, Triäthylamin, Propylamin oder Cyclohexylamin einsetzen und deren wäßrigen Lösungen dann Picolin oder Pyridin zusetzen, wodurch die erstgenannten Amine aus der Lösung bei der Weiterbehandlung ausgetrieben werden. Eine weitere Möglichkeit der Herstellung der Lösungen der Katalysatorkomponenten besteht darin, daß man das Oxyd der Metalle der V. oder VI. Nebengruppe in Pyridin oder Picolin löst und als Lösung der Metalle Wismut, Kobalt oder Nickel das Nitrat oder Chlorid verwendet oder daß man das Wismut-, Kobalt- oder Nickeloxyd in den genannten niedermolekularen flüchtigen aliphatischen Monocarbonsäuren löst und entsprechend als Komponente der Metalle der V. oder VI. Nebengruppe eine Ammoniumverbindung oder eine Verbindung mit den genannten aliphatischen oder cycloaliphatischen Aminen einsetzt. In allen Fällen wird vermieden, daß das schwer abzutrennende Ammoniumnitrat oder -chlorid in den vereinigten Lösungen vorliegt.
  • Die Herstellung des Mischkatalysators erfolgt in an sich bekannter Weise, indem man die Metallsalzlösung der Elemente der V. oder VI. Nebengruppe, z. B. die Molybdat- oder Vanadatlösung, die Metallsalzlösung der Elemente Wismut, Kobalt oder Nickel, z. B. die Lösung eines Wismutsalzes, unter kräftigem Durchmischen langsam einfließen läßt, wobei in der vorgelegten Lösung eine Trägersubstanz, wie Kieselsäure, Tonerde, Bentonit oder Bimsstein, in feinverteilter Form aufgeschlämmt werden kann. Die Mischung wird dann vorsichtig, gegebenenfalls im Vakuum, bei Temperaturen zwischen 100 und 120"C eingedickt, die entstehende Paste z. B. durch Strangpressen verformt und die Formkörper zum Trocknen und Vertreiben der Fremdionen erhitzt. Da nur leichtflüchtige Fremdverbindungen vorliegen, genügt zum Vertreiben dieser Verbindungen ein Erhitzen auf Temperaturen unterhalb bzw. maximal 130°C bei Normaldruck. Durch Anwendung von tinterdruck kann diese Temperatur noch erniedrigt werden. Die gewonnenen Katalysatorformkörper können thermisch weiterbehandelt werden.
  • Nach dem neuen Verfahren werden formbeständige Katalysatorformkörper erhalten, welche die gute Aktivität der feinverteilten Fällungsform aufweisen.
  • Die Nachteile der Anwendung hoher Temperatur beim Vertreiben der Fremdverbindungen, die Aktivitätsminderung des Katalysators infolge der Kornvergröberung sowie der Zerfall der Formlinge werden somit vermieden. Die eingesetzten organischen Säuren und Basen lassen sich leicht zurückgewinnen.
  • Nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Mischkatalysatoren werden beispielsweise bei der Oxydation von Olefinen zu den entsprechenden Oxoverbindungen in der Gasphase oder bei der Herstellung von Nitrilen aus Olefinen, Ammoniak und Sauerstoff verwendet.
  • Die deutsche Auslegeschrift 1 057 073 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Kobaft-Molyhdat Katalysators auf einem Tonerdeträger durch Imprägnieren der durch mehrstündiges Erhitzen auf höhere Temperatur aktivierten Tonerde mit einer wäßrigen, Kobalt- und Molybdänverbindungen enthaltenden Lösung und anschließehdes Trocknen und Erhitzen der getränkten Masse. Das Kennzeichen dieses Verfahrens besteht darin, daß der nach dem Erhitzen auf 315 bis 925"C vorwiegend als y-Tonerde vorliegende Träger mit eirier Lösung getränkt wird, die außer Kobalt und Molybdän im Verhältnis 0,3 : 1 bis 1,1 : 1 mehr als 2 Mol je Liter Äthylendiamin enthält, und daß das Erhitzeh der getränkten Masse nach dem Trocknen bei Temperaturen über 205° C, jedoch unterhalb 565"C vorgenommen wird.
  • Wie aus den Beispielen 1 und 2 dieser Auslegeschrift hervorgeht, enthält der hergestellte Kontakt das nicht flüchtige Nitrat des 1,2-Diaminoäthans, also Verbindungen, wie sie nach den Angaben der vorliegenden Erfindung bereits zum Stand der Technik gehören.
  • Auch die mit Beispiel 3 dieser Auslegeschrift 1 057 073 gegebene Lehre, wonach ein aus Molybdänoxyd, Kobalthydroxyd, 1,2-Diaminoäthan und Wasser hergestelltes schwachviskoses Gemisch zum Imprägnieren abriebfester Formlinge aus aktivierter Tonerde verwendet wird, entspricht keineswegs den mit der vorliegenden Erfindung beanspruchten Maßnahmen. Hiernach werden Oxydmischkatalysatoren, wie z. B. Kobaltmolybdat, aus getrennt zubereiteten Lösungen gefällt, indem man Metallsalzlösungen von Metallen der V. oder VI. Nebengruppe des Periodensystems sowie Metallsalzlösungen der Metalle Wismut, Kobalt oder Nickel derart zusammengibt, daß bei der Umsetzung die Bildung von Ammonitrat oder Ammonchlorid vermieden wird.
  • Der Unterschied zwischen beiden Verfahren kommt auch darin zum Ausdruck, daß die jeweils erhaltenen Katalysatoren außerordentlich unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. So zeigt ein nach Beispiel 3 der deutschen Auslegeschrift 1 057 073 hergestellter Kontakt bei der Propylenoxydation nur 50/, der Acroleinausbeute, die mit einem Katalysator entsprechend der vorliegenden Erfindung erzielt wurde. Gleichzeitig wurde in Anlehnung an Beispiel 4 der Erfindung ein Kobalt-Molybdat-Kontakt mit feinverteilter Kieselsäure hergestellt, wobei als Lösungsmittel für Kobalt und Molybdänoxyd ausschließlich Wasser und 1,2-Diaminoäthan verwendet wurden. Auch dieser Kontakt erzielte bei der Propylenoxydation weniger als 1001o der Ausbeutej die mit einem Katalysator entsprechend der vorliegenden Erfindung erzielbar war.
  • Schließlich zeigte sich im Rahmen weiterer Untersuchungen, daß nach dem Verfahren der Entgegenhaltung keine formbeständigen Katalysatorformkörper ohne Verwendung von Füllstoffen hergestellt werden können. So wutden gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung Kobaltoxyd und Molybdänoxyd in Wasser und 1,2-Diaminoäthan klar gelöst und unter Rühren zu einem Brei eingedampft. Bei dem Versuch, diesen Brei durch Strangpressen zu verformenj zerfielen die Stränge jedoch beim Trocknen zu Pulver und feinen Körnern geringer Härte. Die feinen Körner wurden dabei ausgesiebt und als FließbettkontaktzurPropylenoxydation eingesetzt. Mit diesem Kontakt ließen sich 30ovo der mit den erfindungsgemäß hergestellten Katalysatoren erzielbaren Ausbeuten erreichen. Nach 10stündiger Oxydation waren 5001, des eingesetzten körnigen Kontaktes zerrieben und als Staub ausgetragen. Auch gelang es nicht, einen Wismut-Molybdat-Kontakt entsprechend der deutschen Auslegeschrift 1 057 073 herzustellen, da sich Wismutoxyd in 1,2-Diaminoäthan und Wasser nicht auflöst Beispiel 1 237 g Molybdänoxyd (MoO3l 85 0iojg) werden in 3000 ml 20%iger wäßriger Pyridinlösung gelöst und in diese Lösung 1300 Gewichtsteile feinverteilte Kieselsäure aufgeschlämmt. Unter kräftigem Rühren läßt man in die Aufschlämmung eine essigsaure Lösung von 218 g Wismutoxyd (Bi2OS) tropfen. Die Mischung wird durch Erhitzen auf 120"C zu Brei eingeengt und durch Strangpressen verformt. Die Formlinge werden bei 130°C getrocknet und können ohne Weiterbehandlung verwendet werden.
  • Beispiel 2 100 g Kobaltacetat [Co(CH3COO)2 4H2O] werden in 400 ml Wasser gelöst, mit einer wäßrigen Lösung von 70,5 g Ammonmolybdat kNH6Mo7O24 4H2O)] vereint und nach Zusatz von 64 g Pyridin das erhaltene Gemisch zu Brei eingeengt. Nach dem Strangpressen werden die Formlinge bei 130°C getrocknet und können ohne Weiterbehandlung verwendet werden.
  • Beispiel 3 233 g Wismutoxyd (Bi2O3) werden in 80 0!üjger wäßriger Essigsäure gelöst. 91 g Vanadiumpentoxyd (V20,;) werden in wäßriger Methylaminlösung gelöst und mit 324 g feinverteilter Kieselsäure versetzt. Unter kräftigem Rühren wird in diese Aufschlämmung die Wismutacetatlösung getropft. Zu dem erhaltenen Gemisch gibt man 240 g Pyridin. Die Aufschlämmung wird durch Erhitzen auf 120"C eingeengt und anschließend verformt. Die Formlinge werden bei 130"C getrocknet und sind fertig zum Einsatz.
  • Beispiel 4 239 g Nickelnitrat [Ni(NOS)2 . 6H2O)] werden in 400 mol Wasser gelöst und diese Lösung mit 120 g feinverteilter Kieselsäure versetzt. In die Aufschlämmung läßt man unter kräftigem Rühren eine Lösung von 140 g Molybdänoxyd (MoOs, 850/,ig), gelöst in 1500 ml 20 obiger wäßriger Pyridinlösung, laufen. Die Aufschlämmung wird durch Erhitzen auf 120"C eingeengt, durch Strangpressen verformt und bei 130"C getrocknet. Bei dieser Temperatur entweichen auch Pyridin und Salpetersäure.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Verfahren zur Herstellung von formbeständigen Mischkatalysatoren, wobei durch Vermischen einer Lösung eines Oxyds der Metalle der V. oder VI.
    Nebengruppen des Periodensystems in wäßriger NHS- oder Aminlösung mit einer Lösung eines Oxyds der Elemente Wismut, Kobalt oder Nickel in einer flüchtigen Säure, gegebenenfalls in Gegenwart von Trägersubstanzen, der Katalysator ausgefällt wird, Trocknen des ausgefallenen Mischoxyds und Erhitzen, dadurch gekennz e i c h n e t, daß man von solchen Metallsalzlösungen ausgeht, daß bei der Umsetzung eine Bildung von Ammonnitrat oder Ammonchlorid vermieden wird.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 057 073.
DEC27632A 1962-08-03 1962-08-03 Verfahren zur Herstellung von formbestaendigen Mischkatalysatoren Pending DE1217930B (de)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1057073B (de) * 1955-05-24 1959-05-14 Houdry Process Corp Verfahren zur Herstellung eines Kobaltmolybdat-Katalysators auf einem Tonerdetraeger

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1057073B (de) * 1955-05-24 1959-05-14 Houdry Process Corp Verfahren zur Herstellung eines Kobaltmolybdat-Katalysators auf einem Tonerdetraeger

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