DE2058082B2 - Katalysator und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Katalysator, erhalten durch Imprägnieren eines Trägermaterials mit einer
wäßrigen Lösung eines Salzes eines Übergangsmetalls, Wärmebehandlung des imprägnierten Trägermaterials
in Luft, einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum und Umsetzen des wärmebehandelten imprägnierten
Trägermaterials mit einer Organometallverbindung sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses hochaktiven
Katalysators. Die erfindungsgemäßen Katalysatoren können insbesondere bei Umsetzungen zwischen
Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen, vor allem bei der Hydrierung (Wasserstoffanlagerung) von organischen
jo Verbindungen, die Nitrilgruppen oder Carbonylgruppen,
aromatische, acetylenische oder olefinische Bindungen enthalten, verwendet werden.
Es ist bereits beschrieben worden, daß verschiedene Schwermetalle, insbesondere Übergangsmetalle, zur
Durchführung katalytischer Reaktionen brauchbar sind. Hydrierungskatalysatoren umfassen feste Metalle, Metallaufschlämniungen
sowie Metalle, die auf Tiägermaterialien (sogenannten Trägern) dispergiert sind.
Feste Metallkatalysatoren hat man hergestellt, indem
ίο man Oxide des gewünschten Metalls mit reduzierenden
Gasen, z. B. Kohlenstoffmonoxid und/oder Wasserstoff behandelte. Aufschlämmungen, die als Katalysatoren
brauchbar sind, hat man hergestellt, indem man wasserfreie Lösungen von Organometallverbindungen
4·) des gewünschten Metalls mit Organoaluminiumverbindungen
umsetzte, wobei das Zusammengeben und die Umsetzung so erfolgten, daß Katalysatoraufschlämmungen
entstanden. Metalle auf Trägermaterialien hat man hergestellt, indem man die letzteren mit wasserfreien
Lösungen von Salzen des gewünschten Metalls imprägnierte und durch anschließende Reduktion der
Salze einen Niederschlag des gewünschten Metalls erzeugte.
In der CA-PS 6 97 780 sind Verfahren beschrieben, mit denen die Aktivität von Kobalt verbessert werden
kann und bestimmte inaktive Metalle, z. B. Mangan und Molybdän, in aktive Hydrierungskatalysatoren umgewandelt
werden können. In typischen Umsetzungen gewinnt man Aufschlämmungen von Katalysatormischungen,
indem man zunächst wasserfreie Lösungen von Seifen des gewünschten Metalls und der gewünschten
reduzierend wirkenden Organometallverbindung herstellt und dann die beiden Lösungen zur Bildung der
katalytischen Reaktionsmischung zusammengibt. Ge-
b5 maß einer der genannten Methoden wird ein Trägermaterial
imprägniert, indem man mit einer wasserfreien oder nichtwäßrigen Lösung einer Seife des gewünschten
Metalls und mit einer reduzierend wirkenden
Organometallverbindung, ζ. B. einer Organoaluminiumverbindung,
behandelt, so daß man ein locker haftendes Reaktionsgemisch aus dispergieren Metallen erhält.
Bei anderen Methoden werden die Trägermaterialien mit Seifen des gewünschten Metalls imprägniert, worauf
das Trägermaterial dann mit einer Lösung des reduzierenden Organometallreagenzes behandelt wird,
so daß man ebenfalls Katalysatormischungen auf einem Trägermaterial erhält
Obwohl derartige Katalysatoren eine ausreichende Hydrierungsaktivität besitzen, weisen sie dennoch eine
Reihe von Nachteilen auf, die sich bei ihrer Verwendung zeigen. So sind die Materialien in erster Linie in allen
Phasen ihrer Verwendung stark pyrophor, so daß die Aufschlämmungen in einer sauerstofffreien Atmosphäre
hergestellt werden müssen. Auch die gebildeten katalytischen Materialien sind stark pyrophor. Das bei
der Umsetzung anfallende Katalysatorprodukt ist eine unlösliche pyrophore feste Substanz mit hoher Reaktivität
sowohl in Form einer Aufschlämmung als auch nach Aufbringen auf ein Trägermaterial. Die für die
Herstellung der Katalysatoren erforderlichen Materialien sind außerdem sehr kostspielig, ganz zu schweigen
von den Kosten, die sich durch die besonderen Vorsichtsmaßnahmen ergeben, die bei der Handhabung
dieser Materialien ergriffen werden müssen. Schließlich sind die organischen Lösungsmittel, die bei der
Herstellung verwendet werden, sehr leicht entflammbar.
In der US-PS 3415 759 wird ein Verfahren zur
Herstellung eines Hydrierungskatalysators beschrieben, bei welchem Kobaltcarboxylat auf Diatomeenerde als
Trägermaterial niedergeschlagen wird; anschließend wird das Trägermaterial mit dem Kobaltcarboxylat in
einer geeigneten, im wesentlichen inerten Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen etwa 135 und 160° C
erhitzt und danach mit einem Aluminiumalkyl behandelt. Werden jedoch Temperaturen über etwa 160° C
zum Trocknen der Katalysatoren verwendet, so werden die Katalysatoren allmählich deaktiviert, insbesondere
im Hinblick auf ihre Hydrierungswirkung bei hochmolekularen Verbindungen.
Es wurde jetzt gefunden, daß neue Hydrierungskatalysatoren, die eine ungewöhnlich hohe Aktivität und
Stabilität aufweisen, dadurch hergestellt werden können, daß als Trägermaterial Oxide von Elementen aus
den Gruppen II, III oder IV des Periodischen Systems der Elemente, welche wenigstens 0,1 Millimol Hydroxylgruppen
pro Gramm Trägermaterial enthalten und eine Oberflächengröße von wenigstens 5 Quadratmeter pro
Gramm aufweisen, und als Übergangsmetall Eisen, Kobalt, Nickel, Platin, Wolfram, Chrom, Molybdän,
Vanadin, Rhenium, Mangan und/oder Kupfer verwendet werden, wobei das Übergangsmetall in einer Menge
aufgebracht wird, die zwischen 0,1 und 20%, bezogen auf das Gesamtgewicht von niedergeschlagenem Metall
und Trägermaterial, liegt, daß die Wärmebehandlung des imprägnierten Trägermaterials bei einer Temperatur
von wenigstens 2600C, insbesondere 316 bis 8160C,
gegebenenfalls auch in Gegenwart von Sauerstoff, durchgeführt wird, wobei bei Anwendung von Sauerstoff
anschließend vor Aktivierung der absorbierte Sauerstoff entfernt wird, daß das wärmebehandelte
imprägnierte Trägermaterial durch Umsetzung mit einer Verbindung der Formeln QRn oder QRnXn,, worin
Q Lithium, Magnesium, Beryllium, Zink, Cadmium, Quecksilber, Bor, Aluminium, Gallium oder Indium, R
Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Alkylaryl, Arylalkyl oder Cycloalkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, X ein
Halogen und η und m ganze Zahlen zwischen 1 und 3
bedeuten, wobei (n + m) der Valenz von Q entspricht, aktiviert wird und daß schließlich das erhaltene
aktivierte Produkt in Gegenwart von Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 150 und 6500C behandelt
wird.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Feststellung, daß zwischen der Oberfläche bestimmter Arten
ίο von Trägermaterialien und Übergangsmetallen sowie
den Metallbestandteilen löslicher Organometallverbindungen sehr feste chemische Bindungen ausgebildet
werden können, wenn die Metalle erfindungsgemäß in einer bestimmten Reihenfolge und unter bestimmten,
genau definierten Bedingungen auf die genannten Trägermaterialien aufgebracht werden. Gemäß dieser
Reihenfolge der Verfahrensstufen wird ein vorstehend genanntes Trägermaterial mil einer Oberflächengröße
von wenigstens 5 m2/g und einem Gehalt an Hydroxylgruppen
von wenigstens 0,1 Millimol pro g zunächst mit einer wasserlöslichen Verbindung von Eisen, Kobalt,
Nickel, Platin, Wolfram, Chrom, Molybdän, Vanadin, Rhenium, Mangan und/oder Kupfer als Übergangsmetall
imprägniert Das Trägermaterial wird mit einer wäßrigen Lösung eines Salzes des gewünschten Metalls
behandelt oder in eine solche Lösung eingetaucht. Das Trägermaterial wird mit 0,1 bis etwa 20% Metall,
vorzugsweise etwa 2 bis 10% Metall, bezogen auf das Gesamtgewicht von niedergeschlagenem Metall und
Trägermaterial, imprägniert.
Das imprägnierte Trägermaterial wird dann präkonditioniert,
indem man auf eine Temperatur von wenigstens 2600C erhitzt, um Feuchtigkeit und absorbierten
Sauerstoff aus der Katalysatoroberfläche
j5 auszutreiben. Der präkonditionierte Katalysator wird
dann aktiviert, indem man das imprägnierte Trägermaterial mit einer löslichen Organometallverbindung der
Formeln QRn oder QRnXm, worin Q, R, X, η und m die
vorstehend angegebene Bedeutung besitzen, behandelt.
Für die Zwecke der Erfindung sind nur Organometallverbindungen
der Gruppen I, II und III, die in Kohlenwasserstoffen löslich sind oder in Äthern löslich
sind oder mit Äthern Komplexe bilden, brauchbar. Solche Organometallverbindungen sind durch vorwiegend
konvalente Bindungen zwischen dem Metall und den Alkyl- und/oder Hydridgruppen gekennzeichnet.
Als nächstes wird das aktivierte Trägermaterial in einem gasförmigen wasserstoffhaltigen Strom auf eine
Temperatur von wenigstens 15O0C erhitzt Vorzugswei-
se behandelt man das aktivierte Trägermaterial in Gegenwart von Wasserstoff bei einer Temperatur über
427° C, am besten einer Temperatur zwischen etwa 427 und etwa 6!5O0C, und zwar eine Zeitspanne lang, die
zwischen etwa 1 und etwa 100 Stunden betragen kann.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß unter diesen sehr scharfem Bedingungen, d.h. bei Behandlung des
aktivierten Träger-Katalysators bei einer Temperatur über 427 und bis zu etwa 6500C in Gegenwart von
Wasserstoff, die Aktivität der Katalysatoren nicht
bo wesentlich abnimmt, sondern im allgemeinen sogar zunimmt, wenn die Behandlungsbedingungen verschärft
werden.
Einen kritischen Faktor des erfindungsgemäßen Verfahrens stellen die Bedingungen dar, unter denen die
aktivierten Träger-Katalysatoren mit einem gasförmigen, wasserstoffhaltigen Strom behandelt, d. h. fixiert,
werden. Auf diese Weise lassen sich Katalysatoren gewinnen, die um mehrere Größenordnungen aktiver
und weit beständiger sind als Katalysatoren, die nach bekannten Verfahren erhalten werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt einen neuen Weg zu wertvollen, neuartigen, heterogenen Katalysatoren
dar, bei welchen zwischen Trägermaterial, Übergangsmetall und Metallbestandteil des reduzierend
wirkenden organometallischen Reagenzes eine chemische
Bindung ausgebildet wird, so daß der hochaktive Katalysator selbst unter erschwerten Bedingungen
stabil ist
Die Auswahl eines geeigneten Trägermaterials, auf welches das Übergangsmetall durch Imprägnieren
aufgebracht wird, stellt einen wesentlichen Faktor der Erfindung dar. Geeignete Trägermaterialien sind solche,
die eine ausreichende Oberllächengröße und eine ausreichende Konzentration an Hydroxylgruppen an
der Oberfläche aufweisen, wobei die Hydroxylgruppen die Fähigkeit besitzen, mit einer Organometallverbindung,
z. B. QRn oder QRnXm, zu reagieren. Aufgabe der
Hydroxylgruppen ist es also, die RH-Arten zu eliminieren und die QRn-i-Arten an die Oberfläche des
Trägermaterials zu binden, und zwar über das Sauerstoffatom der ursprünglichen Hydroxylgruppe.
Die Eigenschaften und die Brauchbarkeit von Trägermaterialien können infolgedessen durch deren Oberflächengröße
und deren Hydroxylgehalt — gemessen durch Umsetzung mit einer Organometallverbindung,
d. h. einer QRn-Verbindung, in Abwesenheit eines
Übergangsmetaiis — ausgedrückt werden.
Die Trägermaterialien, die für die Zwecke der Erfindung sehr gut geeignet sind, sind Oxide aus den
Gruppen II, HI und IV des Periodischen Systems der Elemente, welche mit Oberflächengrößen über 5 m2/g
hergestellt werden können und deren Hydroxylgehalt wenigstens 0,1 Millimol Hydroxylgruopen pro Gramm
Trägermaterial beträgt Die Oxide der Gruppen II, III und IV mit Oberflächengrößen über 50 mVg und mit
einem Hydroxylgruppengehalt von wenigstens 0,2 Millimol pro Gramm Trägermaterial — bestimmt durch
Umsetzung des Trägermaterials mit einer Organometallverbindung in Abwesenheit eines Übergangsmetalls
— werden besonders bevorzugt. Das am besten für die Zwecke der Erfindung geeignete Trägermaterial ist
Aluminiumoxid mit einer Oberflächengröße von über etwa 100 m2/g und mit einem Hydroxylgruppengehalt
von wenigstens 1 Millimol pro Gramm. Weitere Materialien, die als Trägermaterialien geeignet sind,
sind beispielsweise Magnesiumoxid, Zinkoxid und Titanoxid, vorausgesetzt, daß sie die beschriebene
ausreichende Oberflächengröße und einen ausreichenden Gehalt an reaktiven Hydroxylgruppen aufweisen.
Andere Arten von Trägermaterialien können bei an sich ausreichender Oberflächengröße dem gewünschten
Gehalt an reaktiven Hydroxylgruppen besitzen oder nicht besitzen. Bei manchen dieser Trägermaterialien,
z. B. bei Aktivkohle, ist es möglich, den Gehalt an Hydroxylgruppen durch Behandlung mit Luft oder
einem Luft-Dampf-Gemisch bei mäßigen Temperaturen, z. B. unter etwa 538°C zu erhöhen; auf diese Weise
erhält man dann ein für die Zwecke der Erfindung geeignetes Trägermaterial. Andere bekannte Trägermaterialien,
beispielsweise Kieselsäure, besitzen zwar eine ausreichende Oberflächengröße, weisen aber nicht
die notwendige Konzentration an reaktiven Hydroxylgruppen auf und sind infolgedessen unbrauchbar.
Kieselsäure-Aluminiumoxid-Träger, die über die notwendige Hydroxylgruppenkonzentration verfügen, sind
brauchbare Trägermaterialien und können für die Zwecke der Erfindung verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren werden durch Imprägnieren eines geeigneten Trägermaterials mit
dem wasserlöslichen Übergangsmetallsalz hergestellt, indem man es mit einer wäßrigen Lösung des Salzes des
gewünschten Metalls behandelt oder in eine solche eintaucht Für das Imprägnieren verwendet man 0,1 bis
20, vorzugsweise etwa 1 bis etwa 10 Äquivalentprozent des Übergangsmetalls, bezogen auf das Gesamtgewicht
von niedergeschlagenem Metalläquivalent und Trägermaterial. Die optimale Konzentration an Übergangsmetall
auf dem Trägermaterial hängt von der Art des Übergangsmetalls sowie von der Oberflächengröße und
dem Hydroxylgruppengehalt des Trägermaterials ab.
Wird beispielsweise ein reines aktiviertes Aluminiumoxid mit einer Oberflächengröße von etwa 200 mVg und
einem Hydroxylgruppengehalt von etwa 1,2 Millimol pro Gramm als Trägermaterial verwendet und Eisen als
Übergangsmetall eingesetzt, so liegt die optimale Eisenkonzentration bei etwa 0,6 Millimol Eisen pro
Gramm Trägermaterial. Bei Edelmetallen werden geringere Konzentrationen, beispielsweise zwischen 0,1
und 1%, verwendet Die jeweils optimalen Konzentrationen bei anderen Übergangsmetallen, die zu hochaktiven
beständigen Katalysatoren gemäß der Erfindung führen, können nicht exakt angegeben werden, und zwar
wegen der vielen und verschiedenen Trägermaterialien, die im Einzelfall verwendet werden können. Es kann
jedoch gesagt werden, daß es dem Fachmann ohne
jo weiteres möglich ist, die jeweils notwendigen Konzentrationen
innerhalb der vorstehend angegebenen Bereiche je nach den Faktoren eines gegebenen
Einzelfalles zu bestimmen.
Die Verwendung von Wasser zur Erzielung der chemischen Bindung ist besonders in den Fällen wichtig, in denen die Trägermaterialien mit Salzen des gewünschten Übergangsmetalls imprägniert werden. Selbst Eisen ergibt außergewöhnlich aktive Katalysatoren, wenn es auf das Trägermaterial in Form seiner Salze, die in wäßriger Lösung gelöst sind, aufgebracht wird. Überhaupt hat sich gezeigt, daß Katalysatoren, die mit wäßrigen Lösungen von Eisensalzen hergestellt worden sind, besonders wirksame Katalysatoren für die Hydrierung von aromatischen Kernen und von Carbonylgruppen organischer Verbindungen, z. B. Aldehyden und Ketonen, sind.
Die Verwendung von Wasser zur Erzielung der chemischen Bindung ist besonders in den Fällen wichtig, in denen die Trägermaterialien mit Salzen des gewünschten Übergangsmetalls imprägniert werden. Selbst Eisen ergibt außergewöhnlich aktive Katalysatoren, wenn es auf das Trägermaterial in Form seiner Salze, die in wäßriger Lösung gelöst sind, aufgebracht wird. Überhaupt hat sich gezeigt, daß Katalysatoren, die mit wäßrigen Lösungen von Eisensalzen hergestellt worden sind, besonders wirksame Katalysatoren für die Hydrierung von aromatischen Kernen und von Carbonylgruppen organischer Verbindungen, z. B. Aldehyden und Ketonen, sind.
Zu den Übergangsmetallen, die erfindungsgemäß verwendet werden können, gehören Eisen, Kobalt,
Nickel, Platin, Wolfram, Chrom, Molybdän, Vanadin, Rhenium, Mangan und Kupfer. Bei den Salzen, als
welche diese Metalle auf die Trägermaterialien aufgebracht werden können, gehören beispielsweise die
Halogenide, Sulfate, Nitrate, Formiate, Acetate, Propionate, Molybdate, Vanadate, Chromate, Dichromate,
Wolframate, Manganate, Rhenate und Perrhenate. Wasserlösliche Säuren, wie Perrheniumsäure, können
ebenfalls verwendet werden. Die verschiedenen aufgeführten Übergangsmetalle können allein oder in
Mischung untereinander verwendet werden.
Der in pulvriger oder granulierter Form vorliegende imprägnierte Träger wird dann nach einem Zeit-Temperatur-Schema
behandelt, welches geeignet ist, einen chemischen Wechsel an der Oberfläche des Trägermateiials
hervorzurufen und Wasser und absorbierten Sauerstoff zu entfernen. Man erhitzt das imprägnierte
Trägermaterial in Luft, in einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum, z. B. bei einem Vakuum von 50,8 bis
73,7 cm bei einer Temperatur von wenigstens 260,
vorzugsweise 316 bis 816°C, noch besser etwa 316 bis etwa 538° C. Es gehört zu den kritischen Faktoren der
Erfindung, daß das imprägnierte Trägermaterial auf eine Temperatur über 260° C für eine Zeitspanne von
etwa 0,5 bis etwa 4 Stunden, vorzugsweise etwa 1 bis 2 Stunden, erhitzt wird, damit ein hochaktiver und
beständiger Katalysator gewonnen werden kann. Die Wärmebehandlung kann in Luft oder einer Sauerstoffatmosphäre
vorgenommen werden, jedoch muß sich an diese Behandlung eine: Behandlung in einer inerten
Atmosphäre anschließen, damit absorbierter Sauerstoff entfernt wird. Neben der Entfernung von Sauerstoff und
Feuchtigkeit laufen weitere wichtige Reaktionen während der Wärmebehandlung ab, durch die das
Übergangsmetall in eine Form überführt wird, die für die nachfolgende Umsetzung mit den Organometallverbindungen
besser geeignet ist
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Imprägnierung und die Wärmebehandlungsstufen
mehrstufig durchgeführt werden. Beispielsweise kann man den Träger imprägnieren und dann trocknen
oder teilweise trocknen, und zwar bei niedriger Temperatur. Der Träger kann dann nochmals imprägniert
und wieder getrocknet oder teilweise getrocknet werden. Die Wärmebehandlung als solche kann
gegebenenfalls auch in mehreren Stufen durchgeführt werden. Der imprägnierte Träger kann so zur
Vereinfachung der Handhabung zuerst einer verhältnismäßig milden Wärmebehandlung ausgesetzt werden,
durch welche er getrocknet wird, worauf er in einer zweiten Stufe einer schärferen Behandlung unterworfen
wird, durch welche die chemische Veränderung der Oberfläche des Trägermaterials erreicht wird. Auf
Trägermateriaüen befindliche Katalysatoren, wie sie im
Handel von verschiedenen Herstellern erhältlich sind, z. B. Eisen, Kobalt und/oder Nickel allein oder in
Kombination mit anderen Metallen, wie Molybdän und Wolfram, können den genannten Behandlungen ebenfalls
unterworfen werden, um sie in hochaktive Katalysatoren umzuwandeln.
Das imprägnierte, wärmebehandelte Trägermaterial wird dann durch Behandlung mit der Organometallverbindung
der Formeln QRn oder QRnXm, worin Q, R, X, η
und /n die vorstehend angegebene Bedeutung besitzen, vorzugsweise einer Kohlenwasserstofflösung der Organometaüverbirsdung
oder der kohlenwasserstofflösüchen Organometallverbindung aktiviert Am günstigsten
ist es, wenn die Organometallverbindung der Formel QRn entspricht Die Reste R können gleich oder
verschieden, substituiert oder nichtsubstituiert ssin. Beispielsweise kann R folgende Bedeutung haben:
Methyl, Äthyl, n-Propyl, Isopropyl, Isobutyl,
3ek.-Butyl, tert-Butyl, n-Amyl, Isoamyl, Heptyl,
n-Octyl, n-Dodecyl, 2-Butyl, 2 Methyl-2-butyl,
Cyclopentylmethyl, Cyclohexyläthyl,
Cyciohexyipropy!, 2-Phenyläthyl, 2-Phenylpropyl, 2-Naphthyläthyl, Methylnaphthoäthyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl:, 2,2,1 -Bicycloheptyl, Methylcyclopentyl, Dimethylcyclopentyl, Äthylcyclopentyl,
Methylcyclohexyl, Dimethylcyclohexyl,
5-Cycloperitadienyl, Phenylcyclopentyl, Phenyl,
ToIyI, Äthylphenyl Xylenyl, Naphthyl und
Cyciohexylphenyl.
3ek.-Butyl, tert-Butyl, n-Amyl, Isoamyl, Heptyl,
n-Octyl, n-Dodecyl, 2-Butyl, 2 Methyl-2-butyl,
Cyclopentylmethyl, Cyclohexyläthyl,
Cyciohexyipropy!, 2-Phenyläthyl, 2-Phenylpropyl, 2-Naphthyläthyl, Methylnaphthoäthyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl:, 2,2,1 -Bicycloheptyl, Methylcyclopentyl, Dimethylcyclopentyl, Äthylcyclopentyl,
Methylcyclohexyl, Dimethylcyclohexyl,
5-Cycloperitadienyl, Phenylcyclopentyl, Phenyl,
ToIyI, Äthylphenyl Xylenyl, Naphthyl und
Cyciohexylphenyl.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Metallbestandteil dieser Verbindungen um Aluminium.
Zu den vorteilhaftesten organometallischen Aktivierungsmitteln gehören die trialkylsubstituierten Aluminiumverbindungen
sowie die Dialkylhalogenide des Aluminiums, insbesondere solche, deren Alkylgruppen 1
bis 6 Kohlenstoffatome enthalten (wobei wiederum die linearen Alkylgruppen bevorzugt sind). Beispiel solcher
Verbindungen, die bis zu etwa 18 Kohlenstoffatomen im Molekül enthalten können, sind Trimethyl-, Triäthyl-,
Tri-n-butyl- und Tri-isobutylaluminium, Diäthylaluminiumhydrid,
Diäthylaluminiumchlorid und Diäthylaluminiumfluorid. Bestimmte flüchtige oder kohlenwasserstofflösliche
Hydride, beispielsweise die verschiedenen bekannten Hydride des Bors, sowie außerdem Grignard-Reagenzien
sind ebenfalls als Aktivierungsmittel brauchbar.
Die Behandlung des wärmebehandelten Produkts mit der Organometallverbindung kann mit reinen oder
verdünnten Metallalkylverbindungen in der flüssigen Phase oder in der Dampfphase durchgeführt werden.
Als Verdünnungsmittel kann man Kohlenwasserstoffe vom paraffinischen, cyclo-paraffinischen oder aromatisehen
Typ verwenden. Die Metallalkylverbindung kann in dem Verdünnungsmittel in Konzentrationen von 5 bis
50% vorliegen. Eine Lösung von etwa 20% Aluminiumtriäthyl in einem paraffinischen Verdünnungsmittel ist
als Aktivierungsgemisch besonders geeignet. Die Aktivierungsreaktion verläuft exotherm, so daß es
günstig ist, die Aktivierungswärme abzuleiten. Die Temperatur während der Aktivierungsstufe soll zwischen
etwa —18 und etwa 260° C, vorzugsweise zwischen etwa 38 und etwa 93° C, gehalten werden.
jo Während der Aktivierung tritt eine erhebliche Freisetzung
von Gas auf; diese Gase werden üblicherweise aus dem System abgeleitet Man läßt die Aktivierung so
lange fortschreiten, bis keine weitere Reaktion mehr zu beobachten ist; im allgemeinen erfordert dies 0,5 bis 2
Stunden Behandlungsdauer, wobei die Metallalkylverbindung in wenigstens geringem Überschuß verwendet
wird.
Die Behandlung des aktivierten Produkts, die zur Erzielung hochaktiver und beständiger Katalysatoren
dient und als »Fixierungsstufe« bezeichnet wird, gehört zu den kritischen Faktoren der vorliegenden Erfindung.
Abschließend muß das Produkt in einem gasförmigen wasserstoffhaltigen Strom bei einer Temperatur von
wenigstens 150°C behandelt werden, damit ein hochaktiver,
beständiger, in neuartiger Weise heterogener Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten
wird. Die Behandlung des aktivierten Produkts in Gegenwart von Wasserstoff wird bei einer Temperatur
zwischen 150 und 650° C, vorzugsweise etwa 204 bis etwa 650° C, noch besser zwischen etwa 427 und 650° C,
vorgenommen. Weiterhin ist es wichtig, daß die Fixierungsbehandlung in einem gasförmigen, wasserstoffhaltigen
Strom erfolgt Die Fixisrungsbehandlung kann auch in Gegenwart von Inertgasen, wie Stickstoff,
Helium oder Argon, vorgenommen werden, und zwar im Hinblick auf die Tatsache, daß Wasserstoff »in situ«
gebildet wird, wenn men diese inerten Gase verwendet. Bei der Fixierung in Gegenwart von Inertgasen, wie
Stickstoff, Helium und Argon, ergeben sich jedoch
bo notwendigerweise Katalysatoren mit etwas geringerer
Aktivität als bei Durchführung der Fixierung der aktivierten Produkte in einem ganz aus Wasserstoffgas
bestehenden Strom.
Es ist infolgedessen vorzuziehen, daß die Fixierungs-
b5 stufe bei den vorstehend genannten kritischen Temperaturen
in einem gasförmigen Strom vorgenommen wird, der etwa 5 bis 100% Wasserstoff, vorzugsweise
etwa 75 bis etwa 100% Wasserstoff, enthält oder in der
Reaktionszone bildet. Am besten ist es, wenn die Fixierung bei den vorstehend beschriebenen kritischen
Temperaturen in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die vollständig aus Wasserstoff besteht. Wie vorstehend
bereits angedeutet, kann angenommen werden, daß die Funktion des Wasserstoffes während der Fixierungsstufe,
in der der aktivierte Katalysator bei den genannten kritischen Temperaturen behandelt wird, darin besteht,
daß der Katalysator in einer beständigen heterogenen Form fixiert wird. Dabei kommt es außerdem zu einer
Reduzierung der Übergangsmetallverbindung zu einem Valenzzustand, in welchem es leichter und vollständiger
mit dem Metallteil der Organometallverbindung reagieren kann.
Für die beschriebene Fixierung des aktivierten Produkts in Gegenwart von Wasserstoffgas sind im
allgemeinen etwa 1 bis 100 Stunden erforderlich, wobei bei höheren Temperaturen kürzere Zeitspannen benötigt
werden. Dabei ist es — worauf bereits hingewiesen worden ist — sehr überraschend, daß die Aktivität der
Katalysatoren mit der Dauer der Behandlung in Wasserstoff bei hohen Temperaturen, z. B. 427 bis
649° C, zunimmt Dies dürfte vermutlich darauf zurückzuführen sein, daß bei der erfindungsgemäßen Behandlung
eine Reihe von Reaktionen zu Ende geführt werden, die zu einer chemischen Bindung zwischen der
Oberfläche des Trägermaterials und dem Übergangsmetall und dem Metallbestandteil der Organometallverbindung
führen, so daß diese Metalle an der Oberfläche des Katalysators nicht mehr frei wandern und das
Wachstum großer Kristallite begünstigen können. Die Bildung großer Kristallite in üblichen, auf Trägermaterial
befindlichen Katalysatoren führt bekanntlich zu einer Katalysator-Deaktivierung. Die erfindungsgemäßen
Katalysatoren sind infolgedessen sowohl unter extrem milden Hydrierungsbedingungen hochaktiv als
auch unter sehr scharfen Reaktionsbedingungen ungewöhnlich beständig.
Die Fixierung in Gegenwart von Wasserstoff unter den angegebenen Temperaturbedingungen kann auch
durch den Wasserstoffdruck bei der Behandlung beeinflußt werden. Im allgemeinen arbeitet man bei
oder nahe bei Atmosphärendruck, z. B. bei etwa 0,5 bis
etwa 1,5 Atmosphären. Der Wasserstoff-Partialdruck in
der Reaktionszone kann aber bis zu 100 Atmosphären und darüber erhöht werden. Durch den Wasserstoff-Partialdruck
lassen sich die Zeit-Temperatur-Anforderungen für die Ausbildung der chemischen Bindung
zwischen Trägermaterial und Übergangsmetall bzw. Metallteil der Organometallverbindung im allgemeinen
verringern.
Die so behandelten Katalysatoren können dann zusammen mit Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen
Gasen bei Hydrierungs- oder Dehydrierungsreaktionen eingesetzt werden. Olefine, und zwar sowohl solche mit
singulären oder mehrfachen Bindungen, die 2 bis etwa 50 Kohlenstoffatome enthalten, konnten leicht zu
Paraffinnen hydriert werden. Aromatische Verbindungen, die 6 bis etwa 50, vorzugsweise etwa 6 bis etwa 30
Kohlenstoffatome enthalten, konnten zu den entsprechenden Cycloalkanen gesättigt werden. Acetylenische
Verbindungen, die nur eine oder mehrere Bindungen aufwiesen und aliphatischer oder cyclischer Natur
waren und etwa 2 bis etwa 10 Kohlenstoff atome enthielten, konnten mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren
ebenfalls hydriert werden. Katalysatoren, die durch Imprägnierung von Trägermaterialien mit wäßrigen
Salzen von Kobalt oder Eisen hergestellt worden sind, haben sich als sehr brauchbar erwiesen, obwohl
üblicherweise dem Kobalt und insbesondere dem Eisen für Hydrierungsreaktionen nur eine sehr geringe
Aktivität zugeschrieben wird.
Die Katalysatoren können in Form von Aufschlämmungen,
in Festbetten, beweglichen Betten und Wirbelschichtbetten, in flüssiger Phase oder in Dampfphase,
absatzweise, kontinuierlich oder in stufenweisem Betrieb verwendet werden. Hydrierungsreaktionen
ίο können bei bemerkenswert niedriger Temperatur und
bemerkenswert niedrigen Drücken — verglichen mit den üblichen und bekannten Katalysatoren — durchgeführt
werden, und zwar unabhängig davon, ob man in flüssiger Phase oder in der Dampfphase arbeitet.
Hydrierungsreaktionen werden im allgemeiner, bei Temperaturen von etwa —18 bis etwa 538°C,
vorzugsweise Temperaturen zwischen etwa 38 und etwa 26O0C, durchgeführt. Die Reaktionen können bei
niedrigerem Druck oder auch bei höherem Druck als Atmosphärendruck durchgeführt werden; im allgemeinen
liegt der Druck zwischen etwa einer und 500 Atmosphären. Am besten eignet sich der Druckbereich
zwischen etwa einer und etwa 50 Atmosphären für die Durchführung der Reaktionen.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren eignen sich zur Durchführung von Hydrierungsreaktionen in
Systemen, bei denen große Reaktionswärmen gehandhabt und schwierige Kontaktprobleme gelöst werden
müssen, ohne daß es zu einer nennenswerten Zerstö-
jo rung des Katalysators oder einer Ablösung desselben
von dem Trägermaterial kommt. Dies ist zum großen Teil auf die große Beständigkeit und Aktivität der
Katalysatoren zurückzuführen, weil diese es erlauben, daß die Hydrierungsreaktionen bei sehr niedrigen
Wasserstoff-Partialdrücken, z. B. Drücken zwischen etwa einer und etwa 200 Atmosphären, durchgeführt
werden können.
Soll die Hydrierungsreaktion bis zur Vollständigkeit durchgeführt werden, so ist es erforderlich, einen
Wasserstoffüberschuß über die stöchiometrische Menge hinaus zu verwenden. Der Überschuß kann sehr
unterschiedlich sein und zwischen wenigen Prozent bis zu mehreren Hundert oder sogar mehreren Tausend
Prozent betragen. In den letztgenannten Fällen wird der überschüssige Wasserstoff abgetrennt und im System
zurückgeführt Sollen nur Teilhydrierungen durchgeführt werden, so kann die Reaktion auf der Basis der
Wasserstoff-Konzentration, z. B. dem Molverhältnis von H2 zu Ausgangsmaterial oder durch die Reaktionskinetik,
z. B. Verwendung eines Wasserstoffüberschusses und Kontrolle der Reaktion durch Zeit, Temperatur
und H2-Partialdruck reguliert werden.
Die Versuche A bis F in Tabelle I erläutern die kritischen Eigenschaften der Katalysator-Trägermaterialien,
die im Rahmen der Erfindung erforderlich sind. Die Messungen wurden durchgeführt, indem man reine,
sorgfältig getrocknete und von Sauerstoff befreite
Trägermaterialien (in denen keine Übergangsmetalle vorhanden waren) der Reaktion mit Aluminiumtriäthyl
(im Überschuß) aussetzte. Das freigesetzte Gas wurde gemessen, aufgefangen und analysiert. Die Gesamtäthanmenge,
die erzeugt wird, ist ein direktes Maß für den Hydroxylgruppengehalt auf dem Trägermaterial
(vgl. J. Catalysis, 7,362,1967).
Die Trägermaterialien wurden nach der Behandlung mit dem Überschuß an Aluminiumtriäthyl in Stickstoff
oder Wasserstoff auf 204° C erhitzt, dann abgekühlt und mit einem Überschuß an Wasser hydrolysiert. Die
gebildeten Gase wurden gemessen, aufgefangen und analysiert. Diese Gase sind ein quantitatives Maß für die
funktionellen Gruppen, die zum Aluminiumtriäthylrest
Beschreibung der Katalysator-Träger
(theoretisch — AlÄt2) gehören und jetzt fest an das
Trägermaterial gebunden sind. Die Tendenz zur Bildung von Gruppen, wie Hydrid, ist insbesondere ein Maß für
die Effizienz, welche die Trägermaterialien den erfindungsgeimäßen Katalysatoren geben.
Versuch | Katalysator-Träger | Hydroxyl | -Gruppen. | Fixierungnbedingungen | Temperatur | Hydrid |
Millimol | 0C | gruppen nach | ||||
204 | der Fixierung, | |||||
pro g | pro cm2 | Atmosphäre | 204 | |||
Millimol/g | ||||||
A | Aluminiumoxid | 1,68 | 0,0060 | Stickstoff | 204 | 0,12 |
B | Aluminiumoxid | 1,30 | 0,0064 | Stickstoff | 0,15 | |
(Alkoholat) | 204 | |||||
C | Aluminiumoxid | 1,28 | 0,0063 | Wasserstoff | 204 | 0,14 |
(Alkoholat) | 204 | |||||
D | Siliciumoxid | 0,06 | 0,00010 | Stickstoff | 0,004 | |
E | Titanoxid-Gel | 0,24 | 0,0022 | Stickstoff | 0,19 | |
F | Aktivkohle | 0,11 | 0,00008 | Stickstoff | 0,12 | |
Man erkennt aus den Ergebnissen in Tabelle I, daß die beiden Arten von aktiviertem Aluminiumoxid und
Titanoxid-Gel die besten Trägermaterialien sind. Siliciumoxid ist als Trägermaterial nicht brauchbar, weil
es einen sehr geringen Hydroxylgruppengehalt aufweist und praktisch keine Tendenz zur Bildung von Hydriden
aufweist. Aktivkohle ist ebenfalls kein gutes Trägermaterial, weil sein Hydroxylgruppengehalt ebenfalls
niedrig ist, andererseits Hydridgruppen leicht an den Stellen der Hydroxylgruppen gebildet werden. Im
folgenden kann jedoch gezeigt werden, daß Aktivkohle hinsichtlich seiner Brauchbarkeit als Trägermaterial für
die erfindungsgemäßen Katalysatoren verbessert werden kann, indem man die Oberfläche der Kohle oxydiert.
150 g aktiviertes Aluminiumoxid wurden mit 140 g einer wäßrigen Lösung von 36%igem C0CI2 ■ 6 H2O
behandelt. Nach etwa fünfstündigem Trocknen im Vakuum bei 204 bis 232° C lagen 162,3 g eines intensiv
blauen Katalysators vor; er wies nach dem Trocknen im Vakuumofen 53% Kobalt (berechnet als Metall) auf.
Ein Quarzrohrreaktor wurde mit 26,1 g dieses Katalysators beschickt, der dann bei 316° C in Stickstoff
eineinhalb Stunden vorkonditioniert, mit Aluminiumtriäthyl
aktiviert und schließlich in Wasserstoff bei 204° C fixiert wurde.
Eine 20%ige Lösung von n-Butyraldehyd in n-Heptan wurde bei Atmosphärendruck hydriert, wobei folgende
Ergebnisse (ausgedrückt auf lösungsmittelfreier Basis) erzielt wurden:
Zeitraum | Katalysator- | Produkt- | Analyse, % | schwerere |
temp., 0C | Produkte | |||
n-C4 | n-Oi | 7,6 | ||
AId. | Alk. | 6,3 | ||
1 | 148 | 0,5 | 91,9 | 8,8 |
2 | 149 | 0,5 | 93,2 | |
3 | 163 | 1,9 | 89,3 | |
Ein handelsüblicher Kobalt-Molybdän-auf-Aluminiumoxid-Katalysator,
welcher etwa 3,5% CoO und 12% MoO3 enthielt und in Form von kleinen Stäbchen mit
0,16 cm vorlag, wurde in einer Menge von 36,7 g in ein Quarzreaktionsrohr eingefüllt und in einem trockenen
Stickstoff strom bei 316° C eine Stunde vorkonditioniert.
Der Katalysator wurde bei 649°C 12 Stunden kalciniert, bevor er in das Rohr eingefüllt wurde. Nach dem
Abkühlen in trockenem Stickstoff wurde das Katalysatorbett mit 20%igem Aluminiumtriäthyl geflutet. Die
Maximaltempieratur, die erreicht wurde, lag bei 71°C.
Nach 40 Minuten wurde die Lösung abgezogen, und der Katalysator wurde bei 260° C in einem trockenen
Wasserstoffstrom 15 Minuten fixiert Nach dem Abkühlen wurde der Katalysator zusammen mit- 290 ml
n-Octan und 60 ml Benzol unter Rühren in einen 1-Liter-Autoklav gefüllt. Bei einer Temperatur von 107
bis HO0C und einem Druck von 14,1 kg/cm2 wurde das
Benzol in einer Stunde vollständig hydriert
Etwa 80 ml des vorstehend beschriebenen Produkts wurden in dem Reaktor belassen und mit einer frischen
Charge von 160 ml Octan und 60 ml Benzol vereinigt. Dieser Ansatz wurde dann bei 74 bis 77° C und einem
Druck von 14,1 kg/cm2 hydriert; diese Hydrierung war in etwa 1,5 Stunden abgeschlossen. Die Selektivität zu
Cyclohexan lag bei praktisch 100%.
Zum Vergleich wurde ein mit Wasserstoff reduzierter Platin-auf-Aluminiumoxid-Katalysator(0,5% Pt), der für
die großtechnische Hydrierung von Benzol benutzt wird, unter Bedingungen getestet die mit dem
vorstehend beschriebenen zweiten Hydrierungsversuch identisch waren. Die vollständige Hydrierung des
Benzols erforderte 2,0 Stunden.
Ein handelsüblicher Nickel-Molybdän-Aluminiumoxid-Hydrierungskatalysator
(Fe'nheit gemäß DlN-Prüfsieb-Tabelle: 16 bis 56 Maschen pro cm2), welcher 3
bo bis 4% NiO und 14 bis 16% MoO3 enthielt, wurde mit
Aluminiumtriäthyl in der in Beispiel 2 beschriebenen Weise aktiviert.
53 g des aktivierten Katalysators wurden dann unter Rühren zusammen mit 240 ml n-Octan und 60 ml Benzol
in einen Autoklav gegeben, die Hydrierung wurde bei 74 bis 77°C und einem Druck von 14,1 kg/cm2 durchgeführt;
die Umwandlung des Benzols zu Cyclohexan war nach einer Stunde abgeschlossen.
Beispie! 4
Ein Katalysator mit einem Gehalt von 6,5 Gew.-% Eisen wurde hergestellt, indem man ein Aluminiumoxid
vom Alkoholattyp mit wäßrigem Eisennitrat imprägnierte. In der folgenden Tabelle ist die Benzol-Hydrierungsaktivität
dieses Katalysators nach Aktivierung gemäß vorliegender Erfindung (vork*.nditioniert in H2
bei 427° C und fixiert in der mehrfach beschriebenen Weise) mit der Aktivität desselben Katalysator nach
Aktivierung unter schärferen Hydrierungsbedingungen verglichen.
Versuch | - 6,5% Fe auf | B | C | ι | 649 | |
A | Aluminiumoxic | 1 | 16 | |||
Katalysator | Standard-Behandlung | Nach | ||||
AlÄt3-Behandlung | Fixierung | |||||
Fixierung (H2 Atm.) | keine | 204 | ||||
Temp. 0C | Vor AlÄt3 | 1 | 50 | |||
Zeit, h | 649 | Behandl. | Nach | 20 | ||
16 | Fixierung | — | ||||
Mossbauer-Werte, geschätzte | 85 | 30 | ||||
Fe-Menge in % als | — | 65 | 3,3 | |||
Fe+3 | 15 | 25 | ||||
Fe+2 | — | — | — | 0,37 | ||
«-Fe2O3 | — | 10 | ||||
«-Fe | — | 3,2 | ||||
Zeit, h, bis zur vollständigen | — | |||||
Hydrierung | 1000 + | 0,34 | ||||
Absolute Hydrierungsaktivität, | ||||||
Mol/h/g Fe | < 0,0001 | |||||
Der Katalysator, der durch Wasserstoff allein aktiviert wurde, ist im wesentlichen inaktiv bei der
Benzolhydrierung (bei 1000C und 42,2 kg/cm2). Zwischen
den unter milden Bedingungen fixierten (204° C) und den unter scharfen Bedingungen fixierten (650° C)
Katalysatoren zeigen sich nur geringe Unterschiede. Die Mossbauer-Ergebnisse (Anwesenheit von «Eisen)
zeigen, daß dieser Katalysator eine zu hohe Eisenkonzentration für eine maximale Aktivität und vollständige
Stabilisierung aufweist.
Ein Katalysator, entsprechend dem von Beispiel 4, wurde aus Eisennitrat auf demselben Aluminiumträger
hergestellt, jedoch betrug der Eisengehalt jetzt 3,2 Gew.-%. Dieser Katalysator wurde nach der Methode B
gemäß Beispiel 4 aktiviert, so daß die Aktivität bei der Benzol-Hydrierung 0,04 Mol/h/g Fe bei 100° C und 0,38
Mol/h/g Fe bei 149° C betrug. Dieselbe Katalysatorcharge
wurde dann in das Rohr zurückgegeben und in Wasserstoff 16 Stunden bei 6490C erhitzt. Die Versuche
zur Hydrierungsaktivität wurden wiederholt Bei 100° C
betrug die Aktivität 0,54 Mol/h/g Fe und bei 1490C betrug die Aktivität 2,4 Mol/h/g Fe. Bei dieser
geeigneteren Eisenkonzentration und dem geeigneteren Al/Fe-Verhältnis ist die Stabilisierung des Eisens
durch das Aluminium viel vollständiger und die Aktivität ist stark erhöht
Eine Reihe von Eisenkatalysatoren, welche 0,8,1,6,3,2
und 6,4% Eisen enthielten, wurden mit einem Aluminiumoxid-Träger vom Alkoholat-Typ hergestellt.
Der Träger enthält ein -OH-Gruppenäquivalent von 1,2 Millimol/g; das Fe wurde durch Imprägnieren des
Trägers mit FeCl3 · 6 H2O aufgebracht. Die Katalysatoren
wurden bei 316° C in einer ^-Atmosphäre
vorkonditioniert, mit 20% AlAt3 in n-Heptan behandelt
und schließlich in Wasserstoff bei 2040C fixiert. Die Aktivität der Katalysatoren wurde auf absoluter Basis
(Mol Benzol, die pro Gramm Fe pro Stunde hydriert wurden) in einem Standard-Hydrierungsversuch bei
1000C und einem Druck von 42,2 kg/cm2 bestimmt.
Folgende Ergebnisse wurden erzielt:
Versuch | Gew.-% | Mol-Verh. | Hydrierungs |
geschwindigkeit | |||
Mol/h/g Fe | |||
Fe | Fe/OH | 1000C 149°C | |
A | 6,4 | 1,01 | 1,94 |
B | 3,2 | 0,49 | 2,60 - |
C | 1,6 | 0,24 | 1,11 - |
D | 0,8 | 0,12 | 0,17 1,18 |
Die Ergebnisse beweisen die kritische Wirkung des Übergangsmetall/Hydroxylgruppen-Verhältnisses bei
der Herstellung dieser Katalysatoren. Es zeigt sich ein ziemlich scharfes Maximum in der katalytischen
Aktivität bei einem Fe/OH-Molverhältnis von etwa 0,5.
Aber selbst bei einem weniger günstigen Verhältnis von 0,12 ist die Aktivität des Katalysators um mehr als das
bo Sechsfache erhöht, wenn man die Temperatur auf 149° C
erhöht.
In diesem Beispiel soll das Vorhandensein von
b5 Fe- Al-Bindungen in hochaktiven Eisenkatalysatoren,
die gemäß der Erfindung hergestellt worden sind, gezeigt werden. Weiterhin soll die Eisenmenge gezeigt
werden, die in dem aktiven Katalysator vorhanden ist
Die Methode basiert auf der Hydrolyse der aktivierten, fixierten Katalysatoren mit Deuterumoxid; bei der
Deuterolyse ergeben (1) Hydridgruppen an Al oder Fe HD und (2) -Al-Fe-D.rektbindungen D2. Das
gebildete D2 ist ein direktes Maß für — Al—Fe-Gnippen.
Die beiden aktivsten Katalysatoren von Beispiel 6 (6,4% Fe und 3,2% Fe, vorkonditioniert bei 316° C)
wurden für diese Versuche verwendet Alle Gase, die während der Behandlung mit 20%igem AlAt3, während
der Wasserstoffixierung und während der Deuterolyse mit einem Überschuß an D2O gebildet wurden, wurden
gemessen, aufgefangen und analysiert Die Deuterolysegase wurden auf HD, D2 sowie deuterierte Komponenten
des Methans und Äthans zusätzlich zu den üblichen Komponenten analysiert Die Ergebnisse dieser erschöpfenden
Versuche an den beiden Eisenkatalysatoren waren folgende:
Versuch
A B
A B
10
15
20
25
Katalysator, Gew.-% Fe 6,4 3,2
Gesamtgasmenge bei der Beuterolyse, 1,52 1,78
mMol/g Kat
mMol/g Kat
Gebildetes D2, mMol/g Kat. 0,41 0,34
Gebildetes HD, mMol/g Kat. 0,34 0,39
D2, Mol-% auf Fe 36 59
Hydrierungsaktivität, Mol/h/g Fe 1,94 2,60
Die D2-Konzentration, ausgedrückt als Mol-% auf Fe,
ist ein Maß für die prozentuale Eisenmenge, die in einer katalytisch aktiven Form vorliegt, d. h, welche durchschnittlich
eine direkte chemische Bindung von Eisen zu Aluminium aufweist. Der Katalysator, der die größere
prozentuale Eisenmenge in dieser Form gebunden enthält ist derselbe wie in Beispiel 6, Versuch B.
Um den Einfluß der Vorkonditionierung des Katalysators bei erhöhten Temperaturen zu zeigen, wurde ein
Katalysator, der 6,4% Fe (als FeCl3) auf (Alkoholat-)
Aluminiumoxidträger enthielt, in der in Beispiel 6 beschriebenen Weise aktiviert; die Temperatur bei der
2stündigen Vorkonditionierung in einer Stickstoffatmosphäre wurde von 149 auf 316 und auf 482° C verändert
Die Aktivität wurde in Benzol-Hydrierungsversuchen 5c gemessen.
40
Versuch Vorkonditionierungstemperatur,
°C
Absolute Hydrierungsgeschwindigkeit in
Mol/h/g Fe
Mol/h/g Fe
55
A | 149 |
B | 316 |
C | 482 |
0,26
1,94
1,60
1,94
1,60
60
Diese Ergebnisse zeigen deutlich, daß sich bei niederen Vorbehandlungstemperaturen ein schlechterer
Katalysator ergibt Bei der höchsten Temperatur, 482° C, kann es zu einem geringeren Kristallitwachstum
kommen, weil sich die hohe Stabilität dieser Katalysatoren vor der Alkylbehandlung und . Fixierung in
Gegenwart von Wasserstoff nicht realisieren läßt.
Mit diesem Beispiel soll die Bedeutung einer Hydroxylfunktionalität bei einem Trägermaterial wie
Aktivkohle gezeigt werden. Aktivkohle mit einer Oberflächengröße von 0,871 mVg wurde mit einer
wäßrigen Lösung von Ferrichlorid imprägniert, so daß
sich ein Eisengehalt von 6,0 Gewichtsprozent ergab. Eine weitere Probe der Kohle wurde bei 260" C 16
Stunden an der Luft oxidiert und dann imprägniert, so daß sich ebenfalls 6% Eisen ergaben. Beide Katalysatoren
wurden bei 316°C in einer ^-Atmosphäre 2 Stunden vorkonditioniert, dann mit 20%iger Triäthylaluminiumlösung
behandelt und schließlich in Wasserstoff 1 Stunde bei 2040C fixiert Die so gewonnenen
Katalysatoren zeigten folgende Benzol-Hydrierungsaktivität:
Benzol-Hydrierungstemperatur, °C
Hydrierungsaktivität,
.Mol/h/g Fe
.Mol/h/g Fe
Kohleträger,
nicht voroxidiert
nicht voroxidiert
Kohleträger, voroxidiert
0.023
0,j53
0,155
0,j53
0,155
0,040
0,130
0,360
0,130
0,360
Durch die Voroxidation des Kohleträgers wird die Aktivität der Katalysatoren mehr als verdoppelt.
Verglichen mit der Aktivität von Aluminiumoxid ist Kohle jedoch ein verhältnismäßig schlechtes Trägermaterial
für die erfindungsgemäßen Katalysatoren, weil seine Hydroxylfunktionalität auch nach einer Oxidation
weit vom Optimum entfernt ist
Beispiel 10
Ein Titangelträger mit einer Oberflächengröße von 106m2/g wurde auf seinen Hydroxylgruppengehalt
analysiert, der mit 0,24 mMol/g festgestellt wurde (vgl.
Beispiel 1). Dieser Träger (100 g) wurde mit einer Lösung imprägniert, die durch Auflösen von 17 g
FeCl3 ■ 6 H2O in so viel Wasser, daß sich 65 cm3 Lösung
ergaben, hergestellt worden war. Es wurde praktisch die ganze Lösungsmenge absorbiert und der Eisengehalt
des Katalysators lag nach dem Trocknen im Vakuumofen bei 3,2 Gewichtsprozent
50 cm3 dieses Katalysators wurden wie folgt aktiviert: (a) Vorkonditionierung 2 Stunden bei 316°C in einem
trockenen Stickstoffstrom; (b) Behandlung mit einem Überschuß an 20%iger AlÄt3-Lösung — Maximaltemperatur
89° C; (c) Fixierung in Wasserstoff 1 Stunde bei 2040C.
Der aktivierte Katalysator (56,4 g) wurde mit 250 cm3 Benzol in einen mit Rührer ausgestatteten Autoklav
gegeben; der Hydrierungsversuch wurde bei 100°C und
einem H2-Druck von 42,2 kg/cm2 durchgeführt. Die
Hydrierung war in 11/2 Stunden abgeschlossen; die Katalysatoraktivität wurde mit 1,03 Mol/h/g Fe
berechnet
Beispiel 11
Ein Eisenkatalysator mit 3,2% Fe, hergestellt mit Eisennitrat auf einem Alkoholat-Aluminiumoxidträger,
wurde zu Vergleichszwecken mit Diäthylzink und Triäthylbor an Stelle von Triäthylaluminium aktiviert.
Die Vorkonditionierungs- und Fixierungsbedingungen und die Hydrierungsaktivitäten der Katalysatoren sind
in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
809B36/iOO
Versuch A B
Eingesetztes Alkyl AlÄta BÄü ZnÄt2
Vorkonditionierungstemp., 0C 316 316 316
Alkylierungstemp„ °C (Max.) 93 288 88
Temp. b. d. H2-Fixierung, 0C 204 204 649
Dauer der H2-Fixierung, hl 1 16
Hydrierungsaktivität
Mol/h/g Fe, bei einer 038 0,031 0,11
Temp, in °C von 149 200 200
Ein Katalysator mit einem niedrigen Nickelgehalt (0,6 Gew.-% Ni) wurde hergestellt, indem einen Alkoholat-Aluminiumoxidträger
mit einer wäßrigen Lösung von Nickelacetat imprägnierte. Die Hydrierungsgeschwindigkeiten
nach einer Aktivierung mit Wasserstoff allein und nach dem Verfahren gemäß der Erfindung sind in
der folgenden Tabelle angegeben:
Versuch
A BC
Katalysator
AlÄt3-Behandlung
Fixierung (H^-Atm.)
AlÄt3-Behandlung
Fixierung (H^-Atm.)
Temp., 0C
Zeit, h
Absol. Hydrierungsaktivität,
Mol/h/g Ni
Mol/h/g Ni
-0,6% Ni auf Al-Oxid-
keine
649
0,31
-Standard-
204
5,3
2,2
649
3,2
3,7
Die Edelmetalle der Gruppe VIII lassen sich mit Hilfe
des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls in hochaktive und beständige Katalysatoren umwandeln. Edelmetalle
werden wegen ihrer Kosten und ihrer Aktivität im allgemeinen in sehr geringen Konzentrationen, z. B. 0,1
bis 1,0%, auf dem Trägermaterial verwendet. Bei üblichen Trägermaterialien ergibt sich dann ein sehr
hohes Alkylmetall/Edelmetall-Molverhältnis, z. B. 20/1 bis 100/1. Unter solchen Bedingungen und bei milder
Fixierung kann das Edelmetall unter dem Alkylmetall »begraben« werden, so daß sich eine schlechte
Katalysatoraktivität ergibt Bei sehr scharfen Fixierungsbedingungen
kann dieser Effekt jedoch überwunden werden, so daß hochaktive und extrem beständige
Katalysatoren entstehen.
Ein 0,6%iger Platin-auf-Alkoholat-Aluminiumoxid-Katalysator
wurde durch Imprägnieren mit wäßriger Chlorpiatins?ure hergestellt Die Aktivität dieses
Katalysators nach unterschiedlich starker Wasserstoff-Aktivierung war wie folgt:
Versuch | |
A BC | |
Katalysator | 0,6% Pt auf |
—Alkoholat-Al-oxid— | |
H2-Reduktionsbedingungen | |
Temp., °C | 427 649 649 |
Zeit, h | 2,5 2,5 18,5 |
Versuch
A B
A B
Zeit bis zur vollständigen
Hydrierung, h
Absolute Hydrierungsaktivität, Mol/h/g Pt
Hydrierung, h
Absolute Hydrierungsaktivität, Mol/h/g Pt
0,90 1,33 1,75
22,8 18,0 12,2
22,8 18,0 12,2
ίο Die abnehmende Aktivität bei steigender Schärfe der
Wasserstoffreduktion wird auf das Wachstum größerer Platinmetallkristallite zurückgeführt Ein entsprechender
Beweis durch Röntgenstrahl-Analyse ließ sich bei der geringen Platinkonzentration jedoch nicht führen.
Versuch
D E
D E
Katalysator
AlÄta-Behandlung
Fixierung (H2-Atm.)
Fixierung (H2-Atm.)
Temp, °C
Zeit,h
Zeit bis zur vollständigen 53
Hydrierung, h
Hydrierung, h
Absolute Hydrierungs- 0,37
aktivität, Mol/h/g Pt
aktivität, Mol/h/g Pt
—0,6% Pt auf Alkoholat--Al-oxid
-Standard -
204
427
2,5
15,8
2,5
15,8
649
16
1,6
649
32
0,67
1,40 11,8 17,2
Hier erkennt man, daß die Aktivität des Katalysators mit zunehmender Schärfe der Wasserstoff-Fixierung
zunimmt und daß die geringe Aktivität bei milder Fixierung (Versuch D) vollständig überwunden ist Die
extreme Stabilität des Katalysators von Versuch G ist typisch für Edelmetallkatalysatoren, die mit Hilfe des
erfindungsgemäßen Verfahrens aktiviert worden sind. Eine Wasserstoff-Aktivierung (oder Umsetzung mit
Wasserstoff) unter äquivalenten Zeit-Temperatur-Bedingungen würde zu einer voraussagbaren Aktivität von
5 bis 7 Mol/h/g Pt führen.
Ein Molybdän-Katalysator mit 13 Gew.-% MOO3
wurde hergestellt, indem man 200 g eines Alkoholat-Aluminiumoxid-Trägers
mit einer Lösung von 38 g eines Ammoniummolybdats (82% MOO3) in 120 cm3 Wasser
imprägnierte. Die gesamte Flüssigkeit wurde absorbiert; der Katalysator wurde dann im Vakuumofen
getrocknet
50 cm3 dieses Katalysators wurden in ein Quarzrohr gegeben und in einem trockenen Stickstoffstroni 2
Stunden auf 427° C erhitzt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde der Katalysator mit 20%igem
Triäthylaluminium behandelt, wobei sich vorübergehend eine Maximal-Temperatur von 910C einstellte.
Nach einer Stunde wurde die Flüssigkeit abgezogen und
to der Katalysator wurde in Wasserstoff eineinhalb Stunden bei 204° C fixiert
39 g des aktivierten Katalysators und 250 cm3 Benzol wurden in einen mit einem Rührer ausgerüsteten
Autoklav gegeben und bei 100° C und 42,2 kg/cm2
h5 H2-Druck hydriert. Die Reaktion war in 3 Stunden
vollständig abgelaufen; die Hydrierungsgeschwindigkeit konnte mit 0,28 Mol hydriertes Benzol pro Stunde pro g
Molybdän berechnet werden.
Die weiter unten angegebenen Werte wurden mit einem 13%igen MoOs-auf-Alkoholat-Aluminiumoxid-Katalysator
gewonnen und sollen folgendes zeigen:
(1) Wasserstoffaktivierung im Vergleich zur erfindungsgemäßen Aktivierungsmethode;
(2) zunehmende Fixierungsschärfe in einer Wasserstoffatmosphäre;
(3) Fixierung in Wasserstoff im Vergleich zur Fixierung in Stickstoff unter scharfen Bedingungen;
(4) den Einfluß der erfindungsgemäßen Aktivierungsmethode bei der Verhinderung der Bildung großer
Obergangsmetallkristallite (freie Metalle).
Versuch
A
A
Katalysator-Aktivierung, AlÄt3-
Behandlung
Fixierung
Atmosphäre
Temperatur, °C
Zeit, h
Dauer der vollständigen Umsetzung, h
Absolute Hydrierungsaktivität (b)
ReI. Mo-Metall (c)
-Keine -
Standard-Behandlung (a)
- Wasserstoff -
—Stickstoff
649 204 482 649 427
44 1 16 16 16
G9 91 3,3 1,83 1,60 6,6
0,012 0,0096 0,27 0,42 0,53 0,12
0,69 1,00 0,000 - 0,036 0,012
(a) Katalysator auf 427° C 2 Stunden im N2-Strom erhitzt, abgekühlt und mit einem Überschuß an 20% AlÄt3 bei Raumtemperatur
behandelt.
(b) Mol hydriertes Benzol pro Stunde pro g Metall.
(c) Durch Röntgenstrahl-Beugungsanalyse, relative Werte, bezogen auf den am stärksten reduzierten Katalysator =1,00.
Die Versuche C, D und E zeigen die Wirkung jo
zunehmender Fixierungsschärfe in Wasserstoff.
Die Versuche C, D und E zeigen die erfindungsgemäße Aktivierungsmethode und stehen im Vergleich zu
den Versuchen A und B, die eine Aktivierung mit Wasserstoff zeigen. Aus den Werten der Röntgenstrahl- j-,
Beugungsanalysen für diese Versuche erkennt man, wie die erfindungsgemäße Methode die aktiven Katalysatorsorten
in einer sehr stabilen hoch dispersen Form stabilisiert
Die Versuche D und F zeigen die Wirkung einer Fixierung in Stickstoff im Vergleich zu einer Fixierung
in Wasserstoff; diese Versuche beweisen außerdem, daß die Anwesenheit von zugesetztem Wasserstoff während
der Fixierung zu eine erheblichen Erhöhung der Hydrierungsaktivität des Katalysators führt.
Die in der folgenden Tabelle zusammengestellten Werte wurden mit 2 Wolfram-Katalysatoren erhalten;
es handelte sich um Katalysatoren auf Alkoholat-Aluminiumoxid-Trägern
mit 27 bzw. 9% WO3. Aus den Ergebnissen erkennt man den Einfluß der Konzentration
des Übergangsmetalls, d.h. in diesem Fall des Wolframs.
Versuch A
WO3-Konzentration, Gew.-%
Aktivierung AlÄt3-Behandlung
Fixierung (H2)
Aktivierung AlÄt3-Behandlung
Fixierung (H2)
Temp., °C
Zeit, h
Dauer bis zur vollständigen Umsetzung, h
Absolute Hydrierungs-Aktivität, Mol/h/g W
Röntgenanalyse, Auswertung
Absolute Hydrierungs-Aktivität, Mol/h/g W
Röntgenanalyse, Auswertung
27 | 27 | otanoara | 27 | 9 | 9 | 9 |
keine | 204 | keine | ||||
649 | 1 | 649 | O IaIlU 3XQ— | |||
16 | 3,6 | 649 | 16 | 204 | 649 | |
153 | 0,057 | 16 | 1000 | 1 | 16 | |
0,0017 | 2) | 77 | 0,0001 | 5,6 | 5,7 | |
1) | 0,0028 | 4) | 0,18 | 0,18 | ||
3) | 5) | 6) |
Hauptsächlich W-Metall, auch W02 und W3O, W>WO2i«W3O.
Keine kristallinen Formen von W-Metall oder Oxiden.
W-Metall, evtl. WO2 und WaO.
Kein W-Metall, evtl. kleine Menge WO2.
Kein W-Metall, weniger WO2 als bei Versuch D.
Keine kristallinen Formen von W-Metall oder Oxiden.
Die Versuche A, B und C mit den hohen (Versuch A). Dieser Katalysator ist jedoch unter den
Wolframkonzentrationen zeigen, daß der mit AlAt3 b5 Bedingungen einer scharfen Wasserstoff-Fixierung
aktivierte und in Wasserstoff fixierte Katalysator instabil. Das Al/W-Verhältnis (Al aus AlAt3) reicht nicht
(Versuch B) mehr als 50mal so aktiv ist wie der aus, um diese Menge an Wolfram zu stabilisieren.
Katalvsator. der mit Wasserstoff aktiviert worden ist Das Al/W-Verhältnis ist bei der 9%igen WO3-Kon-
zentration viel günstiger, so daß die Hauptmenge des Wolframs stabilisiert wird und keinem Kristallitwachstum
unterliegt, wobei außerdem die Aktivität konstant bleibt, wenn die Fixierungsbedingungen verschärft
werden (vgl. Versuch F gegenüber Versuch E).
Beispiel 17
Die Ergebnisse mit einem Katalysator mit noch geringerem Wolframgehalt (6% WO3 auf einem
Alkoholat-Aluminiumoxid-Träger) zeigen deutlich eine Verbesserung der Aktivität bei verschärfter Fixierung.
Dieser Katalysator wies nach einer Standard-AlAt3-Aktivierung (wie in Beispiel 16) und einstündiger
Fixierung in Wasserstoff bei 2040C eine Benzol-Hydrierungsaktivität
von 0,10 Mol/h/g W auf. Derselbe Katalysator wurde dann in das Aktivierungsrohr zurückgegeben und einer erneuten 16stündigen Fixierungsbehandlung
in Wasserstoff bei 649° C unterworfen. Der Katalysator wies danach eine Aktivität von 0,71
Mol/h/g W auf. Diese Aktivität war jetzt vollständig
stabilisiert.
Es wurde ein Katalysator hergestellt, indem man 200 g eines Aluminiumoxids mit einer Lösung von 3 ml
Perrheniumsäure (mit Wasser auf 120 ml Lösung aufgefüllt; 13 g Re/ml) imprägnierte. Die gesamte
Lösung wurde absorbiert Der Katalysator wurde im Vakuumofen getrocknet und wies danach einen
Rheniumgehalt von 2,0 Gew.-% auf.
Das Quarz-Aktivierungsrohr wurde mit 55 cm3 des so
gewonnenen Katalysators beschickt und in einem trockenen Stickstoffstrom 2 Stunden auf 316° C erhitzt.
Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde das Katalysatorbett vom Boden her mit einer 20%igen
Aluminiumtriäthyl-Lösung geflutet. Die Maximaltemperatur erreichte 99°C. Nach einer Stunde wurde die
Lösung abgezogen und der Katalysator wurde in einer Stunde in Wasserstoff bei 204° C fixiert.
In einen mit Rührer versehenen Autoklav gab man 51,5 g des so gewonnenen Katalysators und 250 cm3
einer 2O°/oigen Lösung von Benzol in n-Octan. Bei einer
Temperatur von 127° C und einem Wasserstoffdruck von 35,2 kg pro Quadratzentimeter wurde das Benzol
mit einer Geschwindigkeit von 0,22 Mol pro Stunde pro Gramm Re hydriert
Beispiel 19
Es wurde ein Katalysator hergestellt, indem man 200 g Aluminiumoxid mit einer Lösung imprägnierte,
die durch Auflösen von 40 g CrC>3 in so viel Wasser, daß sich eine Gesamtvolumenmenge von 125 ml ergab,
hergestellt worden war. Die gesamte Flüssigkeit wurde absorbiert Der Katalysator wurde im Vakuumofen
getrocknet und wies danach einen Chromgehalt von 9 Gew.-% auf.
Der Katalysator (60 cm3) wurde wie folgt aktiviert:
(1) Erhitzen in Luft 16 Stunden bei 538°C;
(2) Erhitzen in trockenem Stickstoff 1 Stunde bei 538° C;
(3) Abkühlen auf Raumtemperatur und Behandlung mit einem Überschuß einer 20%igen Aluminiumtriäthyl-Lösung,
wobei die Maximaltemperatur 1160C
erreichte;
(4) Schlußbehandlung in Wasserstoff, 2 Stunden bei 204° C.
Der aktivierte Katalysator (49 g) wurde in den mit Rührer versehenen Autoklav gegeben, und zwar
zusammen mit 250 cm3 Benzol. Die Hydrierung bei 149° C und einem H2-Druck von 42,2 kg pro Quadrat-Zentimeter
lief mit einer gemessenen Reaktionsgeschwindigkeit von 0,062 Mol hydriertes Benzol pro
Stunde pro Gramm Chrom ab.
Es wurde ein Katalysator hergestellt, indem man 200 g Alkoholat-Aluminiumoxid mit einer Lösung von
38 g Ammoniumvanadat, welche in einer Mischung aus 80 cm3 Wasser und 60 cm3 Monoäthanolamin gelöst
waren — wobei das letztere zur Vermittlung der Lösung des Ammoniumvanadats zugesetzt war — imprägnierte.
Nach dem Trocknen im Vakuumofen enthielt der Katalysator 7,5% Vanadin.
Der Katalysator wurde wie folgt aktiviert:
Der Katalysator wurde wie folgt aktiviert:
(1) 7'/2Stündiges Erhitzen in Luft bei 538°C;
(2) einstündiges Erhitzen in trockenem Stickstoff auf 427° C;
(3) Abkühlen auf Raumtemperatur und Behandlung mit einem Überschuß an Aluminiumtriäthyl
(20%ige Lösung), wobei die Maximaltemperatur 96° C erreichte;
(4) Fixierung in Wasserstoff eine Stunde bei 2040C.
Der aktivierte Katalysator (41 g) wurde in einen Autoklav gefüllt, und zwar zusammen mit 250 cm3
Benzol. Die Hydrierung verlief bei einem H2- Druck von 42,2 kg/cm2 bei 1000C mit einer Geschwindigkeit von
0,08 Mol/h/g Vanadin und bei 149° C mit einer Geschwindigkeit von 0,21 Mol/h/g Vanadin.
Ein Katalysator mit 6 Gew.-% Kupfer wurde hergestellt, indem man 200 g Aluminiumoxid mit einer
Lösung imprägnierte, die hergestellt worden war durch Auflösen von 34 g CuCl2 · 2 H2O in so viel Wasser, daß
sich 160 cm3 Lösung ergaben. Die gesamte Lösung wurde absorbiert; der Katalysator wurde im Vakuumofen
getrocknet.
Das Akfivierungsrohr wurde mit 47,2 g des Katalysators beschickt, wobei das Gewicht nach der Vorkonditionierung des Katalysators bei 427° C (2 Stunden in trockenem Stickstoff) bestimmt wurde. Der Katalysator wurde dann mit einem Überschuß an Aluminiumtriäthyl aktiviert und eine Stunde in Wasserstoff bei 2040C fixiert.
Das Akfivierungsrohr wurde mit 47,2 g des Katalysators beschickt, wobei das Gewicht nach der Vorkonditionierung des Katalysators bei 427° C (2 Stunden in trockenem Stickstoff) bestimmt wurde. Der Katalysator wurde dann mit einem Überschuß an Aluminiumtriäthyl aktiviert und eine Stunde in Wasserstoff bei 2040C fixiert.
Der fixierte Katalysator wurde anschließend mit Deuteriumoxid hydrolysiert, wobei die entwickelten
Gase aufgefangen und analysiert wurden. Bei den Gasen handelte es sich hauptsächlich um C2H5D, D2 und HD,
wobei die letzten beiden Komponenten 0,18 bzw. 0,07 Millimol pro g Katalysator ausmachten. Die Menge an
D2 entspricht 19% Kupfer, welches direkt an Aluminium
gebunden ist und einem Durchschnitt von 4 Molprozent Hydrid (bezogen auf Kupfer), welches zu dem
bo Kupfer-Aluminium-Komplex gehört
Dieser Katalysator wies eine verhältnismäßig geringe Aktivität bei der Hydrierung von Benzol auf; die
. Aktivität konnte mit 0,033 Mol/h/g Cu bei 200° C und
s2,2 kg/cm2 H2-Druck bestimmt werden.
Ein Katalysator mit 6 Gew.-% Mangan wurde hergestellt, indem man 200 g Alkoholat-Aluminiumoxid
mit einer Lösung imprägnierte, die durch Auflösen von 54 g Manganacetat (4 H2O) in so viel Wasser, daß sich
225 cm3 Lösung ergaben, hergestellt worden war. Es wurde praktisch die gesamte Flüssigkeit absorbiert;
anschließend wurde der Katalysator im Vakuumofen ■>
getrocknet.
50 cm3 dieses Katalysators wurden in ein beheiztes Quarzrohr gegeben und bei 427° C 2 Stunden in einem
trockenen Stickstoffstrom vorkonditioniert. Die Temperatur wurde dann auf 204° C reduziert, worauf eine
2O°/oige Aluminiumtriäthyl-Lösung tropfenweise im
Verlauf einer Stunde zugesetzt wurde.
Das Temperatur-Maximum lag bei 2960C. Nach einer
Stunde wurde die Alkyl-Lösung abgezogen und der Katalysator wurde in einem trockenen Wasserstoffstrom
bei 204° C fixiert.
36 g des aktivierten Katalysators wurden zusammen mit 250 cm3 Benzol unter Rühren in einen Autoklav
eingefüllt. Bei 200°C und einem H2-Druck von 42,2 kg
pro cm2 betrug die Hydrierungsgeschwindigkeit 0,015 Mol/h/g Mn.
Claims (2)
1. Katalysator, erhalten durch Imprägnieren eines Trägermaterials mit eine· wäßrigen Lösung eines
Salzes eines Übergangsmetalls, Wärmebehandlung des imprägnierten Trägermaterials in Luft, einer
inerten Atmosphäre oder im Vakuum und Umsetzen des wärmebehandelten imprägnierten Trägermaterials
mit einer Organometallverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial Oxide
von Elementen aus den Gruppen H, III oder IV des Periodischen Systems der Elemente, welche
wenigstens 0,1 Millimol Hydroxylgruppen pro Gramm Trägermaterial enthalten und eine Oberflächengröße
von wenigstens 5 Quadratmeter pro Gramm aufweisen, und als Übergangsmaterial Eisen,
Kobalt, Nickel, Platin, Wolfram, Chrom Molybdän, Vanadin, Rhenium, Mangan und/oder Kupfer verwendet
werden, wobei das Übergangsmetall in einer Menge aufgebracht wird, die zwischen 0,1 und 20%,
bezogen auf das Gesamtgewicht von niedergeschlagenem Metall und Trägermaterial, liegt, daß die
Wärmebehandlung des imprägnierten Trägermaterials bei einer Temperatur von wenigstens 2600C,
insbesondere 316 bis 816" C, gegebenenfalls auch in Gegenwart von Sauerstoff, durchgeführt wird,
wobei bei Anwendung von Sauerstoff anschließend vor Aktivierung der absorbierte Sauerstoff entfernt
wird, daß das wärmebehandelte imprägnierte Trägermaterial durch Umsetzung mit einer Verbindung
der Formeln QRn oder QRnXn* worin Q
Lithium, Magnesium, Beryllium, Zink, Cadmium, Quecksilber, Bor, Aluminium, Gallium oder Indium,
R Wasserstoff, Alkyl, Aryl, Alkylaryl, Arylalkyl oder Cycloalkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, X ein
Halogen und π und m ganze Zahlen zwischen 1 und 3 bedeuten, wobei (n + m) der Valenz von Q
entspricht, aktiviert wird und daß schließlich das erhaltene aktivierte Produkt in Gegenwart von
Wasserstoff bei einer Temperatur zwischen 150 und 6500C behandelt wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines Katalysators durch Imprägnieren eines Trägermaterials mit einer
wäßrigen Lösung eines Salzes eines Übergangsmetails, Wärmebehandlung des imprägnierten Trägermaterials
in Luft, einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum und Umsetzen des wärmebehandelten
imprägnierten Trägermaterials mit einer Organometallverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß man
als Trägermaterial Oxide von Elementen aus den Gruppen II, III oder IV des Periodischen Systems
der Elemente, welche wenigstens 0,1 Millimol Hydroxylgruppen pro Gramm Trägermaterial enthalten
und eine Obei flächengröße von wenigstens 5 Quadratmeter pro Gramm aufweisen, und als
Übergangsmetall Eisen, Kobalt, Nickel, Platin, Wolfram, Chrom, Molybdän, Vanadin, Rhenium,
Mangan und/oder Kupfer verwendet, wobei das Übergangsmetall in einer Menge aufgebracht wird,
die zwischen 0,1 und 20%, bezogen auf das Gesamtgewicht von niedergeschlagenem Metall und
Trägermaterial, liegt, daß man die Wärmebehandlung des imprägnierten Trägermaterials bei einer
Temperatur von wenigstens 260" C, insbesondere 316 bis 816° C, gegebenenfalls auch in Gegenwart
von Sauerstoff, durchführt, wobei bei Anwendung von Sauerstoff anschließend vor Aktivierung der
absorbierte Sauerstoff entfernt wird, daß man das wärmeLehandelte imprägnierte Trägermaterial
durch Umsetzung mit einer Verbindung der Formeln QRn oder QRnXm, worin Q Lithium, Magnesium,
Beryllium, Zink, Cadmium, Quecksilber, Bor, Aluminium, Gallium oder Indium, R Wasserstoff, Alkyl,
Aryl, Alkylaryl, Arylalkyl oder Cycloalkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, X ein Halogen und η und m
ganze Zahlen zwischen 1 und 3 bedeuten, wobei
ίο (n + m) der Valenz von Q entspricht, aktiviert und
schließlich das erhaltene aktivierte Produkt in Gegenwart von Wasserstoff bei einer Temperatur
zwischen 150 und 650° C behandelt
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