DE2139069A1 - Katalysator, insbesondere zur Refor mierung einer Kohlenwasserstoffraktion - Google Patents
Katalysator, insbesondere zur Refor mierung einer KohlenwasserstoffraktionInfo
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Description
Katalysator, insbesondere zur Eeformierung einer Kohlenwasserstoffraktion
Die Erfindung betrifft einen Katalysator mit einem
Träger aus einem feuerfesten mineralischen Oxyd mit einer
spezifischen Oberfläche größer als 15 m /g» einem spezifischen
Porenvolumen größer als 0,1 cnr/s und sauren Stellen,
auf welchem freie Metalle oder Metallverbindungen abgelagert sind. Mit einem solchen Katalysator können Kohlenwasserstofffraktionen,
d. h. Erdölprodukte, raffiniert, insbesondere reformiert werden.
Bekanntlich wird beim Eeformieren die Oktanzahl solcher Erdöldestillate erhöht, welche zur Herstellung von Benzin
dienen. Am weitesten verbreitet ist ein katalytisches Verfahren, bei welchem die auf einem Träger, wie Aluminiumoxyd,
abgelagerte, metallische Kontaktmasse des Katalysators Platin aufweist, Die Gegenwart dieses Metalles ermöglicht es
nämlich, bei verhältnismäßig niedrigem Druck zu arbeiten, was zu erhöhten Ausbeuten führt, ohne Krackreaktionen der
Charge zur IPolge zu haben, so daß häufige Regenerationen des jeweiligen Katalysators durch Verbrennung des auf ihm abgela-
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gerten Kokses nicht erforderlich, sind.
Es besteht ein großes Interesse daran, durch Reformieren Kraftstoffe zu gewinnen, deren Oktanzahl für die unmittelbare
Verwendung dieser Kraftstoffe ausreicht, ohne daß also Bleitetraäthyl zugesetzt werden müßte. Einerseits wäre
die Möglichkeit, ohne einen solchen Zusatz auszukommen, an sich schon von Vorteil, andererseits wäre dadurch die Beseitigung
giftiger Bestandteile in den Abgasen von Brennkraftmaschinen erleichtert. Derartige Kraftstoffe können jedoch nicht
dadurch beim Reformieren unmittelbar gewonnen werden, daß man einfach die katalytische Platinmasse vergrößert, da Platin bekanntlich
ein sehr teures Metall ist.
Aufgabe der Erfindung ist daher in erster Linie das Schaffen von Reformierungskatalysatoren, welche zu Kraftstoffen
mit erhöhter und stabiler Oktanzahl führen.
Es ist bereits ein Katalysator mit einem Träger aus einem feuerfesten mineralischen Oxyd mit einer spezifischen
Oberfläche größer als 15 m /s» einem spezifischen Porenvolumen
größer als 0,1 cnr/g u&d sauren Stellen, auf welchem freie
Metalle oder Metallverbindungen abgelagert sind, wobei die Metalle zu 0,02 bis 2 %, vorzugsweise 0,1 bis 0,7 % (bezogen
auf das Katalysatorgesamtgewicht) aus mindestens einem Platinmetall, und zu 0,02 bis 2 %, vorzugsweise zu 0,05 bis 0,6%
(bezogen auf das Katalysafcorgesamtgewicht) aus Blei und/oder Zinn bestehen, vorgeschlagen worden, insbesondere sum Hydroformieren
einer Kohlenwasserstoffraktion (Offenlegungsschrift Hr. 20 06
Man weiß auch, daß Katalysatoren mit einem feuerfesten mineralischen Träger, auf welchem Platin und Rhenium
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abgelagert sind, zur Hydroformierung verwendet werden können. Darüber hinaus weiß man, daß die Anwesenheit eines gebundenen
Halogens bei einem Katalysator zur Reformierung in Gegenwart von Wasserstoff günstig ist. Bei dem Halogen handelt es sich
im allgemeinen um Chlor. Es liegt in der Regel in einer Menge zwischen 0,5 und 3»0, vorzugsweise zwischen 0,6 und 1,6 %
(als Element bezogen auf das Katalysatorgesamtgewicht) vor.
Der Zusatz weiterer Metalle zu den vorstehend beschriebenen Katalysatoren führt in bestimmten Fällen zu ausgezeichneten
Reformierungskatalysatoren. f
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren der eingangs angegebenen Art sind dadurch gekennzeichnet, daß die freien oder
gebundenen Metalle zu 0,02 bis 2, vorzugsweise 0,1 bis 0,7 % (bezogen auf das Katalysatorgesamtgewicht) aus mindestens einem
Platinmetall, zu 0,02 bis 2, vorzugsweise 0,05 "bis 0,6 %
(bezogen auf das Katalysatorgesamtgewicht) aus Zinn, und zu 0,02 bis 2, vorzugsweise 0,05 bis 0,6 % (bezogen auf das Katalysatorgesamtgewicht)
aus Rhenium bestehen. Dabei liegt vorzugsweise gebundenes Chlor in einer Menge zwischen 0,5 und
3,0, vorzugsweise zwischen 0,6 und 1,6 % (als Element bezogen
auf das Katalysatorgesamtgewicht) vor. Ferner liegt vorteil- j hafterweise die spezifische Oberfläche des Katalysators zwischen
100 und 500 ι
nem Aluminiumoxyd.
nem Aluminiumoxyd.
sehen 100 und 500 m /g. Der Träger besteht mit Vorteil aus ei-
Dieser Katalysator wird erfindungsgemäß insbesondere
zur Reformierung einer Kohlenwasserstoffraktion in Gegenwart von Wasserstoff verwendet, wobei die Kohlenwasserstoffraktion
einen Schwefelgehalt kleiner als 10 ppm und einen Siedepunkt zwischen 50 und 250° G bei Atmosphärendruck aufweist. Gegebenenfalls
kann beim Katalysator das Zinn teilweise oder voll-
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ständig durch Blei ersetzt sein»
Als Platinmetalle sind in diesem Zusammenhang Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin zu verstehen.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren weisen erwähntermaßen einen Träger aus einer feuerfesten Substanz auf, die
eine ausreichende spezifische Oberfläche sowie ein ausreichendes spezifisches Porenvolumen aufweist. Zusätzlich soll
sie einen sauren Charakter haben, da bekanntlich die Isomerisationsreaktionen
der Charge an sauren Stellen geschehen. Ein Aluminiumoxyd oder ein Aluminosilikat ist besonders gut
als Träger geeignet.
Beispielsweise kann als Träger ein Aluminiumoxyd
2 mit einer spezifischen Oberfläche zwischen 15 "und 350 m /g
und einem Porenvolumen größer als 0,1 cnr/g ausgewählt werden. Die Träger werden vorteilhafterweise in Form von Kugeln
mit gleichem Durchmesser zwischen 1 und 10 mm verwendet.
Die Katalysatoren können auf bekannte Art und Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann das Verfahren gemäß
dem oben erwähnten Vorschlag (Offenlegungsschrift Nr. 20 06 4-14-) vorteilhafterweise angewendet werden, wobei der
Träger mit Lösungen imprägniert wird, welche die abzulagernden Elemente enthalten. Die Acidität des Trägers kann vor
Ablagerung der Metalle modifiziert werden. Die Metalle können gleichzeitig oder nacheinander abgelagert werden. Stellt
Platin einen der Bestandteile des Katalysators dar, dann wird es in der Regel aus einer Lösung abgelagert, welche lediglich
dieses Element als metallische Verbindung enthält.
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Am vorteilhaftesten sind diejenigen Katalysatoren, bei denen der Rhenium-, Platinmetall- und Zinn- und/oder
Bleigehalt zwischen 0,05 und 0,6 bzw. 0,1 und 0,7 bzw. 0,05 und 0,6 % (bezogen auf das Katalysatorgesamtgewicht) liegt.
Von den Platinmetallen ergibt Platin die besten Resultate.
Sehr interessante Ergebnisse werden erzielt, wenn n-Heptan mit einem erfindungsgemäßen Katalysator behandelt
wird. Diese Ergebnisse werden erhalten mit jeder !fraktion, welche zur Herstellung von Kraftstoff mit hoher Oktanzahl
bestimmt ist und einen Siedepunkt zwischen 50 und 250° C " aufweist. Diese Charge soll weiterhin vorher derart desulfuriert
worden sein, daß ihr Schwefelgehalt unterhalb 10 ppm liegt, vorzugsweise unterhalb 1 ppm.
Der Katalysator kann während des Reformierens durch Zusatz eines Halogenids, beispielsweise eines Chlorids, zur
Charge aktiviert werden. Auch kann es vorteilhaft sein, den Katalysator vorzusulfurieren, beispielsweise mittels eines
schwefelhaltigen Wasserstoffstromes, um Krackreaktionen auszuschließen
oder zumindest zu vermindern, welche während der ersten Betriebsstunden des Katalysators ablaufen könnten.
Bei der Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen gehört es zum Stand der Technik, die Ausgangscharge
über einen Katalysator bestehend aus Platin, Blei und Rhenium zu leiten, um so eine Dehydrierung oder Dehydrozyklisierung
zustande zu bringen. Dabei wird davon ausgegangen, daß ein solcher Katalysator Isomerisations- und Hydrokrackreaktionen
inhibitiert (Niederländische Auslegeschrift Nr. 70 01 852). Erfindungsgemäß wird gerade entgegengesetzt zu
diesem technischen Vorteil gearbeitet.
209808/1700-
Die nachstehender!. Beispiele dienen der Erläuterung
der Erfindung·
Es werden Katalysatoren zum Reformieren hergestellt, deren Träger aus Aluminiumoxyd mit einer spezifischen Oberfläche
von 174 πι /g, einem spezifischen Porenvolumen von
0,74- cm /g und einem mittleren Porenradius von 85 A (festgestellt
nach dem B.E. T. -Verfahren von Brunauer, Emmett und
Teller) besteht. Die Porenradiusverteilung ist derart, daß
die meisten Poren einen Radius zwischen 30 und 150 A aufweisen.
Das Aluminiumoxyd liegt in Form von regel- und gleichmäßigen
Kugeln mit einem Durchmesser zwischen 1 und 2 mm vor. Es wird bei 600° C 8 h lang kalziniert, bevor es mit Imprägnierlösungen
beaufschlagt wird.
■z
Es werden 10 cur einer Lösung von 0,229 g Rheniumchlorid (ReCl3,, 6HpO) in reiner Salzsäure hergestellt. Diese
Lösung wird mit destilliertem Wasser bis auf 125 enr verdünnt
und dann mit 50 g vom Träger in Berührung gebracht.
Nach einer Troclmung und einer"anschließenden zweisbündigen
Kalzinierung bei 550° C wird das imprägnierte Aluminiumoxyd 24 h lang mit einer N/10-Salzsäurelösung behandelt, die umgewälzt
wird. Nach einer Trocknung an Luft wird das Aluminiumoxyd in eine Hexachlorplatinsäurelösung (H2PtCIg, 6H2O) getaucht.
Der Katalysator wird getrocknet, dann 3 h lang bei 400° C kalziniert. Der so hergestellte Katalysator T,. setzt
sich aus 0,36 Gew.% Platin, 0,21 Gew.% Rhenium und 1,41 Gew.% Chlor zusammen, wobei die Gewichtsprozente jeweils auf das
Gesamtgewicht des Katalysators bezogen sind.
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Auf ähnliche Weise wird mit demselben Träger ein zweiter Katalysator Tp zum Reformieren hergestellt, wobei
jedoch die erste Imprägnierlösung statt 0,229 g Rheniumchlorid 0,189 g Zinnchlorid (SnCl2, H2O) enthält. Der Katalysator
T2 setzt sich aus 0,55 Gew.% Platin, 0,19 Gew.%
Zinn und 1,35 Gew.% Chlor zusammen, wobei die Gewichtsprozente auf das Katalysatorgesamtgewicht bezogen sind.
Auf analoge Weise wird ein erfindungsgemäßer Katalysator
A hergestellt. Die erste Imprägnierlösung enthält 0,189 g Zinnchlorid (SnCl2, H2O) und 0,229 g Rheniumchlorid |
(ReCl3, 6H2O). Der Katalysator A setzt sich aus 0,34 Gew.%
Platin, 0,20 Gew.% Zinn, 0,21 Gew.% Rhenium und 0,91 Gew.% Chlor zusammen, die Gewichtsprozente jeweils bezogen auf
das Katalysatorgesamtgewicht.
Die Vergleichskatalysatoren Tx. und T2 sowie der Katalysator
A werden jeweils folgendermaßen hinsichtlich ihrer katalytischen Eigenschaften untersucht. Ein Gasstrom von mit
n-Heptan gesättigtem Wasserstoff, hergestellt durch Hindurchleiten von Wasserstoff durch Heptan bei 20° C, wird bei ei-
ό ·5
ner Temperatur von 520 C und Atmosphärendruck über 2 cnr
des jeweiligen Katalysators hinübergeleitet, welches Kata- μ
lysatorvolumen in einem kleinen Reaktor angeordnet ist. Der Schwefelgehalt des n-Heptans liegt unterhalb 1 ppm. Der Volumendurchsatz
des Stromes wird auf 80 cnr Gas je Stunde und
je cnr Katalysator gehalten. Das Heptan macht 2,5 % vom Gasstrom
aus.
Das den Reaktor verlassende Produkt wird durch Gaschromatographie analysiert. Die mit jedem Katalysator T--
bzw. T2 bzw. A erzielten Ergebnisse sind in der folgenden
Tabelle I aufgeführt.
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Kata lysa tor |
charakt eri s t i s ehe Werte des abgehen |
Versuchsdauer (h) | - 1 | 3 | 5 | 7 |
I1. | den Produktes (% vom Chargengewicht] |
33,7 | 37,5 | 38,5 | 37,7 | |
C1 * °4 | 3,5 | 5,6 | 7,6 | 10,6 | ||
nC? | 62,8 | 56,9 | 53,9 | 51,7 | ||
C1- und andere Stoffe als nC7 |
107,3 | 104,2 | 98,4 | 92,3 | ||
I2 | Oktanzahl | 14,8 | 13,1 | 14,0 | 16,3 | |
0 | 0 | 0 | 0 | |||
nC7 | ||||||
Cc und andere Stoffe | 85,2 | 86,9 | 86,0 | 83,7 | ||
als nC„ | 122,3 | 122,4 | 121,1 | 120,8 | ||
A | Oktanzahl | 16,3 | 18,0 | 17,8 | 18,3 | |
C1-C4 | 0 | 0,9 | 1,2 | 2,1 | ||
nC? | ||||||
Cc und andere Stoffe | 83,7 | 81,1 | 81 | 79,6 | ||
als nC„ | 119,4 | 117,3 | 117,1 | 114,9 | ||
Oktanzahl |
209808/17 00
In der vorstehenden Tabelle sind für Jeden Katalysator
T^ "bzw. Q?2 ^zw* >*· nach vier verschiedenen Laufdauern
des geweiligen Versuches jeweils der Gehalt des abgehenden
Produktes an Kohlenwasserstoffen mit vier und weniger als vier C-Atomen je Molekül als Maß für das Kracken der Charge,
das noch vorhandene n-Heptan (wobei die Differenz zu 100 ein Maß für die Umwandlung der Charge ist), die Kohlenwasserstoffe
mit fünf und mehr als fünf C-Atomen je Molekül, abgesehen von nicht umgewandeltem n-Heptan, und die Oktanzahl
angegeben. Letztere wird aus der Bilanz berechnet, die für das abgehende Produkt nach Abtreiben der Kohlenwasserstoffe
mit vier und weniger C-Atomen je Molekül aufgestellt
wird.
Die Analyse der in Tabelle I angegebenen Ergebnisse zeigt, daß der erfindungsgemäße Katalysator A als guter Katalysator
zum .Reformieren in Gegenwart von Wasserstoff anzusehen ist.
Die beiden Vergleichskatalysatoren T. und T^ sowie
der Katalysator A v/erden im Hinblick auf die Desaktivierungsgeschwindigkeib
bei Benutzung unter identischen Bedingungen untersucht. Dabei x/ird Eiit stabiler Ausbeute gearbeitet, welche
in der Nähe von 50 % liegt, bezogen auf das Gewicht des
eingeführten n-Heptans.
Ein Gemisch von Wasserstoff und n~Heptan mit einem Molverhältnis von 8 wird bei einem Druck von 9 bar und einer
Temperatur von 5000C mit einem stündlichenVolumendurch-
-ά
satz an flüssigem Heptan von 1 über 30 car des jeweiligen Katalysators
geleitet. Der ursprüngliche Schwefelgehalt des
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" 10 " 7139 0 69
n-Heptans liegt unterhalb 1 ppm.
In der beigefügten Zeichnung ist die Abhängigkeit der Oktanzahl des jeweils gewonnenen Produktes von der Benutzungsdauer
des jeweiligen Katalysators graphisch dargestellt. Die Abhängigkeit ist für jeden Katalysator Ty. bzw.
Tp bzw. A linear.
Es sind die Verhältnisse während der ersten 120 Stunden der Benutzung des Katalysators T- bzw. Tp bzw. A
untersucht und dargestellt. Die Neigung bzw. der Abfall der den einzelnen Katalysatoren zugeordneten Geraden ist ein
Maß für die Desaktivierungsgeschwindigkeit des jeweiligen Katalysators. Die Ausbeuten an Kohlenwasserstoffen mit fünf
und mehr als fünf C-Atomen je Molekül, bezogen auf das Gewicht des in den Reaktor eingeführten n-Heptans, variieren
'bei den Versuchsbedingungen praktisch nicht. Bei der Untersuchung
des Katalysators A liegen die Ausbeuten bei 49,1 Gew.%, beim Katalysator T^ bei 55»3 G-ew.% und beim Katalysator
Tp bei 53jO Gew.%, jeweils bezogen auf das Gewicht
des in den jeweiligen Reaktor eingeführt en n-Heptans.
Ein Vergleich des Verhaltens vom Katalysator A mit demjenigen vom Katalysator T,, bzw. Tp zeigt, daß der Katalysator
A bei der Reform!erung in Gegenwart von Wasserstoff
sich äußerst zufriedenstellend verhält. Es findet praktisch keine Desaktivierung unter den Versuchsbedingiingen statt,
was von sehr großem Interesse und äußerst vorteilhaft ist;.
Es wird ein Katalysator B zum Reformieren hergestellt, wobei ein Aluminiumoxyd-Extrudat verwendet wird,
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dessen Teilchen einen mittleren Durchmesser von 1,5 eine spezifische Oberfläche von I90 m /g, ein Volumen von
χ ο
0,51 cm /g und einen mittleren Porenradius von 53 A aufweisen.
Dieses Aluminiumoxyd wird 4- h lang "bei einer Temperatur
von 600° C kalziniert.
Es werden 0,32 g Bleinitrat in 250 cnr destillierten
Wassers gelöst, welches 10- cm reine Salpetersäure enthält.
In diese Lösung werden 100 g des besagten Aluminiumoxyds gegeben. Das ganze wird dann in einen Drehverdampfer
eingebracht, getrocknet und 2 h lang bei 600 C kalziniert.
■7.
Es werden dann 250 cet einer Lösung hergestellt,
Es werden dann 250 cet einer Lösung hergestellt,
7.
welche 20,4· cm einer Lösung von P er rheniumsäure mit 9 »8 g/l Rhenium, 36,8 cnr einer Lösung von Hexachlorplatinsäure mit 9,5 g/l Platin und 50 cnr normale Salzsäure enthält. Diese Lösung wird 1 h lang über das mit Blei imprägnierte Aluminiumoxid zirkulieren gelassen. Dann wird das ganze in einen Drehverdampfer eingebracht, getrocknet und anschliessend 3 λ lang bei 400° C kalziniert.
welche 20,4· cm einer Lösung von P er rheniumsäure mit 9 »8 g/l Rhenium, 36,8 cnr einer Lösung von Hexachlorplatinsäure mit 9,5 g/l Platin und 50 cnr normale Salzsäure enthält. Diese Lösung wird 1 h lang über das mit Blei imprägnierte Aluminiumoxid zirkulieren gelassen. Dann wird das ganze in einen Drehverdampfer eingebracht, getrocknet und anschliessend 3 λ lang bei 400° C kalziniert.
Abgesehen von Aluminiumoxyd setzt sich der Katalysator B aus 0,35 Gew.% Platin, 0,19 Gew.% Rhenium, 0,20 Gew.%
Blei und 1,31 Gew.% Chlor zusammen. Die Gewichtsprozente sind jeweils auf das zugehörige Element und das Gesamtgewicht
des Katalysators bezogen.
Die katalytisch^ Wirksamkeit des Katalysators B wird auf die in Beispiel I angegebene Art und Weise untersucht.
Die Ergebnisse von zwei Versuchen sind in der folgenden Tabelle II aufgeführt.
209808/1700
charakteristische Werte | abgehenden Produktes | 1 | Versuchsdauer (h) | 5 | 7,5 | : | — |
des | vom Chargengewicht) | 23,2 | ! 19,5 | — | — | ||
( % | C1 - C^ | 0,6 | 0,5 | 22,6 | |||
1. | nC7 | 3 | 5,1 | ||||
Ver such |
C1- und andere Stoffe | 76,2 | 19,8- | 80,0 | 74,3 | ||
als nC„ | 118,4 | 0,8 | 117,0 | 110,7 | |||
Oktanzahl | 19,4 | 21,5 | |||||
O1 -C4 | 0 | 79,4 | 1,0 | ||||
2. | C1- und andere Stoffe | 80,6 | 116,4 | 77,5 | |||
Ver such |
als nCn | 119,8 | 20,2 | 116,8 | |||
Oktanzahl | 0,5 | ||||||
79,3 | |||||||
117,8 | |||||||
Die Analyse der in Tabelle II aufgeführten Ergebnisse
zeigt, daß der Katalysator B für die Reformierung in Gegenwart
von Wasserstoff gut geeignet ist.
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Claims (6)
1. Katalysator mit einem Träger aus einem feuerfesten mineralischen
Oxyd mit einer spezifischen Oberfläche größer als 15 πι /g, einem spezifischen Porenvolumen größer als 0,1 emv
g und sauren Stellen, auf welchem freie Metalle oder Metallverbindungen
abgelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die freien oder gebundenen Metalle zu 0,02 bis 2, vorzugsweise
0,1 bis 0,7 % (bezogen auf das Katalysatorgesamtgewicht) aus mindestens einem Platinmetall, zu 0,02 bis 2,
vorzugsweise 0,05 bis 0,6 % (bezogen auf das Katalysatorgesamtgewicht)
aus Zinn, und zu 0,02 bis 2, vorzugsweise 0,05 bis 0,6 % (bezogen auf das Katalysatorgesamtgewicht) aus
Khenium bestehen.
2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gebundenes Chlor in einer Menge zwischen 0,5 und 3>0, vorzugsweise
zwischen 0,6 und 1,6 % (als Element bezögen auf
' das Katalysatorgesamtgewicht) vorliegt.
3. Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die spezifische Oberfläche des Katalysators zwischen 100 und 500 nr/g liegt.
4-, Katalysator nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger aus einem Aluminiuiüo:xyd besteht.
5. Verwendung dos Kabalysators nach einem der Ansprüche 1
bis 1V zur HsfaviüLerung einer Kohlenwasserstoffraktion in Gegenwart von Wasserstoff,, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kohl eiiwäs s erste Cfr akb ion einen Schwefelgehalt kleiner als
10 ppm und einen Siedepunkt zwischen 50 und 250° C bei At-
209803/1700 *!NAL
mosphärendruck aufweist.
6. Verwendung nach Anspruch 5j dadurch, gekennzeichnet, daß
"beim Katalysator das Zinn teilweise oder vollständig durch Blei ersetzt ist.
203808/17 00
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