DE2150975B2 - Nickel-silica catalyst and its uses - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Nickel-Siliciumdioxid-Katalysator mit einem Nickelgehalt von 25 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht, erhältlich durch gemeinsames Ausfällen von Nickel- und Silikationen aus wäßriger Lösung auf porösen Siliciumdioxidteilchen unter Zugabe von Ammoniumbicarbonat oder eines anderen wasserlöslichen alkalischen Fällmittels und Erhitzen, Calcinieren der ausgefällten, abfiltrierten und getrockneten Feststoffteilchen in Gegenwart eines Sauerstoff enthaltenden Gases oder von Luft bei Temperaturen von 315 bis 4800C und Aktivieren mit Wasserstoff bei 315 bis 480° C, wobei die porösen Siliciumdioxidteilchen 10 bis 70 Gew.-% des gesamten Siliciumdioxids ausmachen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß eine wäßrige Lösung, die pro Liter 10 bis 20 g Silikationen und aufgeschlämmte poröse Siliciumdioxidteilchen enthält, im Verlauf von 5 bis 40 Minuten mit gleichmäßiger Geschwindigkeit mit einer wäilrigen Lösung, die pro Liter 30 bis 45 g Nickelionen enthält, versetzt wird, bevor das wasserlösliche alkalische Fällmittel zugesetzt wird, und daß der Katalysator eine spezifische Oberfläche des Nickels von 75 bis I OCImVg und einen Natriumgehalt von 0,1 Gew.-% oder darunter aufweist, sowie seine Verwendung zur Hydrierung organischer Verbindungen, insbesondere Benzol oder Aldehyde aus Oxo-Reaktionen.The invention relates to a nickel-silicon dioxide catalyst with a nickel content of 25 to 50% by weight, based on the total weight, obtainable by joint precipitation of nickel and silicate ions from aqueous solution on porous silicon dioxide particles with the addition of ammonium bicarbonate or another water-soluble alkaline Precipitant and heating, calcining the precipitated, filtered off and dried solid particles in the presence of an oxygen-containing gas or of air at temperatures of 315 to 480 0 C and activation with hydrogen at 315 to 480 ° C, the porous silicon dioxide particles 10 to 70 wt. % of the total silica, characterized in that an aqueous solution containing 10 to 20 g per liter of silicate ions and slurried porous silica particles, over the course of 5 to 40 minutes at a steady rate with an aqueous solution containing 30 to Contains 45 g of nickel ions zt is before the water-soluble alkaline precipitant is added, and that the catalyst has a specific surface of the nickel of 75 to 10CImVg and a sodium content of 0.1 wt .-% or below, as well as its use for the hydrogenation of organic compounds, in particular benzene or aldehydes from oxo reactions.
Der erfindungsgemäBe Nickel-Siliciumdioxid-Katalysator weist eine stabilisierte hohe spezifische Oberfläche des Nickel auf, ist hochaktiv und enthält sehr geringe Mengen an Alkalimetallen. Der erfindungsgemäBe Nickel-Siliciumdioxid-Katalysator zeigt bei der Hydrierung organischer Verbindungen im Vergleich zu Katalysatoren mit geringeren spezifischen Oberflächen des Nickel und verhältnismäßig hoben Konzentrationen des aktiven Katalysators an Alkalimetallen eine verbesserte Aktivität,The nickel-silica catalyst according to the invention has a stabilized high specific surface area of nickel, is highly active and contains very small amounts of alkali metals. The inventive nickel-silicon dioxide catalyst shows in the Hydrogenation of organic compounds compared to catalysts with lower specific surface areas of nickel and relatively elevated concentrations of active catalyst in alkali metals improved activity,
Nickel-SUicjumdiojLid-Katalysatoren auf Trägern aus porösen Siliciumdioxidteilchen, wie Kieselgur, Infusorienerde, Diatomeenerde oder kieselsäurehaltiger Erde, sind bekannt und haben in wehem Maße für Hydrierungsreaktionen Anwendung gefunden. TypischeNickel-SUicjumdiojLid catalysts on carriers porous silica particles, such as diatomaceous earth, infusion earth, Diatomaceous earth, or silica containing earth, are known and have been used to a great extent for Hydrogenation reactions found application. Typical
ίο Hydrierungsreaktionen sind z. B. die Hydrierung von Olefinen zu gesättigten Kohlenwasserstoffen, die Hydrierung von Aromaten, wie Benzol, und die Umwandlung von Oxoaldehyden zu den entsprechenden Alkoholen. Bis jetzt wurde jedoch wegen derίο hydrogenation reactions are z. B. the hydrogenation of Olefins to saturated hydrocarbons, the hydrogenation of aromatics such as benzene, and the Conversion of oxoaldehydes to the corresponding alcohols. Until now, however, it has been because of the
is begrenzten Aktivität der bekannten Nickelkatalysatoren und der Tatsache, daß diese Katalysatoren ziemlich rasch entaktiviert werden, kein völlig zufriedenstellendes Verfahren für diese Hydrierungsreaktionen entwikkelt is limited activity of the known nickel catalysts and the fact that these catalysts deactivate fairly quickly is not entirely satisfactory Processes developed for these hydrogenation reactions
Untersuchungen haben gezeigt daß die Aktivität der Katalysatoren in dtreklem Zusammenhang mit der spezifischen Oberfläche des Nickels steht und die Katalysatoren rascher entaktiviert werden, wenn die spezifische Oberfläche des Nickels verringert wird. Das heißt Katalysatoren mit hoher spezifischer Oberfläche des Nickels haben eine höhere Aktivität und eine längere Katalysatorlebensdauer.Investigations have shown that the activity of the catalysts in dtreklem connection with the specific surface area of the nickel and the catalysts are deactivated more quickly if the specific surface of the nickel is reduced. That means catalysts with a high specific surface area of nickel have a higher activity and a longer catalyst life.
In der US-PS 33 51 566 ist ein Nickel-Siliciumdioxid-Katalysator beschrieben, dessen spezifische Oberfläche des Nickels wesentlich größer ist als die bekannter Katalysatoren. Es werden spezifische Oberflächen von zwischen 45 und 60 mVg angegeben. Die spezifische Oberfläche des Nickels wird als Fläche je Gewichtseinheit des Nickels oder je Gewichtseinheit des gesamtenIn US-PS 33 51 566 a nickel-silicon dioxide catalyst is described, the specific surface of the nickel is much larger than that of the known Catalysts. Specific surface areas of between 45 and 60 mVg are specified. The specific Surface area of nickel is expressed as the area per unit weight of nickel or per unit weight of the whole
}5 Katalysators (mVg) ausgedrückt Vorliegend sind alle spezifischen Oberflächen des Nickels auf der Basis Fläche je Gewichtseinheit des gesamten Katalysators angegeben.} 5 catalyst (mVg) expressed. All are present specific surface areas of nickel on the basis of area per unit weight of the total catalyst specified.
Erfindungsgemäö wurde überraschenderweise festen gestellt daß man unter Anwendung sorgfältig kontrollierter kritischer Bedingungen bei der Herstellung des Katalysators einen Nickelträgerkatalysator auf porösen festen Teilchen herstellen kann, der eine spezifische Oberfläche des Nickels von 75-10OmVg und eine katalytische Hydrierungsaktivität besitzt, die mehrere Male größer ist als die der bekannten Nickelkatalysatoren. In accordance with the invention, surprisingly, it was solid provided that one using carefully controlled critical conditions in the preparation of the Catalyst can produce a supported nickel catalyst on porous solid particles, which has a specific Surface of the nickel of 75-10OmVg and has a catalytic hydrogenation activity that is several Times larger than that of the known nickel catalysts.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Nickel-Siliciumdioxid-Katalysators mit einer spezifischer,Oberfläche des Nickels von 75 bis 100 mVg des aktiven Katalysators und einem Alkalimetallgehalt von 0,1 Gew.-% oder darunter wird d>e Hydrierung organischer Verbindungen mit chemischen Mehrfachbindungen im allgemeinen wesentlich verbessert.With the aid of the nickel-silicon dioxide catalyst according to the invention with a specific surface of the nickel of 75 to 100 mVg of the active catalyst and an alkali metal content of 0.1% by weight or below is the hydrogenation of organic compounds with multiple chemical bonds in general significantly improved.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt der erfindungsgemäße Nickel-Siliciumdioxid-Katalysator insgesamt eine spezifische Oberfläche von etwa 225 bis etwa 30OmVg, bezogen auf das Gesamtgewicht des aktiven Katalysators.In a preferred embodiment, the nickel-silicon dioxide catalyst according to the invention has overall a specific surface area of about 225 to about 30OmVg, based on the total weight of the active catalyst.
μ Die Herstellung des erfindungsgemäöen Katalysators erfordert die Verwendung getrennter wäßriger Lösungen. In einer ersten Lösung werden pro Liter 10 bis 20 g Silikatanionen, in einer zweiten Lösung pro Liter 30 bis 45 g Nickelkationen gelöst. In der die Silikatanionenμ The production of the catalyst according to the invention requires the use of separate aqueous solutions. In a first solution 10 to 20 g per liter Silicate anions, dissolved in a second solution per liter of 30 to 45 g of nickel cations. In which the silicate anions
hr> enthaltenden Lösung wird ein poröser Siliciumdioxidträger, wie Kieselgur, aufgeschlämmt. Die beiden Lösungen werden durch Zugabe der Nickel enthaltenden Lösung zu der Silikatlösung innerhalb von 5 bis 40 hr> solution containing a porous silica such as kieselguhr slurried. The two solutions are made by adding the nickel-containing solution to the silicate solution within 5 to 40
Minuten vermischt. Durch dieses Vermischen der beiden zuvor hergestellten Lesungen wird die Menge des gelösten Nickels im Reaktionsgemisch außerordentlich niedrig gehalten, im allgemeinen gut unter 0,60 Mol/I des wäßrigen Gemische, Diese Verdünnung der gelösten Nickelionen ist fijr die Erzielung von Katalysatoren mit hoher spezifischer Oberfläche des Nickels wesentlich. Auch sollte die Zugabe mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit unter heftigem Vermischen erfolgen, so daß ein möglichst gleichmäßiger Katalysator gebildet wird. Das Gemisch wird dann auf seinen Siedepunkt erhitzt und ein Fällmittel zugegeben, um die gelösten Silikat- und Nickelionen auf dem porösen Träger zu fällen. Ein bevorzugtes Fällmittel ist NH4HCO3. Alkalimetallcarbonate, -hydroxide und -oxide stellen wegen der Wahrscheinlichkeit, daß etwas Alkalimetall letztlich in den fertigen Katalysator einverleibt wird, im allgemeinen keine erwünschten Fällmittel für dieses Verfahren dar.Minutes mixed. By this mixing of the two readings previously made, the amount of dissolved nickel in the reaction mixture is kept extremely low, generally well below 0.60 mol / l of the aqueous mixture Nickel essential. The addition should also take place at an essentially constant rate with vigorous mixing so that a catalyst which is as uniform as possible is formed. The mixture is then heated to its boiling point and a precipitant is added to precipitate the dissolved silicate and nickel ions on the porous support. A preferred precipitant is NH 4 HCO 3 . Alkali metal carbonates, hydroxides and oxides are generally not desirable precipitants for this process because of the likelihood that some alkali metal will ultimately be incorporated into the finished catalyst.
Während der Herstellung wird Wasser zugegeben, um durch Verdampfung verlorengegangenes Wasser kontinuierlich zu ersetzen und so ein nahezu konstantes Volumen aufrechtzuerhalten. Das wäßrige Gemisch wird 1—5 Stunden auf seinem Siedepunkt gehalten, dann Filtriert und das erhaltene Produkt wiederholt mit siedendem Wasser gewaschen. Dann wird der Katalysator getrocknet, unter Sauerstoff calciniert und aktiviert Das Aktivierungsverfahren besteht darin, daß man den Katalysator mit einem Wasserstoffstrom in Kontakt bringtWater is added during production, to continuously replace water lost through evaporation and thus an almost constant one Maintain volume. The aqueous mixture is kept at its boiling point for 1-5 hours, then filtered and the product obtained washed repeatedly with boiling water. Then the catalyst dried, calcined in oxygen and activated. The activation process consists of the Bringing catalyst into contact with a stream of hydrogen
Wie schon ausgeführt werden die Nickelionen enthaltende Lösung und die Silikationen enthaltende Lösung unter Verdünnungsbedmgunger vermischt, so daß die Menge der gelösten Nickeiionen in dem entstehenden wäßrigen Gemisch außerordentlich gering gehalten und hierdurch ein Katalysator mit hoher spezifischer Oberfläche des Nickels erhalten wird. Außerdem ist es bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysators wesentlich, daß die Fällung des Katalysators aus verdünnten Lösungen erfolgt, d. h„ die Nickelionen enthaltende Lösung muß eine Nickelionenkonzentration von 30 bis 45 g/l und die Silikationen enthaltende Lösung muß eine Silikationenkonzentration von 10 bis 20 g/l haben. Diese Fällung unterscheidet sich von der Fällung einer konzentrierteren Lösung, bei der die Lösung bis zu zweimal soviel gelösten Stoff enthält.As already stated, the solution containing nickel ions and the solution containing silicate ions are used Solution mixed under dilution conditions, see above that the amount of dissolved nickel ions in the resulting aqueous mixture is extremely small held and thereby a catalyst with a high specific surface area of nickel is obtained. In addition, it is essential in the preparation of the catalyst according to the invention that the precipitation of the Catalyst takes place from dilute solutions, d. h "the Solution containing nickel ions must have a nickel ion concentration of 30 to 45 g / l and the silicate ions containing solution must have a silicate concentration of 10 to 20 g / l. This precipitation is different differs from the precipitation of a more concentrated solution in which the solution contains up to twice as much solute contains.
30-90 GeW.-% des gesamten Siliciumdioxidgehatts des aktivierten Katalysators stammen aus den gefällten Silikationen. Vorzugsweise kommen jedoch 50-70 Gew.-% des gesamten Siliciumdioxidgehalts von den Silikationen. Das angewandte Molverhältnis Nickel: Silikat beträgt dann in typischer Weise 0,75 :1 bis 1,75:1.Contains 30-90% by weight of the total silica of the activated catalyst come from the precipitated silicate ions. Preferably, however, come 50-70% by weight of the total silica content of the silicate ions. The molar ratio used Nickel: silicate is then typically 0.75: 1 up to 1.75: 1.
Die üblichen Stufen bei der Herstellung und Aktivierung des Katalysators sind mit den oben beschriebenen identisch. Die Verwendung der verdünnten Lösung ergibt einen Katalysator mit im wesentlichen der gleichen spezifischen Oberfläche des Nickels, aber einer beträchtlich größeren Katalysatoraktivität. Tatsächlich wird z. B. bei der Hydrierung von Benzol die Aktivität um den Faktor von etwa 2 erhöht.The usual steps in the preparation and activation of the catalyst are the same as above described identical. The use of the dilute solution results in a catalyst with essentially the same specific surface area of nickel, but a considerably higher catalyst activity. In fact, e.g. B. in the hydrogenation of benzene, the activity is increased by a factor of about 2.
Obwohl die Vorgänge bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysators nicht an eine bestimmte Theorie gebunden sein sollen, nimmt man an, daß die Verwendung des zusätzlichen Lösungsmittels, d. h. von Wasser, die Konzentration der Alkalimetallionen in der Lösung verringert, so daß weniger Alkalimetall, z, B, Natrium in die ausgefällten Kristallite eingeschleppt werden kann. Auf jeden Fall habeiu Untersuchungen gezeigt, daß ein wiederholtes Waschen der Nickel-Siliciumdioxid-Katalysatoren den Alkalimetallgehalt dieser Katalysatoren nicht verringert und dadurch ihre Aktivität erhöht Nur wenn in der oben beschriebenen Weise verdünnte Lösungen verwendet werden, erhält man hochaktive Katalysatoren, die wenigAlthough the processes in the preparation of the catalyst according to the invention are not based on a specific one Theory, it is assumed that the use of the additional solvent, d. H. of water, the concentration of alkali metal ions in the solution decreases, making less Alkali metal, for example sodium, can be introduced into the precipitated crystallites. Definitely haunted Research has shown that repeated washing of the nickel-silica catalysts the alkali metal content these catalysts do not decrease and thereby their activity increases only if in the above In the manner described, dilute solutions are used, one obtains highly active catalysts which have little
Der erfindungsgemäße Katalysator wird insbesondere als Hydrierungskatalysator verwendet Er kann zur Hydrierung von Aromaten, z. B. zur Hydrierung von Benzol zu Cyclohexan, zur Hydrierung von gesättigtenThe catalyst of the invention is used in particular as a hydrogenation catalyst Hydrogenation of aromatics, e.g. B. for the hydrogenation of Benzene to cyclohexane, for the hydrogenation of saturated
is und ungesättigten Aldehyden zu Alkoholen, wie im bekannten Oxo-Verfahren, zur Hydrierung der Doppelbindungen
in eßbaren Fetten und ölen sowie von anderen geradkettigen und verzweigten Olefinen und
zur Hydrierung von Nitroverbindungen zu Aminen verwendet werden. Der Ausdruck »Olefine« bedeutet
vorliegend ungesättigte Verbindungen mit mindestens einer Mehrfachbindung und umfaßt mehrfach ungesättigte
Verbindungen.
Zur Herstellung des Katalysators müssen die N ickeI-
und Silikationen gemeinsam auf einem porösen, festen, in Teilchenform vorliegenden Siliciumdioxidträger
gefällt werden. Zuerst werden die beiden Lösungen hergestellt von denen eine eine Quelle für Silikationen,
wie Alkalisilikate, d.h. Natrium- und Kaliumsilikate,Is and unsaturated aldehydes to alcohols, as in the known oxo process, for hydrogenating the double bonds in edible fats and oils and other straight-chain and branched olefins and for hydrogenating nitro compounds to amines are used. The term "olefins" means unsaturated compounds with at least one multiple bond and includes multiple unsaturated compounds.
To produce the catalyst, the nickel and silicate ions have to be precipitated together on a porous, solid, particulate silicon dioxide support. First the two solutions are prepared, one of which is a source of silicate ions, such as alkali silicates, i.e. sodium and potassium silicates,
und Raumtemperatur gehalten werden kann.and room temperature can be maintained.
ionen, z. B. Nickelnitrat, Nickelchlorid oder Nickelbromid, in einer Nickelkonzentration von 30—45 g/l.ions, e.g. B. nickel nitrate, nickel chloride or nickel bromide, in a nickel concentration of 30-45 g / l.
Es können auch andere bekannte Quellen für Nickelkationen und Silikatanionen verwendet werden.
Die porösen festen Siliciumdic-xidtefuiben werden in
der die Silikatanionen enthaltenden Lösung aufgeschlämmt Als poröse Teilchen sind insbesondere
Kieselgur, Infusorienerde, Diatomeenerde, Kieselsäure enthaltende Erde oder Siliciumdioxid geeignet. Die
Konzentration der porösen festen Teilchen kann in Prozent des gesamten Siliciumdioxids im Katalysator
ausgedrückt werden und muß 10 — 70, vorzugsweise 30-50 Gew.-% betragen.Other known sources of nickel cations and silicate anions can also be used.
The porous solid silicon dioxide particles are suspended in the solution containing the silicate anions. Particularly suitable porous particles are kieselguhr, infusion earth, diatomaceous earth, earth containing silica or silicon dioxide. The concentration of the porous solid particles can be expressed as a percentage of the total silica in the catalyst and must be 10-70, preferably 30-50% by weight.
Die beiden Lösungen werden mit geringer Geschwindigkeit zueinander gegeben, um einen maximalenThe two solutions are given to each other at low speed, to a maximum
W Mischeffekt zu bewirken. In typischer Weise wird eine Nickelnitratlösung gleichmäßig innerhalb von 5-40 Minuten, vorzugsweise von 10—30 Minuten, zu einer Natriummetasilikatlösung gegeben. Nach dem Vermischen der beiden Lösungen muß die gemeinsame Fällung der Nickel- und Silikationen durch Zugabe eines in Wasser löslichen, alkalischen Fällmittels, wie Ammoniumbicarbonat, vervollständigt werden. Die Lösung sollte dann auf etwa ihren Siedepunkt erhitzt werden. Alkalische Ammoniumfällmittel sind für dieW to create a mixing effect. Typically, a Nickel nitrate solution evenly within 5-40 minutes, preferably 10-30 minutes, to one Given sodium metasilicate solution. After mixing the two solutions, the common Precipitation of the nickel and silicate ions by adding a water-soluble, alkaline precipitants such as ammonium bicarbonate are completed. the Solution should then be heated to around its boiling point. Alkaline ammonium precipitants are for that
w Verringerung der Menge an Alkalimetallrückständen, die zur Vermeidung einer Vergiftungswirkung aus dem fertigen Katalysator durch Waschen entfernt werden müssen, am geeignetsten. In einigen Fällen können Kaliumfällmittel verwendet werden, wenn das Kaliumw reduction in the amount of alkali metal residues, which are removed from the finished catalyst by washing to avoid poisoning must, most suitable. In some cases, potassium precipitants can be used if the potassium is
h5 als Beschleunigungs-, nicht als Vergiftungsmittel wirkt.h5 acts as an accelerator, not as a poisoning agent.
Als Metallsalze werden vorzugsweise die wasserlöslichen Verbindungen, z. B. die Nitrate, Formiate oder Oxalate verwendet. Das bevorzugte katalytische MetallThe metal salts are preferably the water-soluble compounds, e.g. B. the nitrates, or formates Oxalates used. The preferred catalytic metal
ist Nicke), jedoch können auch andere katalytische Metalle verwendet werden. Diese Metalle umfassen Kobalt und Eisen.is Nicke), but other catalytic Metals are used. These metals include cobalt and iron.
Nach der Fällung wird das Gemisch etwa 1 -5 Stunden auf dem Siedepunkt gehalten. Dann wird es filtriert und viermal nut siedendem Wasser gewaschen. Der ausgefällte Katalysator wird dann durch etwa l-5stündiges Erhitzen auf 90-2050C getrocknet Darauf wird er durch 2—8stündiges, vorzugsweise 3—5stündiges Erhitzen in Gegenwart, eines Sauerstoff enthaltenden Gases oder von Luft auf eine Temperatur von 315 bis 480°CcalciniertAfter the precipitation, the mixture is kept at the boiling point for about 1 -5 hours. It is then filtered and washed four times with boiling water. The precipitated catalyst is then dried by being about l-5stündiges heating to 90-205 0 C thereon by 2-8stündiges, preferably 3-5stündiges heating in the presence of an oxygen-containing gas or air to a temperature 315-480 ° Ccalciniert
Wenn die Calcinierung beendet ist, muß der Katalysator zur Aktivierung reduziert werden. Die Reduktion wird in Gegenwart von Wasserstoff durchgeführt Der Wasserstoff wird bei Raumtemperatur mit einer Geschwindigkeit von 51/Std/g Katalysator bis 10&l/StcL/g Katalysator, vorzugsweise von 10 l/StdVg Katalysator bis 30 l/Std/g Katalysator Ober den Katalysator geführt Dann wird die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von etwa 5,50CZMm. auf 315-4800C erhöht Diese Temperatur i;nd der Wasserstoffstrom werden etwa 1-4 Stunden, vorzugsweise mehr als 2 Stunden aufrechterhalten.When the calcination is complete, the catalyst must be reduced to activate. The reduction is carried out in the presence of hydrogen. The hydrogen is passed over the catalyst at room temperature at a rate of 51 / h / g catalyst to 10 l / stcL / g catalyst, preferably from 10 l / h / g catalyst to 30 l / h / g catalyst Then the temperature increases at a rate of about 5.5 0 CZMm. increased to 315-480 0 C This temperature i ; nd the flow of hydrogen is maintained for about 1-4 hours, preferably more than 2 hours.
Die Reduktion wird entweder diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt vorzugsweise nachdem man den Katalysator in einen geeigneten Reaktor gegeben hat Reaktoren für diesen Zweck sind bekanntThe reduction is carried out either batchwise or continuously, preferably after the catalyst has been placed in a suitable reactor. Reactors for this purpose are known
Zu diesem Zeitpunkt ist der Katalysator gegen Entaktivierung empfindlich und kann bei gewöhnlichen Temperaturen in Gegenwart von Sauerstoff ohne vorherige Passivierung nicht gelagert werden. Die Passivierung kann darin bestehen, daß man den Reaktor bei einer Temperatur von über 1500C mit einem inerten Gas, vorzugsweise Stickstoff durchspült, auf Raumtemperatur abkühlt und dann das inerte Gas über den Katalysator leitet wobei man Luft in solcher Menge in das' inerte Gas einführt daß etwa 1 -2 MoI-% Sauerstoff vorhanden sind. Durch dieses Verfahren erhält Her Katalysator einen Oberflächenüberzug aus Oxid und wird passiviertAt this point the catalyst is sensitive to deactivation and cannot be stored at ordinary temperatures in the presence of oxygen without prior passivation. Passivation can consist in flushing the reactor with an inert gas, preferably nitrogen, at a temperature of over 150 ° C., cooling it to room temperature and then passing the inert gas over the catalyst, air in such an amount into the inert gas introduces that about 1-2 mol% oxygen is present. This process gives Her catalyst a surface coating of oxide and is passivated
Der erhaltene Katalysator hat in reduziertem Zustand eine spezifische Oberfläche des Nickels von 75-100 mVg und insgesamt eine spezifische Oberfläche von 150-30OmVg. Der Katalysator enthält auch 0,1 Gflw.-°/o oder weniger Netrium und 25 bis etwa 50 Gew.-°/o Nickel. Dieser Katalysator ist außerordentlich wirksam bei der Hydrierung von Olefinen (dieser Ausdruck schließt Diolefine und ähnliche Verbindungen ein), Aromaten, gesättigten und ungesättigten Aldehyden, im Oxo-Verfahren, bei der Hydrierung von eßbaren Fetten und Ölen, vor. Nitroverbindungen zu Aminen, vorzugsweise bei der Hydrierung von geradkettigen und verzweigten Cj- C»-Oiefinen, Q —Cjo-Aromaten, einschließlich kondensierter Nicht-Aromaten und C1-C20-Aldehyden.In the reduced state, the catalyst obtained has a specific surface area of the nickel of 75-100 mVg and a total specific surface area of 150-30OmVg. The catalyst also contains 0.1 wt% or less netrium and 25 to about 50 wt% nickel. This catalyst is extremely effective in the hydrogenation of olefins (this term includes diolefins and similar compounds), aromatics, saturated and unsaturated aldehydes, in the oxo process, in the hydrogenation of edible fats and oils. Nitro compounds to amines, preferably in the hydrogenation of straight-chain and branched Cj-C »-Oiefins, Q-Cjo-aromatics, including condensed non-aromatics and C 1 -C20 aldehydes.
Besonders brauchbar ist der erfindungsgemäße Katalysator bei der Hydrierung von Benzol zu Cyclohexan. In Gegenwart dieses Nickel-Siliciumdioxid-Katalysators mit einem Gehalt von 0,1 Gew.-% oder weniger Natrium im aktiven Katalysator werden erheblich verbesserte Ergebnisse erhalten.The catalyst of the invention is particularly useful in the hydrogenation of benzene to Cyclohexane. In the presence of this nickel-silica catalyst containing 0.1% by weight or less of sodium in the active catalyst obtained significantly improved results.
Die Bedingungen bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Katalysators in den angegebenen Hydrierungsreaktionen variieren stark und sind bekannt. Im allgemeinen können die folgenden Bedingungen angewandt wsrden: Temperatur 65-54O0C; Druck 1 Atmosphäre bis 840 Atmosphären Überdruck; Beschickungsgeschwindigkeit 0,2-100 Volumteile/ StdVVolumteiie; Wasserstoffzufuhr 355-1780 mVm3,The conditions when using the catalyst according to the invention in the hydrogenation reactions indicated vary widely and are known. In general, the following conditions may wsrden applied: temperature 65-54O 0 C; Pressure 1 atmosphere to 840 atmospheres gauge; Feed rate 0.2-100 parts by volume / hour volume; Hydrogen supply 355-1780 mVm 3 ,
Im Oxo-Verfahren werden Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu Alkenen gegeben, um Alkohole, Aldehyde und andere organische Verbindungen mit Sauerstoffunktionen zu erhalten. Typische Alkene, die in diesem Verfahren verwendet werden können, sind solche mit 2-20 Kohlenstoffatomen. Bedingungen für die Oxo-Reaktion sind Temperaturen von 65-175° C,In the Oxo process, carbon monoxide and Hydrogen added to alkenes to make alcohols, aldehydes and other organic compounds with To obtain oxygen functions. Typical alkenes found in Those with 2-20 carbon atoms can be used in this process. Conditions for the oxo reaction are temperatures of 65-175 ° C,
ίο Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff-Molverhältnisse von 04 -10,0 und Drücke von 7,0 - 70 atü.ίο hydrogen to hydrocarbon molar ratios of 04 -10.0 and pressures from 7.0 - 70 atm.
Das Produkt einer solchen Carbonyliemngsreaktion
besteht im allgemeinen aus Aldehyden, Acetalen und ungesättigten, Sauerstoff aufweisenden Verbindungen,
die eine hydrierende Behandlung in einer zweiten oder weiteren Hydrierungsstufe erfordern. Der erfindungsgemäße
Katalysator ist insbesondere für die Anwendung zur Hydrierung des Aldehydproduktes geeignet
Die Hydrierungsbedingungen in dieser weiteren Stufe entsprechen den im allgemeirrn in der ersten Stufe
angewandten Bedingungen.The product of such a carbonylation reaction generally consists of aldehydes, acetals and unsaturated, oxygen-containing compounds which require a hydrogenation treatment in a second or further hydrogenation stage. The catalyst of the invention is particularly suitable for use in hydrogenating the aldehyde product
The hydrogenation conditions in this further stage correspond to the conditions generally used in the first stage.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. In allen Beispielen wurde die spezifische Nickeloberfläche des Katalysators durch Chemisorption von Wasserstoff an der reduzierten Katalysatoroberfläche bei Raumtemperatur in einem herkömmlichen Gasadsorption-Vakuumsystem gemessen. Diese Methode ist ausführlich von Yates, Taylor und Sinfelt in J. Am. Chem. Soc. Bd. 86, S. 2996 (1964) beschrieben.The following examples illustrate the invention. In all examples the specific nickel surface area was of the catalyst by chemisorption of hydrogen on the reduced catalyst surface at room temperature in a conventional gas adsorption vacuum system measured. This method is extensively described by Yates, Taylor, and Sinfelt in J. Am. Chem. Soc. Vol. 86, pp. 2996 (1964).
Beispiel 1
(Vergleichsbeispiel)example 1
(Comparative example)
J5 In diesem Beispiel wurde ein Katalysator mit einer spezifischen Nickeloberfläche von 90 mVg und einem Gehalt von 0,2 Gew.-% Natrium hergestelltJ5 In this example, a catalyst was used with a specific nickel surface of 90 mVg and a content of 0.2 wt .-% sodium
Der Katalysator wurde wie foigt hergestellt: 1125 g Ni(NOj)2 · 6 H2O wurden zu 2,25 I Wasser gegeben.The catalyst was prepared as follows: 1125 g Ni (NOj) 2 · 6 H 2 O were added to 2.25 l of water.
danach 380 g Na2SiO3 · 9 H2O zu 2,25 I Wasser. Der zweiten Lösung wurden 50 g Kieselgur zugefügt wobei man zur Aufrechterhaltung einer Suspension gut rührte. Die Salze wurden dem Wasser bei Raumtemperatur zugegeben und gerührt, bis sie sich gelöst hatten. Es wurde mit einem elektrischen Rührer bei einer Umdrehungszahl von 600 UpM gerührt Die Zugabe erfolgte in einer Standard-Laborvorrichtung. Die Nickellösung wurde dann gleichmäßig innerhalb von etwa 15 Minuten zu der Natriumsilikatlösung gegeben.then 380 g of Na 2 SiO 3 .9 H 2 O to 2.25 l of water. 50 g of kieselguhr were added to the second solution, stirring well to maintain a suspension. The salts were added to the water at room temperature and stirred until dissolved. An electric stirrer was used to stir at a speed of 600 rpm. The addition was carried out in a standard laboratory device. The nickel solution was then added evenly to the sodium silicate solution over about 15 minutes.
so Während dieser Zeit wurde die Natriumsilikatlösung heftig gerührt. Anschließend wurde das Gemisch auf seinen Siedepunkt erhitzt. Beim Siedepunkt des Gemisches wurden gleichmäßig innerhalb von etwa 15 Minuten 800 g NH4HCO3 zugegeben. Während dieser Operation ging Wasser durch Verdampfung verloren. Um das verlorengegangene Wasser zu ersetzen, wurde Wasser zugefügt Nach der Zugabe des gesamten NH4HCO3 wurde das Gemisch 3 Stunden bei seinem Siedepunkt gerührt. Das durch Verdampfung verlorengegangene Wasser wurde erneut ersetzt Dann wurde filtriert und der feste Anteil fünfmal mit siedendem Wasser gewaschen. Jede Waschlösimg bestand aus 2 I Wasser. Zuletzt wurde der feslc Katalysator bei 930C getrocknet, 4 Stunden in Luft bei 400" C calciniert undso During this time the sodium silicate solution was vigorously stirred. The mixture was then heated to its boiling point. At the boiling point of the mixture, 800 g of NH4HCO3 were added uniformly within about 15 minutes. During this operation, water was lost through evaporation. Water was added to replace the lost water. After all of the NH4HCO3 had been added, the mixture was stirred at its boiling point for 3 hours. The water lost through evaporation was replaced again. It was then filtered and the solid portion was washed five times with boiling water. Each wash solution consisted of 2 liters of water. Finally, the catalyst feslc at 93 0 C was dried, calcined for 4 hours in air at 400 "C and
fr'· durch mehrstündige Behandlung mit einem Wasserstoffstrom bei etwa 354°C aktiviert. Es wurden etwa 395 g Katalysator gewonnen.fr '· by treatment for several hours with a stream of hydrogen activated at about 354 ° C. About 395 grams of catalyst were recovered.
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40 m'/p und cniliielt 0.? < !40 m '/ p and cniliielt 0.? < !
M Verwendung des KatahsatoisM Use of the katahsatoi
Line !'lobt· dt··- unter A hfigistcllicn Kat:il\salnts wurde in einem I oniinuicrlich arbeitenden lluliic ningMCiiklor /in I hiiw anctltin^r win llen/ol in Culnlievnn verwendet Die leslbedingungc η waten: 'tempera-Mir KH) C; Kaumgcschwinclipkcii 25 (icwii htsteilc/ Stunde/iiewielilsieile: Druck I Atmosphäre; Wasser stoff zu Kohlenwasserstoff Mnhcihältnis 40 Unter diesen Bedingungen wurden Hi.n'l'u des llen/ols in ("yclohcxan umgi wandelt. Die Umwandlung wurde durch Gaschromalographie bestimmt.Line! 'Praises · dt ·· - under A hfigistcllicn Kat: il \ salnts was in an oniinuicrlich working lluliic ningMCiiklor / in I hiiw anctltin ^ r win llen / ol in Culnlievnn uses the reading condition c η wading: 'tempera-Mir KH) C; Kaumgcschwinclipkcii 25 (icwii htteilc / Hour / iiewielilsieile: pressure I atmosphere; water substance to hydrocarbon ratio 40 below Hi.n'l'u des llen / ols in ("yclohcxan umgi converts. The conversion was determined by gas chromatography.
H c i s ρ i c I 2
(Vergleichsbeispicl)H cis ρ ic I 2
(Comparison example)
A Herstellung des KatalysatorsA Manufacture of the catalyst
Ktwa 75Og Ni(NO1), h HO und 320 ρ Na2.Si()i · 9 I I;O w luden zusammen zu 50 g von in 3.5 I Wasser aiifgcschllimmtcm Kieselgur gegeben Die Lösung w tu de gemischt, auf ihn η Siedepunkt eihil/t und dann mit 800p Ammoniumcarbonat veiset/i. Nach Beendigung der Aiisliillung wunli- die Aiiischliimmung weitere J Stunden /um Sieden erhitzt. Die erhaltene Aufschlämmung wurde dann lilliiert. gewaschen, getrocknet und wie in Beispiel I beschrieben calciniert. Ls wurden etwa 27Og Katal>satoi gewonnen Der erhaltene Kalal>sat<u halte einen Nit kclobciflächcnhc reich \on 47 m'/g. Dieser Bereit h wurde auf tlie gleiche Weise bestimmi wie in Beispiel 1.Approximately 750 g Ni (NO 1 ), h HO and 320 ρ Na2.Si () i 9 II; O were added together to 50 g of kieselguhr, which was dissolved in 3.5 l of water. The solution was mixed to reach its boiling point / t and then coated with 800p ammonium carbonate / i. After the dissolution has ended, the dissolution is heated to boiling for a further J hours. The resulting slurry was then lilled. washed, dried and calcined as described in Example I. About 270 g of katal> satoi were obtained. The obtained katal> sat <u hold a nit kclobciflächcnhc rich \ on 47 m '/ g. This ready h was determined in tlie same way as in Example 1.
Dieses Beispiel zeigt, dall die Verwendung einet einzigen Lösung anstelle der getrennten Lösungen des Beispiels I einen Katalysatoi mit weit geringerem Oberflächenbercich. d. h. von 90 pegcn 47 m7/p ergibt.This example shows that the use of a single solution instead of the separate solutions of Example I produces a catalyst with a much smaller surface area. ie from 90 pegcn 47 m 7 / p results.
B Verwendung des KatalysatorsB Use of the catalyst
Zur Hydrierung von Benzol wurden die gleichen Bedingungen angewandt wie in Beispiel IH, jedoch wurde anstelle des Katalysators des Beispiels IA der vorstehend unter A hergestellte Katalysator eingesetzt. Das hcillt es wurde ein Katalysator verwendet, bei dessen Herstellung alle Bestandteile direkt in eine Lösung gegeben und nicht wie beim Verfahren des Beispiels IA getrennte Lösungen gemischt wurden. Die Bedingungen für die Benzolhydricrung waren die gleichen wie in Beispiel IB. Die Umwandlung in Cyclohexan betrug nur 18%. wie durch Gaschromatographie ermittelt wurde.For the hydrogenation of benzene, the same conditions were used as in Example IH, however the catalyst prepared under A above was used instead of the catalyst of Example IA. This means that a catalyst was used in the manufacture of which all of the ingredients are directly converted into one Solution rather than mixing separate solutions as in the procedure of Example IA. the Benzene hydrogenation conditions were the same as in Example IB. The conversion to Cyclohexane was only 18%. as determined by gas chromatography.
Dieses Beispiel zeigt, daß der Katalysator des Beispiels 2A mit einer geringeren spezifischen Oberfläehe als I ndtic iimgsl.atalx sale t nlspieclietid weniger w ii ksam w ai .il>- ilei Kalalxsaloi des Beispiels I ΛThis example shows that the catalyst of Example 2A has a lower specific surface area than I ndtic iimgsl.atalx sale t nlspieclietid less w ii ksam w ai .il> - ilei Kalalxsaloi of the example I Λ
Beispiel 1
(eiliiulimgsgemaß)example 1
(expressly)
A I Ie ι stellung ties K alalvsatoisA I Ie ι position ties K alalvsatois
In diesem Beispiel erfolgti die Herstellung ties Kaialysalois mit den folgenden Abweichungen wie inIn this example ties are made Kaialysalois with the following deviations as in
in Beispiel I Λ:in example I Λ:
Die für tlie beulen Lösungen wrwendete Gesamtmenge an Wasser war zweimal so hoch wie die in Beispiel IA. Das heißt, tlas Nitkelnilral sowie das Natriummetasilikai wurden jeweils in 5 I Wasser gelt st.The total amount used for the bulging solutions water was twice that in Example IA. That is, tlas Nitkelilral as well as that Sodium metasilica were each gel st in 5 l of water.
ι, Is wurden etwa 395 g Katalysator gewonnen.ι, Is about 395 g of catalyst were obtained.
Der erhaltene Katalysator hatte eine spezifische Nickclohei däche von etwa 90 m'/g und einhielt nur etwa 0.1 Gew. % Natrium Das heißt die weitere Verdünnung halte keine Wirkung aiii tlie spezifischeThe catalyst obtained had a specific Nickclohei area of about 90 m '/ g and only complied about 0.1% by weight sodium. That means that further dilution has no all-specific effect
.•π Oberflächt ties aktiven Katalysators, doch wurde durch Verdoppelung der Menge ties Lösungsmittels tier Natriumgehalt aiii die Hälfte icdii/ietl.. • π Surface of the active catalyst, but was through Doubling of the amount of the solvent and the sodium content aiii half icdii / ietl.
Il Verwendung des KatalysatorsIl use of the catalyst
Zur Hydrierung von Benzol wurden genau die gleichen Bedingungen wie in Beispiel ItI angewandt, jedoch wurde anstelle ties Kalah salors des Beispiels IA der vorstehend iiiitei A Iu ι gestellte Katalysator eingesetzt f)ic Umwandlung In trug ()2.8%. Dies zeigt in eine Verbesserung um ilen t'altoi 2 gegenüber dem Katalysator ties Beispiels IA und eine Verbesserung um den Faktor 4 grgcnübei dem Katalysator des Beispiels 2Λ. Das heißt durch weitere Vcidünnung der Lösungen kann man eine größere Kaialysaloiaklivitäl erzielen.Exactly the same conditions as in Example ItI were used for the hydrogenation of benzene, however, instead of ties the Kalah salors of Example IA the catalyst provided above iiiitei A Iu used f) ic conversion In contributed () 2.8%. this shows in an improvement by ilen t'altoi 2 over the Catalyst ties example IA and an improvement around a factor of 4 for the catalyst of the example 2Λ. That is, by further diluting the solutions one can achieve a greater Kaialysaloiaklivitäl.
(" Verwendung des Katalysators("Use of the catalyst
Kinc Probe des unter A hergestellten Katalysators wurde pcllctisicit und zur Umwandlung von 2-Älhylhexanal in den entsprechenden Alkohol verwendet. DieKinc sample of the catalyst prepared under A was pcllctisicit and for the conversion of 2-Älhylhexanal used in the corresponding alcohol. the
*» Tcslbedingungcn waren: Temperatur 135"C; Raumgeschwindigkeit 3.0 Gewichtsleili/Gcwichtstcile/Stunde; Druck 35 aiii: Wasserstoff zu Kohlenwasserstoff MoI-vcrhältnis 2.5. Nach 15 Stunden waren %,0% des Aldehyds in ilen Alkohol umgewandelt, während in The temperature conditions were: temperature 135 "C; space velocity 3.0 parts by weight / parts by weight / hour; pressure 35 aiii: hydrogen to hydrocarbon molar ratio 2.5. After 15 hours% .0% of the aldehyde had been converted into oil, while into
J) einem Versuch, der unter identischen Bedingungen unter Verwendung eines im Handel erhältlichen Nickelkatalysators durchgefühlt wurde, nur 70,1% des Aldehyds reduziert wurden.J) an experiment carried out under identical conditions using a commercially available nickel catalyst was only 70.1% of the Aldehyde were reduced.
Dies zeigt eine wesentliche Verbesserung in der Umwandlung von Oxoaldehydcn zu Alkoholen aufgrund der größeren Aktivität des erfindungsgemäß' λ Katalysators.This shows a significant improvement in the conversion of alcohols to Oxoaldehydcn due to the greater activity of the inventive 'λ catalyst.
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