DE2211002B2 - Verfahren zur gleichzeitigen Ver besserung der mechanischen Festigkeit und Verminderung der spezifischen Ober flache aktiver Tonerde - Google Patents
Verfahren zur gleichzeitigen Ver besserung der mechanischen Festigkeit und Verminderung der spezifischen Ober flache aktiver TonerdeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Verbesserung der mechanischen Festigkeit
und Verminderung der spezifischen Oberfläche aktiver Tonerde durch Druckbehandlung bei erhöhter
Temperatur in einer Wasserdampfatmosphäre und anschließende Calcinierung.
Zweck der Erfindung ist es, eine aktive Tonerde mit kontrollierten physikalisch-strukturellen Eigenschaften
und einer guten mechanischen Festigkeit sowie einem Molverhältnis H2O/A12O3 bis unter dem Wert 1,4 zu
erhalten.
Dabei hat der »Werdegang« des Trägers, 1. h. die Art der Darstellung der hydratisierten Tonerde, sowie
die anschließende Behandlung, welche angewandt wird, um die beinahe wasserfreien Transitionsformen
zu erhalten, einen entscheidenden Einfluß auf die Textur- und kristallographischen Eigenschaften und
letzthin auf die Aktivität und Stabilität der als Katalysator dienenden Tonerde. Gleichermaßen ist die
mechanische Festigkeit eine ins Gericht fallende Eigenschaft im Falle der Anwendung der aktiven Tonerde
im verformten Zustand (Strangpreßlinge, Kugelform, Tabletten u. ä.).
Die gleichzeitige Realisierung so vieler Kennwerte ist nicht immer leicht zu bewerkstelligen. Diesbezüglich
wurden zahlreiche Methoden zur Darstellung von hydratisiertcr Tonerde sowie Vertahren zu deren
Überführung in aktive Tonerde bekannt bzw. in Vorschlag gebracht.
So ist es aus der deutschen Patentschrift 868 601 bekanntgeworden, Aluminiumoxyd-Hydrat durch
Druckbehandlung in alkalischem Medium bei Temperaturen oberhalb 1250C umzuwandeln. Aus der
britischen Patentschrift 1169 096 ist es bekanntgeworden,
Böhmit mit einer spezifischen Oberfläche von 10 bis 150 m2/g durch Druckbehandlung bei
Temperaturen zwischen 150 und 2500C in Gegenwart monovalenter Säureionen zu gewinnen.
Aktive Tonerde wird sowohl aus hydratisierter Tonerde erhalten, welche durch das Bayer-Verfahren hergestellt
wurde, als auch aus Tonerdegelen, die auf verschiedene Art dargestellt wurden.
Die Tonerdegele erbringen den Vorteil eines höheren chemischen Reinheitsgrades und sind auch leichter zu
verarbeiten. Die spezifische Oberfläche solcher durch kontrollierte thermische Dehydration der Gele erhaltenen
aktiven Tonerden liegt im allgemeinen zwischen 200 und 400 m2/g bei einer hohen Porosität.
ίο Diese Eigenschaften sind für die Darstellung einiger
Katalysatoren hinlänglich. Folglich sind keine zusätzlichen Behandlungen nötig, um Katalysator-Träger zu
erhalten. In anderen Fällen müssen jedoch bestimmte Eigenschaften des Trägers korrigiert werden, z. B.
die spezifische O' ;rfläche, die Porosität u. a.
Manche hetev ^enen katalytischen Verfahren bedingen
z. B. Katalysatoren mit spezifischen Oberflächen von mittlerer Größe (50 bis 200m5/g), und m
diesem Fall muß die als Träger verwendete Tonerde
ao entsprechenden Nachbehandlungen unterzogen werden
(thermische Behandlung in Luft oder Dampf, bei normalem oder erhöhtem Druck, usw.).
Diese Verfahren erbringen eine Verringerung der spezifischen Oberfläche und eine Änderung der Textur,
as jedoch wird gleichzeitig die mechanische Festigkeit des
Trägers bzw. Katalysators geschwächt.
Gleichzeitig muß auch die Phasenzusammensetzung der hydratisierten Tonerde berücksichtigt werden, weil
von dieser die Art der Transitionstonerde abhängt, welche im Laufe der thermischen Behandlung erhalten
wird. Die geläufigen Darstellungsmethoden ergeben ein Tonerdegel mit verschiedenen Anteilen an Mono-
und Tri-Hydraten, mehr oder weniger gut kristallisiert, von amorphen Phasen begleitet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine aktive Tonerde mit niedriger spezifischer Oberfläche
und einem Wassergehalt von weniger als 1,4 Mol H2O je Mol Al2O3 zu schaffen. Die Erfindung besteht
darin, daß die Druckbehandlung in Gegenwart einer wäßrigen Ammoniaklösung mit einer Konzentration
von 0,5 bis 20 Gewichtsprozent NH3 bei einer Temperatur
von über 1000C vorzugsweise von 150 bis 25O0C
und einer Dauer von 2 bis 12 Stunden an bereits vorgeformten und nach der Verformung getrockneten
Granulaten (oder Formlinge) erfolgt.
Auf diese Weise wird das Zusammenbacken der Formlinge zu klebrigen Massen vern.leden, eine Erscheinung,
die eintritt, wenn die Autoklavbehandlung nur in Gegenwart von Wasser erfolgt. Auch wird
gleicherweise ein Anwachsen des Böhmitanteils der Tonerde erhalten.
Die gemäß dem in Vorschlag gebrachten Verfahren erhaltene hydratisierte Tonerde hat einen Wassergehalt
von weniger als 1,4 Mol H2O je Mol Al2O3, während
die nichtbehandelte hydratisierte Tonerde ein Molverhältnis H2O/A12O3 von über 2 aufweist.
Die durch die vorgeschlagene Behandlungsweise erhaltenen Proben weisen nach thermischer Dehydratation
bei Temperaturen über 5000C eine verringerte spezifische Oberfläche und eine mechanische Festigkeit
auf, welche den nichtbehandelten Proben gleich ist oder sogar höher liegt.
Es wurde ein Tonerdegel durch Fällen dargestellt, indem wäßrige Lösungen von Aluminiumnitrat und
Ammoniak unter kontrollierten Temperaturbedingun-
gen (30 bis 4O0C) und bei einem pH-Wert von mehr
als 8,5 zusammengebracht wurden. Die auf diese Weise erhaltene Tonerde hat einen Glühverlust bei
6Ou0C von 33 Gewichtsprozent und ein Molverhältnis
H2O/A12O3 von 2,15.
Das trockene Tonerdegel wurde durch Hinzufügen von Wasser und 0,5 Gewichtsprozent Salpetersäure,
bezogen auf Al2O3, zu einer Paste geknetet, durch
3-mm-Düsen zu Strängen gepreßt und 4 Stunden bei 115c C getrocknet.
Die auf diese Weise erhaltenen Formlinge wurden einer Wärmebehandlung bei 600 bis 8000C unterworfen,
in Luft und Wasserdampfatmosphäre.
Ein anderer Anteil der Formlinge wurde vor dem Calcinieren in Luft einer Autoklavbehandlung bei
Temperaturen über 1000C einmal in Gegenwart von Wasser und zum anderen in Gegenwart von wäßriger
Ammoniaklösung mit einem Gehalt von 10 Gewichtsprozent NH3 unterzogen, wobei die Strangpreßlinge
nicht mit der Flüssigkeit in Berührung waren. Nach der Autoklavbehandlung wurden die Strangpreßlinge
getrocknet und anschließend bei 600 bis 8000C geglüht. Die Dauer der Autoklavbehandlung war in
allen Fällen 4 Stunden, und die Glühdauer 5 Stunden.
Vor dem Glühen wurde für alle Proben das Molverhältnis H2CVAl2O3 bestimmt (wobei es sich um das
strukturgebundene Wasser handelt), und nach dem Glühen wurde die mechanische Festigkeit der Strangpreßlinge
bestimmt, wobei die Festigkeit der bei 600° C geglühten Tor.erde, welche nicht einer Autoklavbehandlung
unterworfen würde, ir:t 100 angegeben
wurde, sowie die spezifische Oberfläche nach der BET-Methode.
Die erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 1 angeführt.
Es kann festgestellt werden, daß die Proben, welche durch die Autoklavbehandlung der hydratisierten
Tonerde in Gegenwart einer wäßrigen Ammoniaklösung bei Temperaturen von über 100° C erhalten
wurden, eine verringerte spezifische Oberfläche und eine gute mechanische Festigkeit aufweisen. Durch die
Autoklavbehandlung des Tonerdegels nur im Beisein von Wasser, bei sonst gleicher Temperatur, wurde
eine Verformung der Strangpreßlinge und ein Zusammenbacken zu einer klebrigen Masse festgestellt.
IO
Das dargestellte Tonerdegel gemäß Beispiel 1 wurde zu Strängen gepreßt und 4 Stunden bei 115 = C getrocknet,
dann einer Autoklavbehandlung in Gegenwart von wäßrigen Ammoniaklösungen verschiedener
Konzentration bei gleichen Temperaturen unterzogen, danach getrocknet und in Luft bei 6500C 5 Stunden
lang geglüht. Die erhaltenen Ergebnisse sind in
ao Tabelle 2 angegeben.
Das Verfahren der Autoklavbehandlung der Tonerdegele
in Gegenwart eines Wasserdampf-Ammoniak-Gemisches bei Temperaturen über 1000C weist
folgende Vorteile auf:
35 es gestattet die Darstellung von aktiver Tonerde
mit kontrollierten physikalischen und Textureigenschaften, wobei die Tonerdeformlinge eine
gute mechanische Festigkeit aufweisen;
es wird eine Korrektur der kristallinen Zusammensetzung der Tonerde in Richtung der Vergrößerung
des Böhmitanteiles und der Verringerung des Amorphanteiles oder des schwach kristallisierten Anteiles herbeigeführt, was eine
günstige Folge hat bei der Verwendung der Tonerde als Katalysatorträger.
Art der Behandlung | Temperatur | Mol | Cjlun- | Spezifische | Mechanische | Anmerkungen | |
PrnKp | bei Autoklav | verhältnis | tempe- | Oberfläche | Festigkeit | ||
η uuc Nr. |
behandlung | H2O/A12O3 | rstur | °/o | |||
Hydratisierte Tonerde, | hydratisierte | 0C | m7g | gegenüber | Zeugenprobe | ||
5 Stunden an der Luft | Tonerde | 600 | 360 | Probe 1 | |||
1 | geglüht. | — | 2,15 | 700 | 282 | 100 | |
2 | Aktive Tonerde, | — | 2,15 | 800 | 183 | 123 | Die Proben wurden |
3 | 5 Stunden in Wasser | 2,15 | 600 | 203 | 105 | zuerst in Luft bei | |
4 | dampf geglüht. | _ | 700 | 156 | 85 | 6000C geglüht. | |
5 | Hydratisierte Tonerde, | — | 800 | 131 | 68 | Die Formlinge sind | |
6 | autoklavbehandelt in | 180 | — | 59 | zu einer klebrigen | ||
7 | Gegenwart von H2O | 1,35 | Masse ver | ||||
schmolzen | |||||||
Hydratisierte Tonerde, | |||||||
autoklavbehandelt in | 180 | 600 | 192 | ||||
8 | Gegenwart einer wäß | 180 | 1,38 | 700 | 180 | 102 | |
9 | rigen Lösung mit | 180 | 1,38 | 800 | 158 | 108 | |
10 | 10 Gewichtsprozent | 200 | 1,38 | 600 | 178 | 107 | |
11 | NH3 | 200 | 1,31 | 700 | 173 | 126 | |
12 | 200 | 1,31 | 800 | 140 | 122 | ||
13 | 220 | 1,31 | 600 | 147 | 100 | ||
14 | 220 | 1,27 | 700 | 140 | 131 | ||
15 | 220 | 1,27 | 800 | 134 | 110 | ||
16 | 1,27 | 106 | |||||
5 | Konzentration | Temperatur | 2 211 002 | Crluh- | 6 | Mechanische | |
der NHj-Lösung | der Autoklav | temperatur | Festigkeit in 0I0 | ||||
NHj-Gewichts- | behandlung | Tabelle 2 | = C | gegenüber | |||
prozent | 0C | Molverhältnis | 650 | Spezifische | Probe 1 | ||
Probe | 1 | 190 | H;0/AI,03 | 650 | Uöertiacne | 118 | |
Nr. | 5 | 190 | der hydratisierten | 650 | m2/g | 109 | |
15 | 190 | Tonerde | 170 | 97 | |||
17 | 1,36 | 167 | |||||
18 | 1,37 | 178 | |||||
19 | 1,39 | ||||||
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur gleichzeitigen Verbesserung der mechanischen Fesiigkeit und Verminderung der spezifischen Oberfläche aktiver Tonerde durch Druckbehandlung bei erhöhter Temperatur in einer Wasserdampfatmosphäre und anschließende CaI-cinierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckbehandlung in Gegenwart einer wäßrigen Ammoniaklösung mit einer Konzentration von 0,5 bis 20 Gewichtsprozent NH3 bei einer Temperatur von über 100GC vorzugsweise von 150 bis 250" C und einer Dauer von 2 bis 12 Stunden an bereits vorgeformten und nach der Verformung getrockneten Granulaten (oder Formlinge) erfolgt.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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RO6690271 | 1971-05-15 | ||
US00232261A US3839230A (en) | 1971-05-15 | 1972-03-06 | Process for improving the active-alumina catalyst properties |
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DE2211002B2 true DE2211002B2 (de) | 1973-10-04 |
DE2211002C3 DE2211002C3 (de) | 1974-05-30 |
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