DE2324539A1 - Herstellung eines chromoxyd-siliciumdioxyd-polymerisationskatalysators - Google Patents

Herstellung eines chromoxyd-siliciumdioxyd-polymerisationskatalysators

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DE2324539A1
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xerogel
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Donald Reinhold Witt
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Phillips Petroleum Co
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/24Chromium, molybdenum or tungsten
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08F10/00Homopolymers and copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond

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Description

  • Herstellung eines Chromoxyd-Siliciumdioxyd-Polymerisationskatalysators In einer Hinsicht betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Waschen eines Siliciumdioxydhydrogel-Katalysatorträgers, um während seiner Herstellung entstandene Salze zu entfernen.
  • Die Herstellung von Kieselgelen durch Einwirken einer Mineralsäurelösung auf eine Alkalimetallsilicatlösung ist allgemein bekannt. Solche Verfahren liefern Kieselgele, welche in Kßtalysatoren umgewandelt werden können, die in Polymerisationsverfahren eingesetzt werden können, deren allgemeine Natur in den US-PS 2 825 721 und 3 225 023 beschrieben wird, auf die hier Bezug genommen wird.
  • Solche Verfahren umfassen die Herstellung des Hydrogels durch Reaktion einer wäßrigen Mineralsäurelösung und einer wäßrigen Alkalimetallsilicatlösung, Altern des Hydrogels und Waschen des fTyroge und Entfernen des Wassers aus dem Hydrogel, um 309850/1 101 ein Xerogel zu bilden, welches isoliert wird. Das Xerogel kann dann mit einer Chromverbindung und gegebenenfalls einer Titanverbindung vereinigt -und aktiviert werden, um einen für die Olefinpolymerisation aktiven Katalysator herzustellen. Die vorliegende Erfindung liefert ein verbessertes Verfahren zur Herstellung des Katalysators und bezieht sich auf das Waschen des Hydrogels.
  • Erfindungsgemäß wird eine Verbesserung in dem Verfahren zur Herstellung eines Xerogels und eines Katalysators erzielt, in welchem. Verfahren das Hydrogel nach dem Altern mit einer Ammoniumnitratlösung gewaschen wird, um aus dem Hydrogel das während seiner Herstellung gebildete Alkalimetallsalz im wesentlichen zu entfernen. Dieses Salz wird im allgemeinen Natriumsulfat sein, da das Hydrogeim allgemeinen durch Einwirkung einer wäßrigen Schwefelsäurelösung auf eine wäßrige Natriumsilicatlösung hergestellt wird. Die vorliegende Erfindung wird hier anhand dieser Ausführungsform beschrieben, ohne jedoch die Erfindung darauf zu beschränken.
  • Es ist üblich, bei der Herstellung von«Kieselgelen das gealterte Hydrogel einigemale mit Wasser und mit einer verdünnten Säure oder einer Ammoniumsalzlösung zu waschen, um den Alkalimetallionen-Gehalt des Gels auf weniger als etwa 0,05 Gewichts-% zu reduzieren. Es wurden verschiedene Ammoniumsalze zu diesem Zweck auf der Grundlage gleichwert-ger Ergebnisse solcher Salze vorgeschlagen. Es wurde nun festgestellt, daß überraschend bessere Ergebnisse erzielt werden - wie sich aus dem Schmelzindex des hergestellten Polymerisats ergibt -, wenn das Hydrogel mit einer wäßrigen Ammoniumnitratlösung gewaschen wird, wobei das Ammoniumnitrat in der Lösung in einer Menge im Bereich von 1 bis'3 Gewichts-% vorhanden ist.
  • Die Erfindung wird ausgeführt, indem die Mnmoniumnitratlösung in jeder geeigneten Weise in Kontakt mit dem Hydrogel geführt wird, und zwar in einer ausreichenden Menge und während einer ausreichenden Zeit, um den Allalimetallionen Gehalt des Hydrogels auf weniger als etwa 0S35 Gewichts-% zu reduzleren Was die Verfahrensschritte zum Waschen des Hydrogels betrifft, abgesehen von der Verwendung von Ammoniumnitrat, so sind diese Schritte diejenigen, welche in der vergleichbaren Arbeitsweise gemäß dem Stand der Technik verwendet werden.
  • Vorzugsweise wird die wäßrige Ammoniumnitratlösung durch das Hydrogelbett zirkuliert, bis das Hydrogel den gewünschten Natriumionen-Gehalt erreicht, und anschließend wird das Hydrogel mit Wasser gewaschen, um die verbliebene Ammoniumnitratlösung zu entfernen.
  • Die erfindungsgemäßen Ergebnisse zeigen an, daß, während die Verwendung von wäßrigen Ammoniumnitratlösungen zu überraschend überlegenen Ergebnissen führt, die Verwendung von wäßrigen Lösungen, welche Ammoniumnitrat in einer Menge im Bereich von etwa 1,5 bis 3 Gewichts-% und vorzugsweise von 2 bis3 Gewichts-% enthalten, die vorteilhaftesten Ergebnisse liefert, ausgedrückt als Schmelzindex des hergestellten Polymerisats, wenn das erhaltene Xerogel, welches eine Chromverbindung enthält, als Katalysator eingesetzt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die wäßrige Alkalimetallsilicatlösung in die wäßrige Säurelösung mit einer kontrollierten Geschwindigkeit eingeführt.
  • Die Zugabegeschwindigkeit kann konstant sein, oder die Zugabe der Silicatlösung kann mit Unterbrechungen bzw. periodisch erfolgen. Die Silicatlösung wird mit einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß durchschnittlich etwa 0,1 bis 16 Gewichts-% des Gesamtgewichts des der Säure zuzugebenden Natriumsilicats pro Minute der Zugabezeit zugegeben werden, wobei die Zugabezeit die GesamtZeit ist, während der die Zugabe erfolgt, unabhängig davon, ob die Zugabe kontinuierlich oder mit Unterbrechungen erfolgt.
  • Das Hydrogel wird bei einer Temperatur voetwa 18 bis 930C (65 bis 200°F) während etwa 1 Stunde oder länger gealtert. Das Hydrogel wird dann unter Verwendung einer Ammoniumnitratlösung wie vorstehend beschrieben gewaschen.
  • Das Wasser wird dann aus dem Hydrogel durch eine im allgemeinen flüssige, Sauerstoff enthaltende organische Verbindung, die in Wasser löslich ist, oder durch azeotrope Destillation unter Verwendung einer solchen organischen Verbindung entfernt. Geeignete Verbindungen schließen ein Methylisobutylketon, Äthyl acetat, sek.-Butylalk-ohol, Isopropylacetat, Aceton und ähnliches. Im allgemeinen werden etwa 1,2 bis etwa 2 Gewichtsteile der organischen Verbindung pro Gewichtsteils des Hydrogels verwendet, wenn die Methode der azeotropen Destillation gewählt wird.
  • Wenn es erwünscht ist, das Wasser durch azeotrope Destillation zu entfernen, muß eine organische Verbindung ausgewählt werden, welche mit Wasser ein Azeotrop bildet und vorzugsweise auch eine begrenzte Löslichkeit in Wasser besitzt.
  • Das im wesentlichen wasserfreie Siliciumdioxyd-Xerogel bzw.
  • Kiesel-Xerogel wird dann durch Einverleiben einer Chromverbindung in einer Menge, um im allgemeinen etwa 1 bis etwa 10 Gewichts-% Chromoxyd im calcinierten Katalysator zu erzielen, modifiziert.
  • Falls-es erwünscht ist; in den Katalysator ein Störmittel (perturbing agent), wie Titan, einzuverleiben, kann eine Titanverbindung in eine der für die Bildung des Hydrogels verwendeten Lösungen eingeführt werden, oder eine Titanverbindung kann in das Xerogel eingeführt werden. Alle im nachfolgenden Beispiel verwendeten Katalysatoren zur Herstellung der Polymerisate enthielten 1,0 Gewichts-% Chromoxyd, berechnet als Metall, und 2,5 Gewichts-% Titanoxid, berechnet als Metall.
  • Die Katalysatoren wurden durch Erhitzen während 5 Stunden auf 8710C (16000F) aktiviert.
  • Beispiel Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch die nachfolgenden Ergebnisse demonstriert. Diese Ergebnisse wurden erhalten, indem die vorliegende Erfindung nach der besten Methode zur Herstellung von Siliciumdioxydhydrogelen (silica hydrogels) unter vergleichbaren Bedingungen, wie vorstehend beschrieben, durch geführt wurde. Diese Hydrogele wurden dann in aliquote Teile aufgeteilt.
  • Diese Teile des ersten Hydrogels wurden einzeln mit wäßrigen Ammoniumsulfatlösungen gewaschen, wobei jeder Teil mit einer wäßrigen Ammoniumsulfatlösung einer bestimmten Konzentration gewaschen wurde.
  • Die Teile des zweiten Hydrogels wurden einzeln mit wäßrigen Ammoniumnitratlösungen gewaschen, wobei jeder Teil mit einer Ammoniumnitratlösung gewaschen wurde, welche in der Molkonzentration mit den vorstehend genannten Ammoniumsulfatlösungen vergleichbar war.
  • Die einzelnen Hydrogel-Teile wurden dann unter im wesentlichen gleichem Vorgehen in Xerogele und dann in die Chrom enthaltenden Katalysatoren überführt. Jeder der so gebildeten Katalysatoren wurde dann einzeln bei einer Äthylenpolymerisation unter im wesentlichen gleichen Bedingungen bei etwa 110°C (2300F) und 38,4 Atm. (550 psig) eingesetzt, um Äthylenpolymerisate herzustellen, und es wurde der Schmelzindex der einzelnen Polymerisate bestimmt. Mit anderen Worten, in den Verfahren, deren Ergebnisse nachstehend angegeben werden, waren alle Stufen im wesentlichen identisch, mit Ausnahme der Art der zum Waschen des Hydrogels einzeln verwendeten Lösung und der Konzentration des Salzes in der Lösung. Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten: Ammoniumsulfat Ammoniumnitrat Stärke der Polymerisat- Stärke der Polymerisat-Lösungen Schmelzindex Lösungen Schmelzindex Gewichts-% (M.I.) Gewichts-% (M.I.) o 825 1 3,3 0,5 1,65 2,0 4,2 1,0 5,9 2,48 3,0 3,1 3,3 4,0 4,7 2,0 6,9 Äquivalent zu der Lösung von NH4N03, bezogen auf Nu4+.
  • In-den vorstehenden Angaben wurden die Werte für den Schmelzindex des Polymerisats auf denselben Ausbeutewert von 5000 g Polymerisat pro g Katalysator korrigiert, um Unterschiede in den Schmelzindexwerten, die auf die Polymerisatausbeute zurückzuführen sind, zu vermeiden.
  • Die Ammoniumsulfatlösungen waren auf der Basis des Formelgewichtes mit den Ammoniumnitratlösungen vergleichbar, d.h. auf der Basis des Formelgewichtes sind 0,825 g Ammoniumsulfat äquivalent zu 0,5 g Ammoniumnitrat. Da doppelt soviel Ammoniumionen pro Mol Ammoniumsulfat im Vergleich zu 1 Mol Ammoniumnitrat vorhanden sind, sollte der Austausch mit den Natriumionen in dem Hydrogel mit dem Sulfat gegenüber dem Nitrat bevorzugt sein. Die Testdaten jedoch zeigen dies nicht an.
  • Die von der Verwendung wäßriger Ammoniumnitratlösungen abgeleiteten Daten zeigen eine zunehmende Verbesserung des Schmelzindex des Polymerisats über den in Frage stehenden Bereich an, wobei durch den von einem Hydrogel, welches mit einer 2-gewichtsprozentigen Ammoniumnitratlösung gewaschen wurde abgeleiteten Katalysator wesentlich überlegenere Polymerisate erhalten werden. Aus der Steigung der aus diesen Daten konstruierten Kurve ist es angebracht zu schließenS daß mindestenss bei Verwendung.
  • von Losungen,. welche 3 Gewichts» Ammoniumnitrat enthaltenD Polymerisate mit verbessertem Schmelzindex erhalten werden würden.
  • Es versteht sich von selbst, daß die vorstehend beschriebene Erfindung, welche in Bezug auf das Siliciumdioxydhydrogel bzw.
  • Kieselgel erläutert wurde, auch auf Cogele, die Titan und andere Hilfsstoffe enthalten, anwendbar ist. Die Hilfsstoffe können in das Silciumdioxyd einverleibt werden, um ein Cogel zu bilden, in dem sie in die Säure- oder Silicatlösungen, die zur Bildung des Gels verwendet werden, eingebracht werden, oder der Hilfsstoff kann in die Zusammensetzung in jeder Stufe nach der Bildung des ursprünglichen Hydrogels eingebracht werden.

Claims (3)

* P a t e n t a n s p r ü c h e
1.) Verfahren zur-Herstellung eines Chromoxyd-Siliciumdioxyd-Polymerisationskatalysators durch Umsetzung einer wäßrigen Alkalimetallsilicatlösung mit einer wäßrigen Säure, um ein Hydrogel zu bilden, Alterung de-s Hydrogels, Waschen des gealterten Hydrogels mit einer wäßrigen Lösung eines Ammoniumsalzes, Entfernen des Wassers aus dem gewaschenen Hydrogel, um ein Xerogel zu bilden Ablagern. von Chromoxyd auf dem Xerogel und Aktivieren der erhaltenen Zusammensetzung, um ihre Aktivität zur Olefinpolymerisation zu entwickeln, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Waschen des Hydrogels verwendete Ammoniumsalzlösung eine Ammoniumnitratlösung ist.
2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Ammoniumnitrats in der Waschlösung im Bereich von 1 bis 3 Gewichts-% liegt.
3.) Verwendung eines gemäß Anspruch 1 oder 2 hergestellten ~Katalysators zur Polymerisation von Olefinen.
DE2324539A 1972-05-22 1973-05-15 Herstellung eines chromoxyd-siliciumdioxyd-polymerisationskatalysators Pending DE2324539A1 (de)

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