DE3228879A1 - Dehydrogenation catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
tDehydrierungskatalysatortDehydrogenation catalyst
Die Erfindung betrifft einen Dehydrierungskatalysator, enthaltend a) 50 bis 95 Gew.%, bezogen auf a + b, mindestens einer Eisenverbindung, berechnet als Fe203, und b) 5 bis 50 Gew.%, bezogen- auf a + b, mindestens eines Promotors und/oder mindestens eines Stabilisators, berechnet als stabilstes Oxid.The invention relates to a dehydrogenation catalyst containing a) 50 to 95% by weight, based on a + b, of at least one iron compound, calculated as Fe 2 O 3, and b) 5 to 50% by weight, based on a + b, of at least one promoter and / or at least one stabilizer, calculated as the most stable oxide.
Olefine, insbesondere Butadiene und Vinylbenzole sind wichtige Ausgangsprodukte für die Herstellung von Kunststoffen, synthetischen Harzen und Kautschukarten.Olefins, in particular butadienes and vinylbenzenes, are important starting materials for the production of plastics, synthetic resins and rubbers.
Im allgemeinen werden sie bei den technisch ausgeübten Verfahren durch Überleiten von teilgesättigten Kohlenwasserstoffen z.B. Ethylbenzol oder Buten zusammen mit Wasserdampf über einen Festbettkatalysator bei Temperaturen zwischen 450 und 7000C dehydriert. Das Verfahren kann isotherm oder adiabatisch ausgeführt werden (vgl. 1).In general, they are carried out in the technically practiced procedures Passing over partially saturated hydrocarbons e.g. ethylbenzene or butene together with steam over a fixed bed catalyst at temperatures between 450 and 7000C dehydrated. The process can be carried out isothermally or adiabatically (see 1).
Zum Stand der Technik nennen wir: (1) Kunststoff-Handbuch, Band V, Polystyrol, Carl Hanser--Verlag, Seiten 39 bis 47 (1969), (2) US-PS 4 144 197, (3) DE-OS 25 44 185 und (4) deutsche Patentanmeldung P 31 32 014.7 'Als Katalysatoren werden Eisenoxide, promotiert mit oxidbildenden Alkalisalzen und weiteren selektivitätssteigernden und strukturstabilisierenden Metallverbindungen verwendet. Zur Herstellung des Katalysators können Eisenoxide, die durch thermische Zersetzung von Eisennitrat, Eisenoxalat oder Eisensulfat gewonnen werden ebenso eingesetzt werden wie technisch in großem Maßstab produzierte Eisenoxidpigmente, z.B. Eisenrot (Hämatit-alpha--Fe203) und Eisengelb (Goethit-alpha-FeOOH).With regard to the state of the art, we mention: (1) Kunststoff-Handbuch, Volume V, Polystyrene, Carl Hanser - Verlag, pp. 39 to 47 (1969), (2) US Pat. No. 4,144,197, (3) DE-OS 25 44 185 and (4) German patent application P 31 32 014.7 'As Catalysts are iron oxides, promoted with oxide-forming alkali salts and others Selectivity-increasing and structure-stabilizing metal compounds are used. For the production of the catalyst can iron oxides produced by thermal decomposition obtained from iron nitrate, iron oxalate or iron sulfate are also used are like iron oxide pigments produced technically on a large scale, e.g. iron red (Hematite-alpha - Fe203) and iron yellow (goethite-alpha-FeOOH).
Das gemahlene Eisenoxid - 50 bis 95 Gew.% der Kontaktmasse - wird mit den pulverförmigen oder in Wasser gelösten Promotoren unter weiterem Zusatz von Wasser vermengt und zu einer plastischen Masse geknetet, zu Strängen extrudiert, getrocknet und bei Temperaturen zwischen 500 und 100000 (in aller Regel im Bereich zwischen 850 und 9500C) 0,5 bis 3 Stunden calciniert [vgl. (2), (3) und (4)]. Dabei wird eine Kontaktoberfläche zwischen 3 und 4 m2/g angestrebt. The ground iron oxide - 50 to 95% by weight of the contact mass - will with the promoters in powder form or dissolved in water with further addition mixed with water and kneaded into a plastic mass, extruded into strands, dried and at temperatures between 500 and 100,000 (usually in the range between 850 and 9500 ° C.) calcined for 0.5 to 3 hours [cf. (2), (3) and (4)]. Included A contact surface between 3 and 4 m2 / g is aimed for.
In den so hergestellten Katalysatoren liegt das Eisenoxid nach Röntgenbeugungsaufnahmen als Hämatit (alpha-Fe203) durchsetzt mit Kaliumferraten und anderen Promotorsalzen vor. According to X-ray diffraction recordings, the iron oxide is in the catalysts produced in this way as hematite (alpha-Fe203) interspersed with potassium ferrates and other promoter salts before.
Zu Beginn der Reaktion wird der Katalysator durch das eingeleitete Ethylbenzol reduziert. Es bildet sich der in Wasserdampf/Wasserstoff-Atmosphäre thermodynamisch stabile Magnetit, Fe304. At the beginning of the reaction, the catalyst is initiated by the Ethylbenzene reduced. It forms in a water vapor / hydrogen atmosphere thermodynamically stable magnetite, Fe304.
Bislang ging man davon aus, daß die bei der Reduktion wangsläufig eintretende Umwandlung des SauerstoffgerAstes im Eisenoxid von einer hexagonalen (alpha-Fe 203) in eine kubisch dichteste Kugelpackung (Fe304) eine notwendige Voraussetzung für die Aktivierung des Katalysators sei, da dieser Prozeß einen erheblichen Anstieg der Störstellen und Fehlordnungen im Eisenoxidgitter zur Folge haben sollte (vgl. E. Lichtner und A. Weiss, Z. anorg. allg. So far it was assumed that the reduction was inevitable Occurring conversion of the oxygen skeleton in the iron oxide from a hexagonal one (alpha-Fe 203) in a cubic close packing of spheres (Fe304) is a necessary prerequisite for the activation of the catalyst is there this process one Significant increase in defects and disorder in the iron oxide lattice result should have (see E. Lichtner and A. Weiss, Z. anorg. general.
Chem. 359, 214 bis 219 (1968)). Demnach war die Verwendung von Maghämit ( tFe203) als Eisenoxidkomponente nur dann möglich, wenn man durch oxidierendes Calcinieren bei Temperaturen über 700°C die Umwandlung in Hämatit durchführte.Chem. 359: 214-219 (1968)). Hence the use of maghemite (tFe203) as an iron oxide component is only possible if you go through oxidizing Calcining at temperatures above 700 ° C carried out the conversion to hematite.
Überraschend haben wir nunmehr gefunden, daß man von Maghämit bei der Herstellung eines aktiven Dehydrierkatalysators ausgehen kann, ohne den Umweg einer zwischenzeitlichen Oxidation gehen zu müssen.Surprisingly we have now found that one of Maghämit at the production of an active dehydrogenation catalyst can start without the detour to have to go to an intermediate oxidation.
Die Erfindung betrifft daher einen Dehydrierungskatalysator, enthaltend a) 50 bis 95 Gew.%, vorzugsweise von 6o bis 91 Gew.%, bezogen auf a + b, mindestens einer Eisenverbindung, berechnet als Fe203, und b) 5 bis 50 Gew.%, vorzugsweise von 10 bis 40 Gew.S, bezogen auf a + b, mindestens eines Promotors und/oder mindestens eines Stabilisators, berechnet als stabilstes Oxid, gegebenenfalls enthaltend c) übliche Zusätze.The invention therefore relates to a dehydrogenation catalyst containing a) 50 to 95% by weight, preferably from 6o to 91% by weight, based on a + b, at least an iron compound, calculated as Fe 2 O 3, and b) 5 to 50% by weight, preferably from 10 to 40 wt. S, based on a + b, at least one promoter and / or at least a stabilizer, calculated as the most stable oxide, optionally containing c) usual additives.
dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung des Katalysators als Komponente a) Maghämit einer spezifischen 2 Oberfläche von 1 bis 50 m /g, vorzugsweise von 2 bis 40 m2/g, gemessen nach BET, verwendet und diesen mit der(n) weiteren Komponente(n) mischt oder knetet und anschließend formt.characterized in that for the preparation of the catalyst as Component a) Maghem with a specific 2 surface area of 1 to 50 m / g, preferably from 2 to 40 m2 / g, measured according to BET, and this with the other component (s) mixes or kneads and then shapes.
Ter Vorteil der Erfindung besteht einmal in der wesentlichen Vereinfachung der Herstellung des Katalysators Es genügt selbst einfaches, trockenes Mischen der Komponenten und anschließendes Tablettieren. Die zuvor genannten Produktionsschritte des Knetens und Calcinierens können entfallen. Eine Ersparnis bei den Energiekosten liegt auf der Hand. Die Einflüsse der zugesetzten Promotoren und/oder Stabilisatoren bleiben unverändert wirksam; ein Qualitätsverlust kann daher ausgeschlossen werden. Bezüglich der Art der Promotoren, der Stabilisatoren und Zusätze und deren Definition sei auf (1), (2) und insbesondere auf (4) verwiesen.The advantage of the invention consists on the one hand in the substantial simplification the preparation of the catalyst It is sufficient even simple, dry mixing of the Components and subsequent tabletting. The aforementioned production steps kneading and calcining can be omitted. A saving in energy costs is obvious. The influences of the promoters and / or stabilizers added remain in effect unchanged; a loss of quality can therefore be ruled out. With regard to the type of promoters, stabilizers and additives and their definition reference is made to (1), (2) and in particular to (4).
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysators soll ein Maghämit verwendet werden, dessen BET-Oberfläche 1 bis 50 m2/g beträgt. Vorzuziehen ist ein Oberxlächenbereich von 4 bis 40 m2/g und insbesondere ein solcher zwischen 10 und 25 m2/g. (Die BET-Oberfläche wird gemessen nach Brunauer, Emett, Teller, J. Amer. Chem. Soc. 60 (1938), Seite 309.) Die einfachste Herstellungsweise besteht im trockenen Mischen des pulverförmigen Maghämits mit den ebenfalls klein gemahlenen Promotoren und anschließende Tablettierung nach Zugabe eines Tablettierhilfsmittels (z.B. Graphit) zu mechanisch stabilen Formkörpern. Die Promotoren können in oxidischer Form oder als oxidbildende Metall salze insbesondere als Carbonate und Hydroxide eingesetzt werden.A maghemite is said to be used for the production of the catalyst according to the invention can be used, the BET surface area of which is 1 to 50 m2 / g. One is preferable Surface area from 4 to 40 m2 / g and in particular between 10 and 25 m2 / g. (The BET surface area is measured according to Brunauer, Emett, Teller, J. Amer. Chem. Soc. 60 (1938), page 309.) The simplest production method is dry Mix the powdered maghemite with the also finely ground promoters and subsequent tabletting after adding a tabletting aid (e.g. graphite) to mechanically stable moldings. The promoters can be in oxidic form or used as oxide-forming metal salts, in particular as carbonates and hydroxides will.
Neben rein trockenen Mischungen können auch Knetmassen aus dem -ß-Eisenoxidpigment und den Promotoren unter Zusatz von Wasser hergestellt werden, die, zu Strängen extrudiert, bei Temperaturen bis zu 2000C gegebenenfalls unter Vakuum getrocknet werden. Wäßrige Suspensionen der Wontaktmischung können nach Sprühtrocknung tablettiert werden Als táblettenformen eignen sich massive Zylinder von 3 bis 5 10 mm Durchmesser. Aufgrund kinetischer und betriebstechnischer Bedingungen sind Ringtabletten mit vergleichbaren Außendurchmessern jedoch vorzuziehen. Gleiches gilt für Extrudate, wo ebenfalls Hohlsträngen der Vorzug zu geben ist.In addition to purely dry mixtures, it is also possible to use kneading compounds made from the β-iron oxide pigment and the promoters are prepared with the addition of water, the, to strands extruded, dried at temperatures up to 2000C if necessary under vacuum will. Aqueous suspensions of the contact mixture can be tabletted after spray-drying will Solid cylinders from 3 to are suitable as tablet shapes 5 10 mm diameter. Due to kinetic and operational conditions are However, ring tablets with comparable external diameters are preferable. Same thing applies to extrudates, where preference should also be given to hollow strands.
Beispiele zur Herstellung erfindungsgemäßer Katalysatoren: A: t-Fe203, Maghämit wird nach Zusatz von Promotoren mit Wasser angeteigt und anschließend entweder nach Formgebung (Extrudieren) getrocknet oder nach Trocknung tablettiert. Examples for the preparation of inventive catalysts: A: t-Fe203, After the addition of promoters, maghemite is made into a paste with water and then either dried after shaping (extrusion) or tabletted after drying.
B: t-Fe203, Maghämit/wird mit fein gemahlenen Metallsalzen als Promotoren trocken gemischt, 2 % Graphit zugesetzt und tablettiert. B: t-Fe203, maghemite / is promoted with finely ground metal salts dry mixed, 2% graphite added and tableted.
In der Tabelle 1 sind für eine Reihe erfindungsgemSßer Katalysatoren Herstellungsart (A oder B) und Zusammensetzung, sowie deren Selektivität angegeben. In der Tabelle 2 sind die Bedingungen für die Herstellung der Katalysatoren 1 bis 5 aufgeführt. Table 1 shows a number of catalysts according to the invention Production method (A or B) and composition, as well as their selectivity indicated. In Table 2 are the conditions for the preparation of the catalysts 1 to 5 listed.
Testvorschrift für die erfindungsgemäßen Katalysatoren zur beispielhaften Dehydrierung von Ethylbenzol: Die Katalysatoren 1 bis 5, hergestellt nach Methode A in Form von Tabletten und die Katalysatoren 6 bis 12, hergestellt nach Methode B wurden auf eine Körnung von 0,5 bis 1 mm zerkleinert. Von diesen Kontaktmassen wurden Jeweils 20 ml in einen Reaktor mit 6 mm Innendurchmesser eingefüllt. Pro Stunde wurden 10 ml Wasser und 10 ml Ethylbenzol in den Reaktor dosiert. Die Temperatur des zur Reaktorheizung verwendeten Salzbades wurde Jeweils so eingestellt, daß die organische Phase des Reaktoraustrages 50 % Styrol enthält. Nach 6 Tagen wurde eine Gesamtanalyse der organischen Phase und des Abgases durchgeführt und die Selektivität des Katalysators errechnet. Test specification for the catalysts according to the invention for example Dehydrogenation of ethylbenzene: Catalysts 1 to 5, prepared by method A in the form of tablets and the catalysts 6 to 12, prepared by method B were crushed to a grain size of 0.5 to 1 mm. From these contact masses 20 ml each were filled into a reactor with an internal diameter of 6 mm. Per 10 ml of water and 10 ml of ethylbenzene were metered into the reactor for an hour. The temperature of the salt bath used to heat the reactor was adjusted in each case so that the organic phase of the reactor discharge 50% Contains styrene. To A total analysis of the organic phase and the exhaust gas was carried out for 6 days and the selectivity of the catalyst is calculated.
Tabelle 1 Katalysator Testergebnisse Nr. Her- Katalysatorzusammensetzung [g] Reak-(a) Styrol-(b) stel- (Gew.% bezogen auf a + b unter Annahme der Oxide aktions- selektilungs- Fe2O3, K2O, Cr2O, V2O5, WO3) tempe- vität methode ratur [°C] [%] 1 A 100 (85,6) G-20(c) 18,6 (10,8) K2CO3 1,1 (0,9) V2O5 3,1 (2,7) WO3 595 95,33 2 A 100 (84,3) G-20 17,1 (12,1) KOH 1,1 (094) V2O5 3,1 (2,7) WO3 598 94,91 3 A 100 (85,6) G-20 22,6 (10,8) K(HCO2) 1,1 (0,9) V2O5 3,1 (2,7) WO3 597 95,84 4 A 100 (84,3) G-16 18,6 (10,7) K2CO3 1,8 (1,5) CrO3 1,1 (0,9 V2O5 3,1 (2,6) 596 96,05 5 A 100 (84,3) G-16 18,6 (10,7) K2CO3 1,8 (1,5) CrO3 1,1 (0,9) V2O5 3,1 (2,6) WO3 600 95,34 6 B 100 (88,8) G-20 18,6 (11,2) K2CO3 592 94,51 7 B 100 (88,8) G-16 18,6 (11,2) K2CO3 567 88,94 8 B 100 (85,6) G-20 22,6 (10,8) K(HCO2) 1,1 (0,9) V2O5 3,1 (2,7) WO3 607 95,21 9 B 100 (85,6) G-16 18,6 (10,8) K2CO3 1,1 (0,9) V2O5 3,1 (2,7) WO3 595 96,77 10 B 100 (85,6) G-16 15,96 (10,8) K2CO3 1,1 (0,9) V2O5 3,1 (2,7) WO3 595 96,50 11 B 100 (84,3) G-16 18,6 (10,7) K2CO3 1,8 (1,5) CrO3 1,1 (0,9) V2O5 3,1 (2,6) WO3 594 95,34 a) Reaktionstemperatur bei 50 % Styrol im organischen Teil des Ofenöls; b) Styrolselektivität, bezogen auf eingesetztes Ethylbenzol; c) G-X: G = γ-Fe2O3; X = Oberflächenwert des γ-Fe2O3 (angegeben in m²/g); d) als Pulver eingesetzt.Table 1 Catalyst Test Results No. Her Catalyst Composition [g] React- (a) styrene- (b) st- (wt.% based on a + b assuming the oxides action- selection Fe2O3, K2O, Cr2O, V2O5, WO3) tempe- rature method temperature [° C] [%] 1 A 100 (85.6) G-20 (c) 18.6 (10.8) K2CO3 1.1 (0.9) V2O5 3.1 (2.7) WO3 595 95.33 2 A 100 (84.3) G-20 17.1 (12.1) KOH 1.1 (094) V2O5 3.1 (2.7) WO3 598 94.91 3 A 100 (85.6) G-20 22.6 (10.8) K (HCO2) 1.1 (0.9) V2O5 3.1 (2.7) WO3 597 95.84 4 A 100 (84.3) G-16 18.6 (10.7) K2CO3 1.8 (1.5) CrO3 1.1 (0.9 V2O5 3.1 (2.6) 596 96.05 5 A 100 (84.3) G-16 18.6 (10.7) K2CO3 1.8 (1.5) CrO3 1.1 (0.9) V2O5 3.1 (2.6) WO3 600 95.34 6 B 100 (88.8) G-20 18.6 (11.2) K2CO3 592 94.51 7 B 100 (88.8) G-16 18.6 (11.2) K2CO3 567 88.94 8 B 100 (85.6) G-20 22.6 (10.8) K (HCO2) 1.1 (0.9) V2O5 3.1 (2.7) WO3 607 95.21 9 B 100 (85.6) G-16 18.6 (10.8) K2CO3 1.1 (0.9) V2O5 3.1 (2.7) WO3 595 96.77 10 B 100 (85.6) G-16 15.96 (10.8) K2CO3 1.1 (0.9) V2O5 3.1 (2.7) WO3 595 96.50 11 B 100 (84.3) G-16 18.6 (10.7) K2CO3 1.8 (1.5) CrO3 1.1 (0.9) V2O5 3.1 (2.6) WO3 594 95.34 a) reaction temperature with 50% styrene in the organic part of the furnace oil; b) styrene selectivity, based on the ethylbenzene used; c) G-X: G = γ-Fe2O3; X = surface area of γ-Fe2O3 (given in m² / g); d) used as a powder.
Tabelle 2 9 Kataly- Wasser Trocknung sator zugabe Zeit Tgmp. Bemerkungen [ml] [h] [°C l 120 16 100 2 112 16 100 3 90 16 100 4 50 24 100 5 45 24 100 Die Komponenten wurden 3 h geknetet, zu 1 mm--Strängen extrudiert, getrocknet, gemahlen und nach Zusatz von 2 % Graphit tablettiert.Table 2 9 catalyst water drying sator addition time Tgmp. Remarks [ml] [h] [° C l 120 16 100 2 112 16 100 3 90 16 100 4 50 24 100 5 45 24 100 The components were kneaded for 3 h, extruded into 1 mm strands, dried, ground and after Addition of 2% graphite tablets.
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