DE3330621C2 - Process for the production of supported catalysts with metals or metal compounds as active components - Google Patents
Process for the production of supported catalysts with metals or metal compounds as active componentsInfo
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Abstract
Trägerkatalysatoren mit Metallverbindungen als Aktivkomponente werden durch Abscheidung von Metallcarbonylen aus der Gasphase an Trägermaterialien mit großer Oberfläche hergestellt, indem die Metallcarbonyle oxidativ an den Trägermaterialien gespalten werden. Als Trägermaterial ist Aktivkohle besonders geeignet. Eine Vorbehandlung der Trägermaterialien mit Promotoren ist vorteilhaft. Diese Trägerkatalysatoren sind besonders für die Herstellung von Kohlenwasserstoffen nach dem Fischer-Tropsch-Verfahren oder zur Methanisierung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltende Gasgemischen geeignet.Supported catalysts with metal compounds as active components are produced by the deposition of metal carbonyls from the gas phase on carrier materials with a large surface area, in that the metal carbonyls are cleaved oxidatively on the carrier materials. Activated carbon is particularly suitable as a carrier material. A pretreatment of the carrier materials with promoters is advantageous. These supported catalysts are particularly suitable for the production of hydrocarbons by the Fischer-Tropsch process or for the methanation of gas mixtures containing hydrogen and carbon monoxide.
Description
mehreren Stufen ab, wobei zunächst mehrkernige Cluster entstehen, die bei weiterer CO-Abspaltung in Metallkristallite übergehen [J. Catal. 50, 196 bis 199 (1977); Organic Chemistry, Vol. 18 (1979) 5.1479; Engels, Dissertation 1978, TH Aachen]. Führt man diese thermische Zersetzung an Oberflächen aus, so entstehen Metallfilme. Durch das Anlegen eines magnetischen Feldes agglomerieren diese Kristallite zu Metallhaaren, sogenannten Whiskern (DE-PS 12 24 934).several stages, whereby at first multinuclear clusters are formed, which with further CO elimination in metal crystallites skip [J. Catal. 50: 196-199 (1977); Organic Chemistry, Vol. 18 (1979) 5.1479; Engels, dissertation 1978, TH Aachen]. If this thermal decomposition is carried out on surfaces, metal films are formed. When a magnetic field is applied, these crystallites agglomerate to form metal hairs, so-called Whiskers (DE-PS 12 24 934).
Weiterhin Ist es bekannt, Trägerkatalysatoren mit reiner Metallbeschlchtung duich thermische Spaltung von Metallcarbonylen an aktivierten Trägermaterialien mit großer Oberfläche herzustellen (US-PS 28 46 488 und 25 99 978). Bei nach US-PS 28 46 488 bzw. US-PS 25 99 978 herzustellenden Trägerkatalysatoren muß die Reaktionstemperatur oberhalb der Zersetzungstemperatur der Carbonyle liegen, und es muß in reduzierender Atmosphäre gearbeitet werden, d. h., mit Wasserstoffgas, um aus dem Carbonyl das Metall abzuscheiden. Das erfordert aufwendige sicherheitliche Maßnahmen, da die Handhabung von Wasserstoffgas schwierig ist; außerdem ist sie demgemäß sehr teuer.It is also known to use supported catalysts with pure metal coating by thermal cleavage of Metal carbonyls to produce activated carrier materials with a large surface (US-PS 28 46 488 and 25 99 978). In the case of supported catalysts to be prepared according to US Pat. No. 2,846,488 or US Pat. No. 2,599,978, the reaction temperature must above the decomposition temperature of the carbonyls, and it must be in a reducing atmosphere be worked, d. i.e., with hydrogen gas to deposit the metal from the carbonyl. That requires elaborate safety measures, since the handling of hydrogen gas is difficult; moreover is accordingly they are very expensive.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Trägerkatalysatoren mit Metallverbindungen als Aktivkomponente zu entwickeln, das die Nachteile der vorbeschriebenen Verfahren nach dem Stand der Technik nicht besitzt, daß also keine Anionen im Katalysator verbleiben, eine gleichmäßige Verteilung der Aktivkomponente vorliegt, ein Auftrag von höheren Gehalten der Aktivkomponente in einem Arbeitsgang erfolgt und kein Trocknungsschritt, der bisher zusätzlich durchgeführt wird, und der zugleich die Verteilung der Aktivkomponente nachteilig verändert, erforderlich ist, bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen angewendet werden kann gegenüber der thermischen Spaltung in der Gasphase unter gleichzeitiger erhebücfcsr Verminderung der sicherheitlichen Risiken bei der Handhabung und Verbilligung der Herstellung. The present invention is based on the object of a process for the production of supported catalysts to develop with metal compounds as the active component that has the disadvantages of the above Process according to the prior art does not have, so that no anions remain in the catalyst, a there is a uniform distribution of the active component, an application of higher contents of the active component takes place in one operation and no drying step, which has previously been carried out in addition, and which at the same time adversely affects the distribution of the active component is required, at comparatively low levels Temperatures can be applied opposite the thermal cracking in the gas phase under simultaneous Significant reduction in the safety risks associated with handling and cheaper production.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch das Merkmal des Hauptanspruches gelöst, wodurch es gelingt, mit Metallverbindungen als Aktiv komponente versehene Trägerkatalysatoren durch die Abscheidung von Metallcarbonylen aus der Gasphase auf Trägermaterialien mit großer Oberfläche und deren oxidative Spaltung herzustellen.In the method of the generic type, this object is achieved according to the invention by the feature of the main claim dissolved, which makes it possible to use supported catalysts provided with metal compounds as the active component by the deposition of metal carbonyls from the gas phase on carrier materials with a large surface and to produce their oxidative cleavage.
Es 1st ein besonderer Vorteil des <irflndungsgemäßen Verfahrens, daß bei der Herstellung kein Trocknungsschritt erforderlich ist, und somit eine nachteilige Umverteilung der Aktivkomponente im Träger unterbleibt. Deshalb bleibt bei den erfindungsgemäß hergestellten Katalysatoren die ursprüngliche Verteilung der Aktivkomponente erhalten. Da die Aktivkomponente außerdem als Metalloxid vorliegt, entfällt auch der negative Einfluß der bei den bekannten Verfahren anwesenden Anionen.It is a particular advantage of the process according to the invention that no drying step is required in the production process, and therefore there is no disadvantageous redistribution of the active component in the carrier. The original distribution of the active component therefore remains in the catalysts prepared according to the invention obtain. Since the active component is also present as a metal oxide, there is also no negative influence the anions present in the known processes.
Bevorzugte Metaiicarbonyle für die erfindungsgemäße Herstellung der Trägerkatalysatoren sind beispielsweise in der nachfolgenden Tabelle 1 aufg?führt:Preferred metal carbonyls for the production of the supported catalysts according to the invention are listed, for example, in Table 1 below. case brings:
(mit oder ohne Anionenverbindung)
allgemeine Formel NameMetal carbonyls
(with or without anion compound)
general formula name
Dieisennonacarbonyl
TrieisendodecacarbonylIron pentacarbonyl
Diiron nonacarbonyl
Triiron dodecacarbonyl
Fe2(CO)9
Fe3(CO)1,Fe (CO) 5
Fe 2 (CO) 9
Fe 3 (CO) 1 ,
TetrakobaltdodecacarbonylDicobalt octacarbonyl
Tetracobalt dodecacarbonyl
Co4(CO)12 Co 2 (CO) 8
Co 4 (CO) 12
DiosmiumnonacarbonylOsmium pentacarbonyl
Diosmium nonacarbonyl
Os2(CO)9 Os (CO) 5
Os 2 (CO) 9
Dirutheniumnoncarbonyl
TrirutheniumdodecacarbonyiRuthenium pentacarbonyl
Diruthenium noncarbonyl
Triruthenium dodecacarbonyi
Ru2(CO)9
Ru,(C0)i2 Ru (CO) 5
Ru 2 (CO) 9
Ru, (C0) i2
Bei der erfindungsgeniäßen Herstellung der Trägerkatalysatoren wird das Trägermaterial mit einem inerten Gasstrom, beispielsweise aus Stickstoff, in Kontakt gebracht, der das gewünschte Metallcarbonyl oder eine Mischung verschiedener Metallcarbonyle enthält. Dies kann in einem Festbett-, Wanderbett- oder Wirbeischichtreaktor erfolgen. Da die Metallcarbonyl-Spaltung in ein Metalloxid und in CO erfolgt, wird dem Gasstrom die zur Reaktion benötigte Sauerstoffmenge zugesetzt. Die Reaktionstemperatur liegt hierbei vergleichsweise niedrig, i'nd zwar unterhalb der thermischen Zersetzungstemperatur des Metallcarbonyle. Als Katalysatorträger können, wie schon ausgeführt, die üblichen Trägermaterialien mit großer Oberfläche, vorzugsweise Aktivkohle, verwendet werden. Außerdem ist es möglich, die Trägermaterialien mit bekannten Promotoren, vorzugsweise alle wasserlöslichen Kaliumverbindungen, die bei einer Wärmebehandlung in Kaliumoxid ι» übergehen, in bekannter Weise vorzubehandeln und erst darauf die Metallcarbonyl-Spaltung durchzuführen. Dies hat den Vorteil, daß die katalytische Aktivität verstärkt wird.In the production of the supported catalysts according to the invention, the support material is coated with an inert one Gas stream, for example nitrogen, brought into contact, the desired metal carbonyl or a Contains mixture of different metal carbonyls. This can be done in a fixed bed, moving bed or fluidized bed reactor take place. Since the metal carbonyl cleavage takes place in a metal oxide and in CO, the The amount of oxygen required for the reaction is added to the gas stream. The reaction temperature is here comparatively low, namely below the thermal decomposition temperature of the metal carbonyls. as As already stated, catalyst supports can preferably be the customary support materials with a large surface area Activated carbon. It is also possible to use the carrier materials with known promoters, preferably all water-soluble potassium compounds that are present on heat treatment in potassium oxide ι »pass over to pretreatment in a known manner and only then carry out the metal carbonyl cleavage. This has the advantage that the catalytic activity is increased.
Als Trägermaterial wird vorzugsweise Aktivkohle verwendet. Überraschend 1st dabeU daß bei der Verwsndung von Aktivkohle als Trägermaterial die Metallabscheidung nicht an der äußeren Oberfläche als Metallfllm stattfindet, sondern daß die Metailabscheidung an der inneren Oberfläche in den Poren der Aktivkohle erfolgt. Hierin bei kann die gewünschte Menge an Aktivkomponente, beispielsweise Eisen, in einem Arbeltsgang in einem weiten Konzentrationsbereich von 0,1 bis 80 Gew.-% auf der Aktivkohle als Trägermaterial aufgebracht werden. In Abhängigkeit von den durch die Metallcarbonyl-Spaltung aufgebrachten, katalytisch wirksamen Metalloxiden besitzen die erfindungsgemäß hergestellten Trägerkatalysatoren ein weites Anwendungsgebiet. Bevorzugt werden sie bei der Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden 2ii Gasen oder bei der Methanisierung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltenden Gasen ·-^rwendet.Activated carbon is preferably used as the carrier material. What is surprising is that when activated carbon is used as the carrier material, the metal is not deposited on the outer surface as a metal film, but rather that the metal is deposited on the inner surface in the pores of the activated carbon. In this case, the desired amount of active component, for example iron, can be applied to the activated carbon as a carrier material in one operation in a wide concentration range from 0.1 to 80% by weight. Depending on the catalytically active metal oxides applied by the metal carbonyl cleavage, the supported catalysts prepared according to the invention have a wide field of application. They are preferably used in the preparation of hydrocarbons from carbon monoxide and hydrogen-containing gases or 2ii in the methanation of carbon monoxide and hydrogen-containing gases · - rwendet ^.
In einem Reaktor wurden 10 g Aktivkohle (BET-Oberfläche nach DIN 66131 = 1.000 mVg, Mlkroporen-10 g of activated carbon (BET surface according to DIN 66131 = 1,000 mVg, microporous
-s volumen, gemessen mit Benzoladsorptionsisotherme, von 40 cmVlOOg, Makroporenvolumen, gemessen mit- s volume, measured with benzene adsorption isotherm, of 40 cmV100g, macropore volume, measured with
Quecksilberporosimetrie, von 41 cmVlOOg) von einem Inertgasstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 NL/h durchströmt, der neben 0,6 Vol.-« Eisenpentacarbonyl noch 1,3 NL Luft/h enthält. Während der Durchströmung erfolgte in der Versuchsreihe eine oxidative Carbonyl-Spaltung bei 50° C. Entsprechend der jeweiligen Verweilzelt der Aktivkohle Im Gasstrom wurden die Katalysatoren Nr. 1 bis 3 mit unterschiedlichenMercury porosimetry, of 41 cmV100g) from an inert gas stream with a flow rate of 15 NL / h flows through which, in addition to 0.6 volume- «iron pentacarbonyl, also contains 1.3 NL air / h. During the In the test series, an oxidative carbonyl cleavage took place at 50 ° C. According to the The respective residence time of the activated carbon in the gas stream were the catalysts No. 1 to 3 with different
-1» Eisengehalten hergestellt, wie die folgende Tabelle 2 zeigt:- 1 »iron content produced, as the following table 2 shows:
Katalysator-Nr. Versuchsdauer Eisengehalt
(h) (Gew.-%)Catalyst no. Test duration iron content
(h) (% by weight)
Zum Aufzeigen der katalytischen Aktivität wurde der Katalysator Nr. 2 zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen nach der Flscher-Tropsch-Synthese verwendet.In order to show the catalytic activity, the catalyst No. 2 was used for the production of hydrocarbons used after the Flscher-Tropsch synthesis.
Durch einen Festbettreaktor mit einem Katalysatorvolumen von 15 cm3 wurde ein Gasgemisch, bestehend aus 50 VoL-1V. H2 und 50 Vol.-* CO, bei einer Temperatur von 3000C und einem Druck von 1 bar mit einer Raumgeschwindigkeit von 540 NL χ 1 ' χ h"1 geleitet.Through a fixed bed reactor having a catalyst volume of 15 cm 3 of a gas mixture, consisting of 50 vol 1 V. H 2 and 50 vol .- * CO, at a temperature of 300 0 C and a pressure of 1 bar at a space velocity of 540 NL χ 1 'χ h " 1 headed.
Es wurde ein Produkigas mit einer für die Flscher-Tropsch-Synthese typischen Zusammensetzung an gesattigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen erhalten, wie die folgende Tabelle 3 zeigt:It became a product gas with a composition of saturated gas that is typical for the Flscher-Tropsch synthesis and unsaturated hydrocarbons, as shown in Table 3 below:
Produktgaszusammensetzung Katalysator Nr. 2Product gas composition of catalyst # 2
-oxidative Spaltung-oxidative cleavage
C, 23,0C, 23.0
C2 12,7C 2 12.7
C2 = 8,4C 2 = 8.4
C3 6,5C 3 6.5
C3 = 14,0C 3 = 14.0
C4 2,9C 4 2.9
C4 ' 8,6C 4 ' 8.6
Die Aktivkohle des Beispiels 1 wurde In einem Reaktor von einem Incrigasstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 NL/h durchströmt, dem 0,65 NL/h Nlckeltetracarbonyl und 2,25 NL/h Luft zur oxldatlven Spaltung bei 60° C zugemischt waren. Entsprechend der Verwellzelt der Aktivkohle Im Gasstrom wurden die Katalysatoren Nr. 4 und 5 mit unterschiedlichen Nickelgehalten hergestellt, wie die folgende Tabelle 4 zeigt:The activated charcoal of Example 1 was flowed through in a reactor by an Incri gas stream at a flow rate of 15 NL / h, to which 0.65 NL / h nitrogen tetracarbonyl and 2.25 NL / h air for oxidative cleavage at 60 ° C. were admixed. According to the Verwellzelt the activated carbon in the gas flow were the catalysts no. 4 and 5 were produced with different nickel contents, as the following table 4 shows:
(h)(H)
(Gew.-%)(Wt .-%)
66th
37,537.5
55
Durch einen mit dem Katalysator gefüllten senkrecht stehenden, elektrisch beheizten Rohrreaktor wurde ein Gasgemisch, bestehend aus 75 Vol.-% H2 und 25 Vol.-% CO mit einer Katalysatorbelastung von 1.9 NL/h χ gKat. CO durchströmt. ·'< > A gas mixture consisting of 75% by volume of H 2 and 25% by volume of CO with a space velocity over the catalyst of 1.9 NL / h χ gcat was passed through a vertical, electrically heated tubular reactor filled with the catalyst. CO flows through. · '<>
Die Zusammensetzung des getrockneten Produktgases entspricht nahezu der berechneten thermodynamlschen Gleichgewichtszusammensetzung, wie die folgende Tabelle 5 zeigt·The composition of the dried product gas corresponds almost to the calculated thermodynamic Equilibrium composition, as shown in Table 5 below
Katalysator Nr. 5Catalyst # 5
T= 510-530T = 510-530
Vol.%Vol.%
Berechnungcalculation
T= 5iof C P= 1 barT = 5iof C P = 1 bar
Vol.%Vol.%
zusammensetzungcomposition
In einem Reaktor wurden 50 g Molekularsieb 10 AE (Perlform, ca. 2 mm) von einem Stickstoffstrom mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 15 NL/h durchströmt, dem 0,56 NL/h Elsenpentacarbonyl und 3 NL/h Luft zur oxldativen Spaltung bei 50° C zugemischt waren. Nach einer Verwellzelt des Molekularslebs von 24 h im Gasstrom wurde ein Katalysator mit einem Eisengehalt von 13 Gew.-% erhalten. Dieser Katalysator Ist für die Fischer-Tropsch-Synthese gut geeignet.In a reactor, 50 g of molecular sieve 10 AU (pearl shape, approx. 2 mm) were from a nitrogen stream with a Flow rate of 15 NL / h flows through, the 0.56 NL / h Elsenpentacarbonyl and 3 NL / h air to oxidative cleavage at 50 ° C were admixed. After the molecular liver had been swollen for 24 hours in a gas stream, a catalyst with an iron content of 13% by weight was obtained. This catalyst is for that Fischer-Tropsch synthesis well suited.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3330621A DE3330621C2 (en) | 1982-08-26 | 1983-08-25 | Process for the production of supported catalysts with metals or metal compounds as active components |
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DE3231770 | 1982-08-26 | ||
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DE3330621A1 DE3330621A1 (en) | 1984-03-01 |
DE3330621C2 true DE3330621C2 (en) | 1985-03-28 |
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AU2003210732B2 (en) * | 2003-01-28 | 2007-03-29 | Fluor Technologies Corporation | Configuration and process for carbonyl removal |
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US2846488A (en) * | 1955-07-27 | 1958-08-05 | Pure Oil Co | Preparation of hydrogenation catalysts |
-
1983
- 1983-08-25 DE DE3330621A patent/DE3330621C2/en not_active Expired
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