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Vinylchloridmonomer
(VCM) wird extensiv als ein Monomer in der Herstellung von Polyvinylchlorid(PVC)-Harzen
verwendet, welches ein vielseitig verwendbares Kunststoffmaterial
ist, das in großen
Volumina hergestellt wird. Diese Erfindung, wie hierin offenbart,
bezieht sich auf ein Verfahren und einen Katalysator für die katalytische
Herstellung von VCM aus ethylenhaltigen Strömen. Das Verfahren verwendet
einen neuen Katalysator, der die direkte Herstellung von VCM in
einem Einzelreaktorsystem ermöglicht.
Ethan kann ebenfalls als Ausgangsmaterial in das Reaktorsystem eingebracht
werden, wodurch wesentliche zusätzliche
Vorteile erreicht werden.
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Momentan
wird VCM üblicherweise
aus Ethylen und Chlor zuerst durch Chlorieren von Ethylen, um 1,2-Dichlorethan
herzustellen, erzeugt. Das 1,2-Dichlorethan
wird dann thermisch dehydrochloriert, um VCM und ein Chlorwasserstoff(HCl)-Nebenprodukt
zu ergeben. Das in dem Dehydrochlorierungsreaktor erzeugte HCl wird
typischerweise aufgefangen und einem Oxychlorierungsreaktor zugeführt. Der
Oxychlorierungsprozess wandelt Ethylen, HCl und Sauerstoff katalytisch
zu 1,2-Dichlorethan um, das ebenfalls dehydrochloriert wird, um
VCM zu ergeben. Demzufolge beinhaltet im Allgemeinen der obige Prozess
drei separate Reaktorbereiche, einen Bereich für die direkte Chlorierung,
einen Oxychlorierungsbereich und einen Dehydrochlorierungsbereich.
Anlagen, die in dieser Weise arbeiten, bringen Ethylen, Chlor und
Sauerstoff ein und erzeugen im Wesentlichen VCM und Wasser. Die
Komplexität
der drei Reaktorbereiche hat zu einer Suche nach Verfahren, die
VCM direkt aus Kohlenwasserstoffausgangsmaterialien in einem Einzelreaktorbereich
herzustellen, geführt.
Weiterhin ist Ethylen in der Herstellung ein kapitalintensives Material
und die Kosten von Ethylen sind im Allgemeinen ein signifikanter
Faktor für
die Gesamtkosten für
VCM nach dem oben beschriebenen Verfahren. Genau auf grund des zuletzt
beschriebenen Nachteils der konventionellen Technologien wurde lange
danach gesucht, ein Verfahren zur Herstellung von VCM aus Ethan
als Ausgangsmaterial zu kommerzialisieren.
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Ein
weiterer Nachteil des Standes der Technik für die direkte Herstellung von
VCM, der sowohl bei dem ethan- als auch dem ethylenbezogenen Prozess
auftritt, betrifft eine geringere Selektivität zu VCM (die oft weniger als
30 Prozent beträgt)
als erwünscht.
Diese weniger als erwünschte
Selektivität
für VCM
kann im Wesentlichen der Bildung von Nebenprodukten während der
Oxychlorierungsreaktion zugeordnet werde . Die meisten der Nebenprodukte
leiten sich entweder von Verbrennungsprodukten ab, die bei der Oxidation
von Kohlenwasserstoffen, wie z.B. Ethan, um hauptsächlich CO
und CO2 zu bilden, erzeugt werden (die Kombination
beider wird als COx bezeichnet) oder die
Nebenprodukte sind verschiedene chlorierte Kohlenwasserstoffderivate
(im Allgemeinen Ethylchlorid, 1,1-Dichlorethan, 1,2-Dichlorethan, 1,1,2-Trichlorethan,
1,1-Dichlorethylen, cis-1,2-Dichlorethylen, trans-1,2-Dichlorethylen,
Trichlorethylen und Perchlorethylen). Die Bildung von tri-, tetra-,
penta- und hexachlorierten Spezies ist aufgrund ihrer Toxizität und physikalischen
Eigenschaften besonders unerwünscht.
Der Stand der Technik hat vorgeschlagen, diese Nebenprodukte in
erster Linie entweder durch Entlüften
und Entsorgen oder durch selektives Trennen und Zurückführen einiger
der chlorierten Nebenprodukte in den Oxychlorierungsreaktor zu handhaben.
Typischerweise benötigt
die Rückführung zahlreicher
Reinigungs- und Umwandlungsstufen vor der Verwendung des zurückgeführten Produkts
in dem Oxychlorierungsreaktor. Zum Beispiel werden die ungesättigten
chlorierten Kohlenwasserstoffe typischerweise in die gesättigten
Formen durch einen Hydrierungsschritt überführt.
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GB-A-1,213,202
offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid, welches
umfasst Zuführen von
(a) Ethan, Ethylen oder einer Mischung davon und (b) Chlor oder
Chlorwasserstoff oder einer Mischung davon in ei ne erste Reaktionszone,
in der sich eine Schmelze befindet, die wenigstens ein Chlorid eines
mehrwertigen Metalls und das Oxychlorid dieses Metalls enthält, um einen
gasförmigen
Austrittsstrom zu erzeugen, der Vinylchlorid und 1,2-Dichlorethan
enthält,
Entfernen des gasförmigen
Austrittsstroms aus der ersten Reaktionszone und separates Gewinnen
von Vinylchlorid und 1,2-Dichlorethan als Produkte; In-Kontakt-Bringen des
zurückgewonnenen
1,2-Dichlorethans mit einem Katalysator, der eine Schmelze enthält, enthaltend
ein Chlorid dieses Metalls in einer zweiten Reaktionszone, wobei
1,2-Dichlorethan dehydrochloriert ist, um einen Austrittsstrom,
der Vinylchlorid enthält,
zu erzeugen und Abtrennen von Vinylchlorid als Produkt davon. Vorzugsweise
werden Kupferkatalysatoren verwendet.
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EP-A-501
757 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kohlenwasserstoffderivates
durch die Dampfphasenreaktion eines Kohlenwasserstoffs mit einem
sauerstoffhaltigen Gas in Gegenwart eines geeigneten Katalysators
in einem Reaktor, um einen flammbaren gasförmigen Produktstrom zu erzeugen,
der das gewünschte
Derivat, nicht umgesetzten Kohlenwasserstoff, Sauerstoff, Kohlenmonoxid
und Kohlendioxid enthält.
Bevorzugte Beispiele für
die Kohlenwasserstoffderivate sind Vinylchlorid und Ethylendichlorid.
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EP-A-162
457 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Vinylchlorid aus
Ethylendichlorid durch katalysierte Dehydrohalogenierung von Ethylendichlorid
in Gegenwart von Sauerstoff und einem Katalysator, der ein Seltenerdmetallchlorid
auf einem Zeolith enthält.
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Gemäß eines
ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Stoffzusammensetzung
bereitgestellt, die als Katalysator für die Herstellung von Vinylchlorid
aus Ethylen geeignet ist. Die Zusammensetzung entspricht der Formel
MOCl, wobei M wenigstens ein Seltenerdelement, ausgewählt aus
Lanthan, Cer, Neodym, Praseodym, Dysprosium, Samarium, Yttri um,
Gadolinium, Erbium, Ytterbium, Holmium, Terbium, Europium, Thulium,
Lutetium oder Mischungen davon ist, unter der Voraussetzung, dass,
wenn Cer vorhanden ist, wenigstens ein weiteres Seltenerdelement,
das sich von Cer unterscheidet, ebenfalls vorhanden ist. Ein Verfahren
zur Herstellung dieser Zusammensetzung umfasst die folgenden Schritte:
(a) Herstellung einer Lösung eines
Chloridsalzes des Seltenerdelements oder der -elemente in einem
Lösungsmittel,
das entweder Wasser, einen Alkohol oder Mischungen davon enthält, (b)
Zugeben einer stickstoffhaltigen Base, um die Bildung eines Niederschlags
zu bewirken, und (c) Sammeln, Trocknen und Calcinieren des Niederschlags,
um die MOCl-Zusammensetzung auszubilden.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine zusätzliche
Stoffzusammensetzung bereitgestellt, die als Katalysator für die Herstellung
von Vinylchlorid aus Ethylen geeignet ist. Die Zusammensetzung entspricht
der Formel MCL3, worin M wenigstens ein
Seltenerdelement aus Lanthan, Cer, Neodym, Praseodym, Dysprosium,
Samarium, Yttrium, Gadolinium, Erbium, Ytterbium, Holmium, Terbium,
Europium, Thulium, Lutetium oder Mischungen davon ist, unter der
Voraussetzung, dass, wenn Cer vorhanden ist, wenigstens ein weiteres
Seltenerdelement, das sich von Cer unterscheidet, ebenfalls vorhanden
ist. Ein Verfahren zur Ausbildung dieser Zusammensetzung umfasst
die folgenden Schritte: (a) Herstellung einer Lösung eines Chloridsalzes des
Seltenerdelements oder der -elemente in einem Lösungsmittel, das entweder Wasser, einen
Alkohol oder Mischungen davon enthält; (b) Zugeben einer stickstoffhaltigen
Base, um die Bildung eines Niederschlags zu bewirken; (c) Sammeln,
Trocknen und Calcinieren des Niederschlags und (d) In-Kontakt-Bringen
des calcinierten Niederschlags mit einer Chlorquelle.
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Gemäß eines
dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung von Vinylchlorid aus Ethylen bereitgestellt, umfassend:
Zusammengeben von Reaktanten, einschließlich Ethylen, einer Sauer stoffquelle
und einer Chlorquelle in einem Reaktor, der einen Katalysator enthält, unter
Bedingungen, die ausreichen, um einen Produktstrom, der Vinylchlorid
und Ethylen enthält,
zu erzeugen, wobei der Katalysator eine Zusammensetzung nach einem
der oben beschriebenen ersten und zweiten Aspekte der Erfindung
enthält,
unter der Voraussetzung, dass der Katalysator im Wesentlichen frei
von Eisen und Kupfer ist, und unter der weiteren Voraussetzung,
dass, wenn Cer vorhanden ist, der Katalysator wenigstens ein weiteres
Seltenerdelement enthält,
das sich von Cer unterscheidet.
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Entsprechend
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird Ethylen zur Durchführung des
ersten Schritts von dem Produktstrom zurück in den Reaktor geführt. Vorzugsweise
nach dem Trocknen nach Verfahren, die aus dem Stand der Technik
bekannt sind, wird der Chlorwasserstoff, der in dem Produktstrom
erzeugt wird, ebenfalls zur Verwendung in den ersten Schritt zurückgeführt. Kohlenmonoxid,
das im Produktstrom vorhanden ist, kann ebenfalls in den ersten
Schritt des Verfahrens zurückgeführt werden.
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Im
Gegensatz zu den bekannten Verfahren kann eine hohe VCM-Selektivität bei dem
Verfahren der vorliegenden Erfindung aus einem ethylenhaltigen Zufuhrstrom
unter Verwendung von Katalysatoren der Art, die hierin beschrieben
wird, erreicht werden. Typischerweise ist die VCM-Selektivität für das Verfahren
größer als
50 % bezogen auf umgesetztes C2. C2 bezieht sich auf die Ethylenzufuhr in das
Reaktorsystem als einzige Kohlenwasserstoffquelle oder in Kombination
mit Ethan. Vorzugsweise ist die VCM-Selektivität größer als 60 %, bezogen auf umgewandeltes
C2, besonders bevorzugt ist die VCM-Selektivität größer als
65 %, bezogen auf umgewandeltes C2 und es
ist am meisten bevorzugt, wenn die VCM-Selektivität für das Verfahren
größer als
70 %, bezogen auf umgewandeltes C2 ist.
Ein Grund für
die höhere
VCM-Selektivität
leitet sich von der Tatsache ab, dass bei typischen Temperaturen
der Durchführung
des Prozesse, die im Allgemeinen niedriger sind als die, die in
vergleichbaren Verfahren nach dem Stand der Technik zur Herstellung
von VCM offenbart sind, die hierin offenbarten Katalysatoren ein
signifikant verringertes Ausmaß an
unerwünschten
höherchlorierten Spezies,
wie z.B. tri-, tetra-, penta-, und hexachlorierte Spezies, ermöglichen.
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Ein
zusätzlicher
Vorteil dieses Verfahrens ist, dass man Ethan zusammen mit dem Ethylen
als Kohlenwasserstoffquelle einsetzen kann. Vorzugsweise wird ein
Großteil
des Ethans in dem Reaktor zu Ethylen oxidativ dehydriert. Der Katalysator
und das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Zurückführung eines
Teils oder des gesamten Ethylens aus dem Produktstrom direkt zurück zu dem
Reaktantenstrom. Jegliches nicht umgesetztes Ethan, das in dem Produktstrom
vorhanden ist, kann vorteilhafterweise ebenfalls zu der ersten Stufe
des Prozesses zurückgeführt werden.
Wahlweise können
andere leichte Gase, wie z.B. die Verbrennungsprodukte in dem zurückgeführten Strom
enthalten sein. Wenn ein Cozufuhrstrom aus Ethan verwendet wird,
wird das Verfahren vorzugsweise mit einer Ethylenbilanz so durchgeführt, dass
die Gesamtmolzahl pro Minute (d.h. der Fluss) von Ethylen in dem
Produktstrom im Wesentlichen gleich der Gesamtmohlzahl pro Minute
an Ethylen, das in den Reaktor eintritt, ist. Insgesamt erscheint
es, dass Ethylen kontinuierlich ohne Abnahme im Kreislauf geführt wird,
während
das Ethan im Wesentlichen im Reaktor konsumiert wird. Eine bevorzugte
Ausführungsform
der Erfindung ist es daher, dass der Recyclestrom die einzige Quelle
für Ethylen
für die
erste Stufe wird und Ethan die Quelle für neuen C2-Kohlenwasserstoff
im Prozess bereitstellt.
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Die
bevorzugten Chlor- und Sauerstoffquellen sind Gase. Die am meisten
bevorzugte Sauerstoffquelle ist Sauerstoff. Bevorzugte Chlorquellen
umfassen Chlorwasserstoff, Chlor, chlorierte Kohlenwasserstoffe,
die labiles Chlor enthalten und Mischungen davon. Bevorzugte Chlorquellen,
die als chlorierte Kohlenwasserstoffe mit labilem Chlor betrachtet
werden, beinhalten Tetrachlorkohlenstoff, 1,2-Dichlorethan, Ethylchlorid
und Mischungen davon. Es ist am meisten bevorzugt, wenn eine gewisse
Menge an Chlorgas (C2) kontinuierlich im Reaktantenstrom
vorhanden ist. Es ist festgestellt worden, dass, wenn Cl2 im Reaktantenstrom als Chlorquelle für jedes
gegebene Set an Bedingungen eingesetzt wird, die Menge von Verbrennungsprodukten
(COx) reduziert werden kann im Vergleich
dazu, wenn Cl2 nicht verwendet wird. Alternativ,
wenn es beabsichtigt ist, eine andere Chlorquelle, z.B. Chlorwasserstoff
(einschließlich
Chlorwasserstoff, der aus dem Produktstrom gewonnen und zurückgeführt wird)
als einzige Chlorquelle im normalen Betrieb zu verwenden, dann wird
Cl2 – aufgrund
der zusätzlichen
Erkenntnis, dass nach der Behandlung (oder vor Behandlung) mit Cl2 die Tendenz des Katalysators, diese Verbrennungsprodukte
zu erzeugen, wesentlich reduziert werden kann im Vergleich zu Umständen, bei
denen Cl2 nicht verwendet würde, um
den Katalysator zu behandeln oder zu konditionieren – zu dem
Katalysator sowohl am Anfang als auch nach einer Unterbrechung des
Verfahrens, bevor der Prozess wieder voll angelaufen ist, zugeführt.
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Im
Lichte der Offenbarung hierin sind die Fachleute in der Lage, die
Bedingungen in dem Reaktor zu variieren, damit die Bedingungen ausreichend
sind, einen Produktstrom zu erzeugen, der Vinylchlorid, Ethylen und
Chlorwasserstoff enthält.
Bedingungen, die üblicherweise
durch die Fachleute variiert werden, beinhalten die molaren Zufuhrstromverhältnisse
der Reaktanten, Temperatur, Druck und Raumzeit. Vorzugsweise wird der
Reaktor zwischen einer Temperatur von mehr als 350 °C, bevorzugt
mehr als 375 °C
und einer Temperatur von weniger als 500 °C, vorzugsweise weniger als
450 °C gehalten.
Typischerweise wird der Reaktor zwischen Umgebungsdruck und 3,5
Megapascal (Mpa), absolut (500 psig) gehalten. Der Betrieb unter
Druck ermöglicht eine
beträchtliche
Flexibilität
in den nachfolgenden Prozessstufen, da ein höherer Druck eine Triebkraft
für die Bewegung
von Materialien in und durch Trenneinheitseinrichtungen bereitstellt.
Vorzugsweise ist der Betriebsdruck zwischen Umgebungsdruck und 2,1
MPa, absolut (300 psig) und am meisten bevorzugt zwischen Umgebungsdruck
und 1,1 MPA, absolut (150 psig). Das Verfahren kann entweder in
einer Festbett- oder Wirbelbettfahrweise betrieben werden, obwohl
ein Wirbelbettprozess bevorzugt ist.
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Ein
anderer Aspekt betrifft den Katalysator, der in dem Verfahren der
Erfindung verwendet wird. Während
das oben erwähnte
Verfahren der primäre
Fokus für
den Katalysator ist, der hierin offenbart ist, hat der Katalysator
aber zusätzliche
Anwendungsmöglichkeiten,
z.B. als Katalysatorvorläufer,
als ein regenerierbares Absorptionsmittel, als Katalysatorträger und
als ein Katalysator für
andere Prozesse. Zur Veranschaulichung können Seltenerdoxychloride als
regenerierbare Basen durch ihre Aussetzung an HCl verwendet werden,
wobei sie in ihre jeweiligen Seltenerdchloride umgewandelt werden
und Wasser freisetzen. Aussetzen von Seltenerdchloride an Wasser
resultiert in der Rückumwandlung
zu Seltenerdoxychloriden wodurch HCl freigesetzt wird. Es soll darauf
hingewiesen werden, dass Teilchen und Pellets aus Seltenerdoxychloriden
keine Nettodimensions- oder Formänderungen
bei der Chlorierung eingehen. Im Gegensatz dazu können reine
Oxide der Seltenerdelemente Nettoänderungen bei der Chlorierung
eingehen, was zu erheblichem Bruch der hergestellten Teilchen führt. Seltenerdchloride
reagieren ebenfalls mit Methanol, um Methylchlorid zu ergeben. Daher kann
der Katalysator in katalytischen Verfahren zur Herstellung von Methylchlorid,
die frei von HCl sind, eingesetzt werden.
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Der
Katalysator ist ebenfalls für
die Ethandehydrierung geeignet, da das In-Kontakt-Bringen eines Stroms
aus Ethan, Sauerstoff und einer Chlorquelle, wie z.B. HCl mit dem
Katalysator zu der Herstellung eines Stroms, der im Wesentlichen
Ethylen und HCl enthält,
führt.
Zusätzlich
führt das
In-Kontakt-Bringen des Katalysators mit einem Strom, der ein oder
mehrere von Ethylchlorid, 1,2-Dichlorethan und 1,1,2-Trichlorethan
enthält,
zu der Hydrodechlorierung dieser Stoffe, um HCl und einen ent sprechenden
korrespondierenden, ungesättigten
Kohlenwasserstoff oder Chlorkohlenwasserstoff zu ergeben. Zusätzlich,
wenn Kupfersalze mit dem Katalysator in Kontakt gebracht werden
(entweder durch ihre Gegenwart in Lösungen während der Ausfällung oder
durch Einbringen von kupferhaltigen Lösungen auf den calcinierten
Katalysator ergibt die Behandlung des Katalysators mit HCl einen
Katalysator, der für
die Oxychlorierung von Ethylen zu 1,2-Dichlorethan geeignet ist.
Die Katalysatoren sind besonders erwünscht aufgrund ihrer Fähigkeit,
bei höheren
Temperaturen ohne eine erhöhte
Herstellung von COx zu funktionieren.
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Wie
vorgehend beschrieben enthält
der Katalysator dieser Erfindung wenigstens ein Seltenerdelement.
Die Seltenerden sind eine Gruppe von 17 Elementen, die aus Scandium
(Atomzahl 21), Yttrium (Atomzahl 39) und den Lanthaniden (Atomzahlen
57 – 71)
bestehen. [James B. Hedrick, U.S. Geological Survey – Minerals
Information – 1997, "Rare-Earth Metals"]. Der Katalysator
kann als poröser
Massenstoff bereitgestellt werden. Bevorzugte Seltenerdmaterialien
sind die basierend auf Lanthan, Cer, Neodym, Praseodym, Dysprosium,
Samarium, Yttrium, Gadolinium, Erbium, Ytterbium, Holmium, Terbium,
Europium, Thulium und Lutetium. Die am meisten bevorzugten Seltenerdmaterialien
zur Verwendung in dem oben erwähnten
VCM-Prozess basieren
auf den Seltenerdelementen, die typischerweise als Einzelvalenzstoffe
betrachtet werden. Die katalytische Leistungsfähigkeit von Mehrfachvalenzstoffen
scheint weniger wünschenswert
zu sein als die von Einfachvalenzen. Zum Beispiel ist Cer bekannt
dafür ein
Oxidations/Reduktionskatalysator mit der Fähigkeit zu sein, sowohl den
stabilen 3+ als auch den stabilen 4+ Oxidationszustand
zu erreichen. Dies ist ein Grund, warum, falls das Seltenerdmaterial
auf Cer basiert, der Katalysator dieser Erfindung zusätzlich wenigstens
ein weiteres Seltenerdelement, das sich von Cer unterscheidet, enthält. Vorzugsweise,
falls eine der eingesetzten Seltenerden in dem Katalysator Cer ist,
dann wird Cer in einem molaren Verhältnis bereitgestellt, das kleiner ist
als die Gesamtmenge der anderen im Katalysator vorhandenen Seltenerden.
Es ist a ber besonders bevorzugt, dass im Wesentlichen kein Cer im
Katalysator vorhanden ist. Unter "im Wesentlichen kein Cer" wird verstanden,
dass Cer in einer Menge von weniger als 33 Atomprozent der Seltenerdkomponente,
vorzugsweise weniger als 20 Atomprozent und am meisten bevorzugt
weniger als 10 Atomprozent vorhanden ist.
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Das
Seltenerdmaterial für
den Katalysator dieser Erfindung basiert besonders bevorzugt auf
Lanthan, Neodym, Praseodym oder Mischungen dieser. Es ist am meisten
bevorzugt, wenn wenigstens eine der im Katalysator verwendeten Seltenerden
Lanthan ist. Weiterhin ist der Katalysator für den ethylenhaltigen Zufuhrstrom
zu dem VCM-Prozess dieser Erfindung im Wesentlichen frei von Eisen
und Kupfer. Im Allgemeinen ist die Gegenwart von Stoffen, die zur
Oxidation/Reduktion (Redox) in der Lage sind, unerwünscht für den Katalysator.
Es ist für
den Katalysator bevorzugt ebenfalls im Wesentlichen frei von anderen Übergangselementen zu
sein, die mehr als einen stabilen Oxidationszustand aufweisen. Zum
Beispiel ist Mangan ein anderes Übergangsmetall,
das vorzugsweise von dem Katalysator ausgeschlossen ist. Unter "im Wesentlichen frei" wird verstanden,
dass das Atomverhältnis
des Seltenerdelements zu dem Redoxmetall in dem Katalysator größer als 1,
vorzugsweise größer als
10, besonders bevorzugt größer als
15 und am meisten bevorzugt größer als
50 ist.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft andere Elemente in den Katalysator in
den porösen
Massenstoffformen einzubringen. Zum Beispiel beinhalten bevorzugte
elementare Additive Erdalkalimetalle, Bor, Phosphor, Schwefel, Silicium,
Germanium, Titanium, Zirkonium, Hafnium, Aluminium und Kombination
davon. Diese Elemente können
vorhanden sein, um die katalytische Leistungsfähigkeit der Zusammensetzung
zu ändern
oder die mechanischen Eigenschaften (z.B. Abriebfestigkeit) des
Stoffs zu verbessern.
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Vor
dem Zusammengeben des ethylenhaltigen Zuführstroms, der Sauerstoffquelle
und der Chlorquelle in dem Reaktor für die VCM- Prozessausführungsform dieser Erfindung
ist es bevorzugt, dass die Katalysatorzusammensetzung ein Salz von
wenigstens einem Seltenerdelement enthält unter der Voraussetzung,
dass der Katalysator im Wesentlichen frei von Eisen und Kupfer ist
und unter der weiteren Voraussetzung, dass, wenn Cer eingesetzt
wird, der Katalysator zusätzlich
wenigstens ein weiteres Seltenerdelement, das sich von Cer unterscheidet,
enthält.
Das Salz des wenigstens einen Seltenerdelements ist vorzugsweise
ausgewählt aus
Seltenerdoxychloriden, Seltenerdchloriden, Seltenerdoxiden und Kombinationen
davon, unter der Voraussetzung, dass das Katalysator im Wesentlichen
frei von Eisen und Kupfer ist und unter der weiteren Voraussetzung,
dass wenn Cer verwendet wird, der Katalysator zusätzlich wenigstens
ein weiteres Seltenerdelement, das sich von Cer unterscheidet, enthält. Es ist
besonders bevorzugt, dass das Salz ein Seltenerdoxychlorid der Formel
MOCl enthält,
worin M wenigstens ein Seltenerdelement ausgewählt aus Lanthan, Cer, Neodym, Praseodym,
Dysprosium, Samarium, Yttrium, Gadolinium, Erbium, Ytterbium, Holmium,
Terbium, Europium, Thulium, Lutetium oder Mischungen davon, ist
unter der Voraussetzung, dass wenn Cer vorhanden ist, wenigstens
ein weiteres Seltenerdelement, das sich von Cer unterscheidet, ebenfalls
vorhanden ist. Es ist am meisten bevorzugt, wenn das Salz ein poröses Lanthanoxychlorid(LaOCl)-Massenmaterial ist.
Wie erwähnt worden
ist, geht dieses Material vorteilhafterweise keine Nettoänderungen
(z.B. Brechen) ein, wenn es in situ in diesem Prozess chloriert
wird und stellt die weitere vorteilhafte Eigenschaft der Wasserlöslichkeit
im Zusammenhang mit diesem Verfahren nach einer Nutzungsdauer zur
Verfügung
(LaOCl ist anfänglich
wasserunlöslich),
so dass, falls auch der Katalysator aus einem Wirbelbett-, Festbettreaktor
oder anderer Prozessausrüstung
oder Behälter
entfernt werden sollte, dies ohne Wasserdurchblasen oder konventionellen,
arbeitsintensiven mechanischen Techniken durch einfaches Auswaschen
des verbrauchten Katalysators aus dem in Frage stehenden Reaktor
mit Wasser erfolgen kann.
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Wenn
das Salz ein Seltenerdoxychlorid (MOCl) ist, hat es eine BET-Oberfläche von
wenigstens 12 m2/g, vorzugsweise wenigstens
15 m2/g, besonders bevorzugt wenigstens
20 m2/g und am meisten bevorzugt wenigstens
30 m2/g. Im Allgemeinen beträgt die BET-Oberfläche weniger
als 200 m2/g. Für die obigen Messungen wurde
die Stickstoff-Adsorptions-Isotherme bei 77 K gemessen und die Oberfläche wurde
aus den Isothermendaten unter Verwendung der BET-Methode berechnet
(Brunauer, S., Emmett, P.H., und Teller, E., J. Am. Chem. Soc.,
60, 309 (1938)). Zusätzlich
wird darauf hingewiesen, dass die MOCl-Phase charakteristische Pulverröntgenbeugungsmuster
(XRD) besitzt, die sich von denen der MCl3-Phasen
unterscheiden.
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Es
ist ebenfalls möglich,
wie bereits bei verschiedenen Gelegenheiten vorhergehend hingewiesen, eine
Mischung von Seltenerden ("M") innerhalb der MOCl-Zusammensetzung
zu haben. Zum Beispiel kann M eine Mischung von wenigstens zwei
Seltenerden, ausgewählt
aus Lanthan, Cer, Neodym, Praseodym, Dysprosium, Samarium, Yttrium,
Gadolinium, Erbium, Ytterbium, Holmium, Terbium, Europium, Thulium
und Lutetium sein. In ähnlicher
Weise ist es ebenfalls möglich,
eine Mischung von unterschiedlichen MOCl-Zusammensetzungen zu haben, wobei M
in jeder Zusammensetzung der MOCl's in der Mischung unterschiedlich ist.
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Sobald
der ethylenhaltige Zufuhrstrom, die Sauerstoffquelle und die Chlorquelle
in dem Reaktor zusammengegeben sind, wird in situ ein Katalysator
aus dem Salz des wenigstens einen Seltenerdelements gebildet. Obwohl
diese Charakterisierung weder die Zusammensetzung noch das Verfahren
dieser Erfindung in irgendeiner Weise beschränken soll, wird angenommen,
dass der in situ gebildete Katalysator ein Chlorid der Seltenerdkomponente
enthält.
Ein Beispiel eines solchen Chlorids ist MCl3 worin
M eine Seltenerdkomponente ausgewählt aus Lanthan, Cer, Neodym,
Praseodym, Dysprosium, Samarium, Yttrium, Gadolinium, Erbium, Ytterbium,
Holmium, Terbium, Europium, Thulium, Lutetium und Mischungen davon
ist un ter der Voraussetzung, dass, wenn es Cer ist, der Katalysator
zusätzlich
wenigstens ein weiteres Seltenerdelement enthält, das sich von Cer unterscheidet.
Wenn das Salz ein Seltenerdchlorid (MCl3)
ist, hat es eine BET-Oberfläche
von wenigstens 5 m2/g, vorzugsweise wenigstens
10 m2/g, besonders bevorzugt wenigstens
15 m2/g, ganz besonders bevorzugt wenigstens
20 m2/g und am meisten bevorzugt wenigstens
30 m2/g.
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Als
Oxychlorierung wird üblicherweise
die oxidative Addition von zwei Chloratomen an Ethylen aus HCl oder
anderen reduzierten Chlorquellen verstanden. Katalysatoren, die
dazu geeignet sind, diese Chemie durchzuführen, sind als modifizierte
Deacon-Katalysatoren klassifiziert worden [Olah, G. A., Molnar,
A., Hydrocarbon Chemistry, John Wiley & Sons (New York, 1995), Seite 226].
Die Deacon-Chemie bezieht sich auf die Deacon-Reaktion, die Oxidation von HCl, um
elementares Chlor und Wasser zu ergeben.
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Ohne
Beschränkung
für die
vorliegende Erfindung, wie im vorliegenden beansprucht, zu sein,
wird davon ausgegangen, dass der bevorzugte Prozesskatalysator,
wie oben beschrieben, im Gegensatz zur Oxychlorierung eine Oxydehydrochlorierung
einsetzt, in dem methanhaltige und ethylenhaltige Ströme zu VCM
mit hoher Selektivität
umgewandelt werden. Oxydehydrochlorierung ist die Umwandlung eines
Kohlenwasserstoffs (unter Verwendung von Sauerstoff und einer Chlorquelle)
in einen chlorierten Kohlenwasserstoff, wobei die Kohlenstoffe entweder
ihre ursprüngliche
Valenz beibehalten oder ihre Valenz reduziert wird (d.h. sp3-Kohlenstoffatome bleiben sp3 oder
werden zu sp2 umgewandelt und sp2-Kohlenstoffatome bleiben sp2 oder
werden zu sp umgewandelt). Dies unterscheidet sich von der konventionellen
Definition der Oxychlorierung, wobei Ethylen zu 1,2-Dichlorethan mit
einer Nettoerhöhung
der Kohlenstoffvalenz (d.h. sp2-Kohlenstoffatome
werden in sp3-Kohlenstoffatome überführt) umgewandelt
wird.
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Im
Lichte der Offenbarung hierin wird der Fachmann ohne Zweifel alternative
Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung dieser Erfindung erkennen.
Ein Verfahren, das gegenwärtig
als bevorzugt zur Ausbildung der Zusammensetzungen, die das Seltenerdoxychlorid
(MOCL) bildet, betrachtet wird, umfasst die folgenden Schritte:
(a) Herstellung einer Lösung
eines Chloridsalzes des Seltenerdelements oder der -elemente in
einem Lösungsmittel,
das entweder Wasser, einen Alkohol oder Mischungen davon enthält, (b)
Zugeben einer stickstoffhaltigen Base, um die Bildung eines Niederschlags
zu bewirken, und (c) Sammeln, Trocknen und Calcinieren des Niederschlags,
um den MOCl-Stoff auszubilden. Typischerweise wird die stickstoffhaltige Base
aus Ammoniumhydroxid, Alkylamin, Arylamin, Arylalkylamin, Alkylammoniumhydroxid,
Arylammoniumhydroxid, Arylalkylammoniumhydroxid und Mischungen davon
ausgewählt.
Die stickstoffhaltige Base kann auch als eine Mischung einer stickstoffhaltigen
Base mit einer anderen Base, die keinen Stickstoff enthält, bereitgestellt
werden. Vorzugsweise ist die stickstoffhaltige Base Tetraalkylammoniumhydroxid.
Das Lösungsmittel
in Schritt (a) ist vorzugsweise Wasser. Das Trocknen der katalytisch
geeigneten Zusammensetzung kann in jeder Art und Weise durchgeführt werden
einschließlich
durch Sprühtrocknen,
Trocknen in einem gelüfteten Ofen
und anderen bekannten Verfahren. Für die gegenwärtig bevorzugte
Wirbelbettverfahrensweise ist ein sprühgetrockneter Katalysator bevorzugt.
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Ein
Verfahren, das gegenwärtig
als bevorzugt für
die Ausbildung der Katalysatorzusammensetzung, die ein Seltenerdchlorid
enthält
(MCl3) betrachtet wird, umfasst die folgenden
Schritte: (a) Herstellung einer Lösung eines Chloridsalzes des
Seltenerdelements oder der -elemente in einem Lösungsmittel, das entweder Wasser,
einen Alkohol oder Mischungen davon enthält, (b) Zugeben einer stickstoffhaltigen
Base, um die Bildung eines Niederschlags zu bewirken, und (c) Sammeln,
Trocknen und Calcinieren des Niederschlags und (d) In-Kontakt-Bringen
des calcinierten Niederschlags mit einer Chlorquelle. Zum Beispiel
eine Anwendung dieses Verfahren (die Verwendung von La zur Veranschaulichung)
würde sein,
eine LaCl3 Lösung mit einer stickstoffhaltigen
Base auszufällen,
es zu trocknen, es dem Reaktor zuzugeben, es auf 400 °C im Reaktor
zu erhitzen, um die Calcinierung durchzuführen und dann den calcinierten
Niederschlag mit einer Chlorquelle in Kontakt zu bringen, um die
Katalysatorzusammensetzung in situ in dem Reaktor auszubilden.
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Beispiele
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Die
Erfindung wird zusätzlich
durch Berücksichtigung
der folgenden Beispiele verdeutlicht, die ausschließlich als
exemplarisch gedacht sind.
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Referenzbeispiel 1
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Um
die Herstellung von Vinylchlorid aus einem Strom, der Ethylen enthält, zu demonstrieren,
wurde eine poröse,
hitzebeständige
Zusammensetzung, die Lanthan enthält, hergestellt. Eine Lösung aus
LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils im Handel erhältlichen
hydrierten Lanthanchlorid' (erworben
von J.T. Baker Chemical Company) in 8 Teilen deionisiertem Wasser
aufgelöst.
Die tropfenweise Zugabe unter Rühren von
Ammoniumhydroxid (erworben von Fisher Scientific, zertifizierte
ACS-Spezifikation)
bis zu einem neutralen pH (durch universales Indikatorpapier) bewirkte
die Bildung eines Gels. Die Mischung wurde zentrifugiert und die
Lösung
von dem Feststoff dekantiert. Ungefähr 150 ml des deionisierten
Wassers wurden zugegeben und das Gel wurde stark gerührt, um
den Feststoff zu dispergieren. Die resultierende Lösung wurde
zentrifugiert und die Lösung
wurde abdekantiert. Dieser Waschschritt wurde zwei zusätzliche
Male wiederholt. Das gesammelte gewaschene Gel wurde 2 Stunden lang
bei 120 °C
getrocknet und danach 4 Stunden lang bei 550 °C in Luft calciniert. Der resultierende
Feststoff wurde gebrochen und gesiebt, um geeignete Teilchen für zusätzliche
Untersuchungen zu ergeben. Diese Vor gehensweise erzeugte einen Feststoff,
der mit dem Röntgenpulverbeugungsmustern
von LaOCl übereinstimmte.
-
Die
Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel (Legierung 200)
gegeben. Der Reaktor wurde so ausgerüstet, dass Ethylen, Ethan,
HCl, O2 und Inertgas (Helium- und Argonmischung)
dem Reaktor zugeführt
werden konnte. Die Funktion des Argons war es, ein interner Standard
für die
Analyse des Reaktorzufuhrstroms und Austrittsstrom durch Gaschromatographie
zu sein. Die Raumzeit wird als Volumen des Katalysators, dividiert
durch die Flussgeschwindigkeit bei Standardbedingungen berechnet.
Zufuhrgeschwindigkeiten sind molare Verhältnisse. Dem Reaktorsystem
wurde unmittelbar ein ethanhaltiger Strom mit der Stöchiometrie
von einem Ethan, einem HCl und einem Sauerstoff zugeführt. Dies
stellt die Bilanzstöchiometrie
für die Herstellung
von VCM aus Ethylen zur Verfügung.
-
Tabelle
1 weiter unten beschreibt die Ergebnisse des Reaktortests unter
Verwendung dieser Zusammensetzung.
-
Spalte
1 der Tabelle 1 zeigt die hohe Selektivität zu Vinylchlorid, wenn dem
Katalysatorsystem Ethylen unter oxidierenden Bedingungen in Gegenwart
von HCl zugeführt
wird. Die Zusammensetzung enthält
Helium, um einen Reaktor zu simulieren, der mit Luft als Oxidationsgas
betrieben wird.
-
Spalte
2 der Tabelle 1 zeigt eine hohe Selektivität zu Vinylchlorid, wenn dem
Katalysatorsystem Ethylen unter oxidierenden Bedingungen in Gegenwart
von HCl zugeführt
wird. Die Zusammensetzung ist jetzt fett, um Begrenzungen, die durch
die Entflammbarkeit gesetzt werden, zu verhindern und enthält kein
Helium.
-
Spalte
3 der Tabelle 1 zeigt die hohe Selektivität zu Vinylchlorid und Ethylen,
wenn dem Katalysatorsystem Ethan unter oxidierenden Bedingungen in
Gegenwart von HCl zugeführt
wird. Die Zusammensetzung simuliert einen Reaktor, der mit Luft
als Oxidationsgas betrieben wird. Es ist kein Ethylen im Zufuhrstrom
vorhanden. Das Ethylen, das im Reaktor vorhanden ist, ist das Produkt
der teilweisen Oxidation von Ethan.
-
Spalte
4 der Tabelle 1 zeigt das Ergebnis, wenn sowohl Ethan als auch Ethylen
zugeführt
werden. Der Reaktor wird in einer solchen Weise betrieben um sicherzustellen,
dass die Menge an Ethylen, die in den Reaktor eintritt und aus dem
Reaktor austritt, gleich ist. In dieser Weise betrieben erscheint
es, dass Ethylen ein inertes Verdünnungsmittel ist und nur Ethan
umgesetzt wird. Das Ergebnis zeigt eine hohe Ausbeute an Vinylchlorid
und 1,2-Dichlorethan. Argon wird als interner Standard verwendet,
um sicherzustellen, dass der Ethylenfluss, der in den Reaktor eintritt
und der Ethylenfluss, der den Reaktor verlässt, gleich ist. Das Verhältnis des
integrierten chromatographischen Peaks von Ethylen zu Argon ist
identisch für
den Reaktorzufuhrstrom und den Produktstrom. In dieser Art und Weise
wird die Kreislaufführung
von Ethylen innerhalb der Reaktorvorrichtung simuliert.
-
-
Referenzbeispiel 2
-
Um
weiterhin die Eignung der Zusammensetzung zu demonstrieren, wird
Ethylen oxidativ zu Vinylchlorid unter Verwendung von unterschiedlichen
Chlorquellen umgewandelt. Eine Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils eines im Handel erhältlichen
hydrierten Lanthanchlorid (erworben von Avocado Research Chemicals
Ltd.) in 8,8 Teilen deionisiertem Wasser aufgelöst. Schnelle Zugabe von 6 mol
Ammoniumhydroxid in Wasser unter Rühren (verdünntes zertifiziertes ACS-Reagenz,
erhältlich
von Fisher Scientific) bewirkte die Ausbildung eines Gels. Die Mischung
wurde filtriert, um den Feststoff zu sammeln. Das gesammelte Gel
wurde vor der Calcinierung bei 550 °C 4 Stunden lang in Luft getrocknet
bei 120 °C.
Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt. Die gesiebten
Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel (Legierung 200)
gegeben. Der Reaktor wurde so ausgerüstet, dass Ethylen, HCl, Sauerstoff,
1,2-Dichlorethan, Tetrachlorkohlenstoff und Helium dem Reaktor zugeführt werden
konnten. Die Raumzeit wird als das Volumen des Katalysators, dividiert
durch die Flussgeschwindigkeit bei Standardtemperatur und -druck berechnet.
Zufuhrgeschwindigkeiten sind Molverhältnisse. Die Zusammensetzung
wurde auf 400 °C
erwärmt und
mit einer HCl:O2:He-Mischung von 1:1:3 zwei
Stunden vor dem Start des Betriebs behandelt.
-
Die
gebildete Zusammensetzung wurde verwendet, um Vinylchlorid durch
Zuführen
von Ethylen, einer Chlorquelle und Sauerstoff bei 400 °C zu ergeben.
Die folgende Tabelle zeigt Daten, die zwischen 82 und 183 Stunden
aus dem Strom unter Verwendung unterschiedlicher Chlorquellen erhalten
wurden. Chlor wird als HCl, Tetrachlorkohlenstoff und 1,2-Dichlorethan
zugeführt.
VCM bedeutet Vinylchlorid. Raumzeit wird als Volumen des Katalysators,
dividiert durch die Flussgeschwindigkeit bei Standardtemperaturen
und -druck berechnet. Der Reaktor wurde so betrieben, dass am Reaktoraustritt
Umgebungsdruck anlag. Sowohl Ethylen als auch 1,2-Dichlorethan werden
als C2-Spezies bezeichnet.
-
-
Die
Daten zeigen, dass unterschiedliche Chlorquellen bei der oxidativen
Herstellung von Vinylchlorid verwendet werden können. Die Verwendung von Tetrachlorkohlenstoff,
1,2-Dichlorethan und HCl erzeugen alle Vinylchlorid als Hauptprodukt.
-
Referenzbeispiel 3
-
Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils im Handel erhältlichen
hydrierten Lanthanchlorid (erworben von Avocado Research Chemicals
Ltd.) in 6,67 Teilen deionisiertem Wasser hergestellt. Schnelle
Zugabe unter Rühren
von 8 mol Ammoniumhydroxid in Wasser (verdünntes zertifiziertes ACS-Reagenz,
erhältlich
von Fisher Scientific) bewirkte die Ausbildung eines Gels und ergab
einen End-pH von 8,85. Die Mischung wurde filtriert, um den Feststoff
zu sammeln. Der gesammelte Feststoff wurde 4 Stunden lang bei 550 °C in Luft
calciniert. Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt.
Die gesiebten Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel
(Legierung 200) gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen,
Ethan, HCl, Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung)
dem Reaktor zugeführt
werden konnten.
-
Tabelle
3 zeigt Daten, wobei die Reaktorzufuhrströme so eingestellt sind, dass
der Fluss von Ethylen (M pro Minute) das in den Reaktor eintritt
und der Fluss von Ethylen, das den Reaktor verlässt, im Wesentlichen gleich
waren. Reaktorzufuhrströme
wurden in ähnlicher
Weise eingestellt, so dass der Fluss von HCl, das in den Reaktor
eintritt und diesen verlässt,
im Wesentlichen gleich war. Sauerstoffumwandlung wurde geringfügig geringer
als vollständige
Umwandlung eingestellt, um die Katalysatoraktivität überwachen
zu können.
In dieser Art und Weise betrieben waren die verbrauchten Zufuhrströme Ethan,
Sauerstoff und Chlor. Sowohl Ethylen als auch HCl ergaben den Eindruck,
als würden
sie weder erzeugt noch verbraucht. Die Raumzeit wird als Katalysatorvolumen
dividiert durch die Flussgeschwindigkeit bei Standardtemperatur
und -druck berech net. Die Beispiele zeigen weiterhin die Verwendung
von Chlorgas als Chlorquelle bei der Herstellung von Vinylchlorid.
-
-
Wie
in allen Beispielen bedeutet VCM Vinylchlorid. C2H4Cl2 ist nur 1,2-Dichlorethan. COx ist die Kombination von CO und CO2.
-
Referenzbeispiel 4
-
Die
Katalysatorzusammensetzung, die in Beispiel 1 hergestellt wird,
wurde verwendet, um den Effekt der Temperatur auf die Katalysatorleistung
zu zeigen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
-
Tabelle
4: Temperatureffekte auf die Lanthanzusammensetzung
-
Diese
Daten zeigen, dass die Fähigkeit
der Zusammensetzung, Vinylchlorid zu erzeugen, nur geringfügig durch
ansteigende Temperatur verändert wird.
Niedrigere Temperaturen verringern die Geschwindigkeit, die Selektivität ist aber
nur geringfügig
geändert.
-
Beispiel 5 bis Beispiel
12
-
Beispiel
5 bis Beispiel 12 zeigen die Herstellung von zahlreichen Seltenerdzusammensetzungen,
die jeweils nur einen Seltenerdstoff enthalten. Daten, die die Leistungsfähigkeit
dieser Zusammensetzung zeigen, sind in Tabelle 5 angegeben.
-
Beispiel 5
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Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Aldrich Chemical Company)
in 6,67 Teilen deionisiertem Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe
unter Rühren
von 6 mol Ammoniumhydroxid in Wasser (verdünntes zertifiziertes ACS-Reagenz,
erworben von Fisher Scientific) bewirkte die Bildung eines Gels.
Die Mischung wurde zentrifugiert, um den Feststoff zu sammeln. Die
Lösung
wurde von dem Gel dekantiert und verworfen. Das Gel wurde in 6,66
Teilen deionisiertem Wasser resuspendiert. Zentrifugieren erlaubte
das Gewinnen des Gels. Das gewonnene Gel wurde vor dem Calcinieren,
bei 550 °C
4 Stunden lang an Luft bei 120 °C
getrocknet. Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt.
Die gesiebten Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel
(Legierung 200) gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen,
Ethan, HCl, Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung)
dem Reaktor zugeführt
werden konnten. Pulverröntgenbeugung
zeigte, dass das Material LaOCl war. Die BET-Oberfläche war
zu 42,06 m2/g gemessen. Die spezifischen
Leistungsdaten für
dieses Beispiel sind weiter unten in Tabelle 5 aufgeführt.
-
Beispiel 6
-
Eine
Lösung
von NdCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Neodymchlorid (Alfa Aesar) in 6,67 Teilen deionisiertem
Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe unter Rühren von 6 mol Ammoniumhydroxid
in Wasser (verdünntes
zertifiziertes ACS-Reagenz, erworben von Fisher Scientific) bewirkte
die Bildung eines Gels. Die Mischung wurde filtriert, um den Feststoff
zu sammeln. Das gesammelte Gel wurde vor der Calcinierung an Luft
4 Stunden lang bei 550 °C
bei 120 °C
getrocknet. Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt.
Die gesiebten Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel
(Legierung 200) gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen,
Ethan, HCl, Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung)
dem Reaktor zugeführt
werden konnten. Pulverröntgenbeugung zeigte,
dass das Material NdOCl war. Die BET-Oberfläche wurde zu 22,71 m2/g gemessen. Die spezifischen Leistungsdaten
für dieses
Beispiel sind weiter unten in Tabelle 5 aufgeführt.
-
Beispiel 7
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Eine
Lösung
von PrCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Praseodymchlorid (Alfa Aesar) in 6,67 Teilen deionisiertem
Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe unter Rühren von 6 mol Ammoniumhydroxid
in Wasser (verdünntes
zertifiziertes ACS-Reagenz,
erworben von Fisher Scientific) bewirkte die Bildung eines Gels.
Die Mischung wurde filtriert, um den Feststoff zu sammeln. Das gesammelte
Gel wurde vor der Calcinierung an Luft 4 Stunden lang bei 550 °C bei 120 °C getrocknet.
Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt. Die gesiebten
Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel (Legierung 200)
gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen, Ethan, HCl,
Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung) dem Reaktor
zugeführt
werden konnten. Pulverröntgenbeugung zeig te,
dass das Material PrOCl war. Die BET-Oberfläche wurde zu 21,37 m2/g gemessen. Die spezifischen Leistungsdaten
für dieses
Beispiel sind weiter unten in Tabelle 5 aufgeführt.
-
Beispiel 8
-
Eine
Lösung
von SmCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Samariumchlorid (Alfa Aesar) in 6,67 Teilen deionisiertem
Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe unter Rühren von 6 mol Ammoniumhydroxid
in Wasser (verdünntes
zertifiziertes ACS-Reagenz, erworben von Fisher Scientific) bewirkte
die Bildung eines Gels. Die Mischung wurde filtriert, um den Feststoff
zu sammeln. Das gesammelte Gel wurde vor der Calcinierung an Luft
4 Stunden lang bei 500 °C
bei 120 °C
getrocknet. Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt.
Die gesiebten Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel
(Legierung 200) gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen,
Ethan, HCl, Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung)
dem Reaktor zugeführt
werden konnten. Pulverröntgenbeugung zeigte,
dass das Material SmOCl war. Die BET-Oberfläche wurde zu 30,09 m2/g gemessen. Die spezifischen Leistungsdaten
für dieses
Beispiel sind weiter unten in Tabelle 5 aufgeführt.
-
Beispiel 9
-
Eine
Lösung
von HoCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Holmiumchlorid (Alfa Aesar) in 6,67 Teilen deionisiertem
Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe unter Rühren von 6 mol Ammoniumhydroxid
in Wasser (verdünntes
zertifiziertes ACS-Reagenz, erworben von Fisher Scientific) bewirkte
die Bildung eines Gels. Die Mischung wurde filtriert, um den Feststoff
zu sammeln. Das gesammelte Gel wurde vor der Calcinierung an Luft
4 Stunden lang bei 500 °C
bei 120 °C
getrocknet. Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt.
Die gesiebten Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel
(Legierung 200) gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen,
Ethan, HCl, Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung)
dem Reaktor zugeführt
werden konnten. Die BET-Oberfläche
wurde zu 20,92 m2/g gemessen. Die spezifischen
Leistungsdaten für
dieses Beispiel sind weiter unten in Tabelle 5 aufgeführt.
-
Beispiel 10
-
Eine
Lösung
von ErCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Erbiumchlorid (Alfa Aesar) in 6,67 Teilen deionisiertem
Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe unter Rühren von 6 mol Ammoniumhydroxid
in Wasser (verdünntes
zertifiziertes ACS-Reagenz, erworben von Fisher Scientific) bewirkte
die Bildung eines Gels. Die Mischung wurde filtriert, um den Feststoff
zu sammeln. Das gesammelte Gel wurde vor der Calcinierung an Luft
4 Stunden lang bei 500 °C
bei 120 °C
getrocknet. Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt.
Die gesiebten Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel
(Legierung 200) gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen,
Ethan, HCl, Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung)
dem Reaktor zugeführt
werden konnten. Die BET-Oberfläche
wurde zu 19,80 m2/g gemessen. Die spezifischen
Leistungsdaten für
dieses Beispiel sind weiter unten in Tabelle 5 aufgeführt.
-
Beispiel 11
-
Eine
Lösung
von YbCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Ytterbiumchlorid (Alfa Aesar) in 6,67 Teilen deionisiertem
Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe unter Rühren von 6 mol Ammoniumhydroxid
in Wasser (verdünntes
zertifiziertes ACS-Reagenz,
erworben von Fisher Scientific) bewirkte die Bildung eines Gels.
Die Mischung wurde filtriert, um den Feststoff zu sammeln. Das ge sammelte
Gel wurde vor der Calcinierung an Luft 4 Stunden lang bei 500 °C bei 120 °C getrocknet.
Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt. Die gesiebten
Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel (Legierung 200)
gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, so dass Ethylen, Ethan,
HCl, Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung) dem Reaktor
zugeführt
werden konnten. Die BET-Oberfläche
wurde zu 2,23 m2/g gemessen. Die spezifischen
Leistungsdaten für
dieses Beispiel sind weiter unten in Tabelle 5 aufgeführt.
-
Beispiel 12
-
Eine
Lösung
von YCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Yttriumchlorid (Alfa Aesar) in 6,67 Teilen deionisiertem
Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe unter Rühren von 6 mol Ammoniumhydroxid
in Wasser (verdünntes
zertifiziertes ACS-Reagenz, erworben von Fisher Scientific) bewirkte
die Bildung eines Gels. Die Mischung wurde filtriert, um den Feststoff
zu sammeln. Das gesammelte Gel wurde vor der Calcinierung an Luft
4 Stunden lang bei 500 °C
bei 120 °C
getrocknet. Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt.
Die gesiebten Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel
(Legierung 200) gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen,
Ethan, HCl, Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung)
dem Reaktor zugeführt
werden konnten. Die BET-Oberfläche
wurde zu 29,72 m2/g gemessen. Die spezifischen
Leistungsdaten für
dieses Beispiel sind weiter unten in Tabelle 5 aufgeführt.
-
Tabelle
5: Seltenerdoxychloridzusammensetzungen betrieben um Vinylchlorid
zu produzieren
-
Diese
Daten zeigen die Eignung von seltenerdhaltigen Zusammensetzungen
in Substanz für
die Umwandlung von ethylenhaltigen Strömen zu Vinylchlorid.
-
Beispiel 13 bis Beispiel
17
-
Beispiel
13 bis Beispiel 17 illustrieren die Herstellung von zahlreichen
Seltenerdzusammensetzungen, die jeweils eine Mischung von Seltenerdmaterialien
enthalten. Die Daten, die die Leistung dieser Zusammensetzung illustrieren
sind in Tabelle 6, weiter unten, aufgeführt.
-
Beispiel 13
-
Eine
Lösung
von LaCl3 und NdCl3 in
Wasser wurden durch Auflösen
eines Teils von kommerziell erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Spectrum Quality Products)
und 0,67 Teilen kommerziell erhältlichem
hydriertem Neodymchlorid (Alfa Aesar) in 13,33 Teilen deionisiertem
Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe unter Rühren von 6 mol Ammoniumhydroxid
in Wasser (verdünntes
zertifiziertes ACS-Reagenz, erworben von Fisher Scientific) bewirkte
die Bildung eines Gels. Der endgültige
pH wurde zu 8,96 gemessen. Die Mischung wurde zentrifugiert, um
den Feststoff zu sammeln. Die Lösung
wurde von dem Gel dekantiert und verworfen. Das gesammelte Gel wurde
vor der Calcinierung an Luft 4 Stunden lang bei 550 °C bei 80 °C getrocknet.
Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt. Die gesiebten
Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel (Legierung 200)
gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen, Ethan, HCl,
Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung) dem Reaktor
zugeführt
werden konnten. Die BET-Oberfläche
wurde zu 21,40 m2/g gemessen. Die spezifischen
Leistungsdaten für
dieses Beispiel sind weiter unten in Tabelle 6 aufgeführt.
-
Beispiel 14
-
Eine
Lösung
von LaCl3 und SmCl3 in
Wasser wurden durch Auflösen
eines Teils von kommerziell erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Spectrum Quality Products)
und 0,67 Teilen kommerziell erhältlichem hydriertem
Samariumchlorid (Alfa Aesar) in 13,33 Teilen deionisiertem Wasser
hergestellt. Schnelle Zugabe unter Rühren von 6 mol Ammoniumhydroxid
in Wasser (verdünntes
zertifiziertes ACS-Reagenz, erworben von Fisher Scientific) bewirkte
die Bildung eines Gels. Der endgültige
pH wurde zu 8,96 gemessen. Die Mischung wurde zentrifugiert, um
den Feststoff zu sammeln. Die Lösung
wurde von dem Gel dekantiert und verworfen. Das gesammelte Gel wurde
vor der Calcinierung an Luft 4 Stunden lang bei 550 °C bei 80 °C getrocknet.
Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt. Die gesiebten
Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel (Legierung 200)
gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen, Ethan, HCl,
Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung) dem Reaktor
zugeführt
werden konnten. Die BET-Oberfläche
wurde zu 21,01 m2/g gemessen. Die spezifischen
Leistungsdaten für
dieses Beispiel sind weiter unten in Tabelle 6 aufgeführt.
-
Beispiel 15
-
Eine
Lösung
von LaCl3 und YCl3 in
Wasser wurden durch Auflösen
eines Teils von kommerziell erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Spectrum Quality Products)
und 0,52 Teilen kommerziell erhältlichem
hydriertem Yttriumchlorid (Alfa Aesar) in 13,33 Teilen deionisiertem
Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe unter Rühren von 6 mol Ammoniumhydroxid
in Wasser (verdünntes
zertifiziertes ACS-Reagenz, erworben von Fisher Scientific) bewirkte
die Bildung eines Gels. Der endgültige
pH wurde zu 8,96 gemessen. Die Mischung wurde zentrifugiert, um
den Feststoff zu sammeln. Die Lösung
wurde von dem Gel dekantiert und verworfen. Das gesammelte Gel wurde
vor der Calcinierung an Luft 4 Stunden lang bei 550 °C bei 80 °C getrocknet.
Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt. Die gesiebten
Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel (Legierung 200)
gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen, Ethan, HCl,
Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung) dem Reaktor
zugeführt
werden konnten. Die BET-Oberfläche
wurde zu 20,98 m2/g gemessen. Die spezifischen
Leistungsdaten für
dieses Beispiel sind weiter unten in Tabelle 6 aufgeführt.
-
Beispiel 16
-
Eine
Lösung
von LaCl3 und HoCl3 in
Wasser wurden durch Auflösen
eines Teils von kommerziell erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Spectrum Quality Products)
und einem Teil kommerziell erhältlichem
hydriertem Holmiumchlorid (Alfa Aesar) in 13,33 Teilen deionisiertem
Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe unter Rühren von 6 mol Ammoniumhydroxid
in Wasser (verdünntes
zertifiziertes ACS-Reagenz, erworben von Fisher Scientific) bewirkte
die Bildung eines Gels. Der endgültige
pH wurde zu 8,64 gemessen. Die Mischung wurde zentrifugiert, um
den Feststoff zu sammeln. Die Lösung
wurde von dem Gel dekantiert und verworfen. Das gesammelte Gel wurde
vor der Calcinierung an Luft 4 Stunden lang bei 550 °C bei 80 °C getrocknet.
Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt. Die gesiebten
Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel (Legierung 200)
gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen, Ethan, HCl,
Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung) dem Reaktor
zugeführt
werden konnten. Die BET-Oberfläche
wurde zu 19,68 m2/g gemessen. Die spezifischen
Leistungsdaten für
dieses Beispiel sind weiter unten in Tabelle 6 aufgeführt.
-
Beispiel 17
-
Eine
Lösung
von LaCl3 und YbCl3 in
Wasser wurden durch Auflösen
eines Teils von kommerziell erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Spectrum Quality Products)
und 0,75 Teilen kommerziell erhältlichem
hydriertem Ytterbiumchlorid (Alfa Aesar) in 13,33 Teilen deionisiertem
Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe unter Rühren von 6 mol Ammoniumhydroxid
in Wasser (verdünntes
zertifiziertes ACS-Reagenz, erworben von Fisher Scientific) bewirkte
die Bildung eines Gels. Der endgültige
pH wurde zu 9,10 gemessen. Die Mischung wurde zentrifugiert, um
den Feststoff zu sammeln. Die Lösung
wurde von dem Gel dekantiert und verworfen. Das gesammelte Gel wurde
vor der Calcinierung an Luft 4 Stunden lang bei 550 °C bei 80 °C getrocknet.
Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt. Die gesiebten
Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel (Legierung 200)
gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen, Ethan, HCl,
Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung) dem Reaktor
zugeführt
werden konnten. Die BET-Oberfläche
wurde zu 20,98 m2/g gemessen. Die spezifischen
Leistungsdaten für
dieses Beispiel sind weiter unten in Tabelle 6 aufgeführt.
-
Tabelle
6: Leistung der Zusammensetzungen, die zwei Seltenerdmaterialien
enthalten
-
Diese
Daten zeigen weiterhin die Eignung von seltenerdhaltigen Zusammensetzungen
in Substanz, die Mischungen von Seltenerdmaterialien enthalten für die Umsetzung
von ethylenhaltigen Strömen
zu Vinylchlorid.
-
Beispiel 18 bis Beispiel
25
-
Beispiel
18 bis Beispiel 25 sind Zusammensetzungen, die Seltenerdmaterialien
mit anderen vorhandenen Additiven enthalten.
-
Referenzbeispiel 18
-
Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde hergestellt durch
Auflösen
eines Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Aldrich Chemical Company)
in 6,67 Teilen deionisiertem Wasser. 0,48 Teile Ammoniumhydroxid
(Fisher Scientifics) wurden zu 0,35 Teilen von kommerziell hergestelltem CeO2-Pulver (Rhone-Poulenc) zugegeben. Die lanthan-
und cerhaltige Mischungen wurde unter Rühren zusammengegeben, um ein
Gel zu bilden. Die das resultierende Gel enthaltende Mischung wurde
filtriert und die gesammelten Feststoffe wurden 4 Stunden lang an
Luft bei 550 °C
calciniert. Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt.
Die gesiebten Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel
(Legierung 200) gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen,
Ethan, HCl, Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung)
dem Reaktor zugeführt
werden konnten. Die spezifischen Leistungsdaten für dieses
Beispiel sind weiter unten in Tabelle 7 aufgeführt.
-
Referenzbeispiel 19
-
Eine
lanthanhaltige Zusammensetzung, die unter Verwendung des Verfahrens
nach Beispiel 5 hergestellt wurde, wurde mit einem Mörser und
Pistill gemahlen, um ein feines Pulver zu bilden. Ein Teil dieses
gemahlenen Pulvers wurde mit 0,43 Teilen BaCl2-Pulver
kombiniert und weiter unter Verwendung eines Mörser und Pistills gemahlen,
um eine innige Mischung auszubilden. Die lanthan- und bariumhaltige
Mischung wurde gepresst, um Stücke
zu bilden. Die Stücke
wurden 4 Stunden lang bei 800 °C
calciniert. Das resultierende Material wurde in einen Reaktor aus
reinem Nickel (Legierung 200) gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass
Ethylen, Ethan, HCl, Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung)
dem Reaktor zugeführt
werden konnten. Die spezifischen Leistungsdaten für dieses
Beispiel sind in Tabelle 7 weiter unten aufgeführt.
-
Referenzbeispiel 20
-
Getrocknetes
Siliciumdioxid von Grace Davison Grade 57 wurde 2 Stunden lang bei
120 °C getrocknet.
Eine gesättigte
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde unter Verwendung
von im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid gebildet. Das getrocknete Siliciumdioxid
wurde bis zu dem Punkt anfänglicher
Feuchte mit der LaCl3-Lösung imprägniert. Das imprägnierte
Siliciumdioxid wurde 2 Tage bei Umgebungstemperatur trocknen gelassen.
Es wurde weiterhin 1 Stunde lang bei 120 °C getrocknet. Das resultierende
Material wurde in einen Reaktor aus reinem Nickel (Legierung 200)
gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen, Ethan, HCl,
Sauerstoff und Inertgas (Helium- und Argonmischung) dem Reaktor
zugeführt
werden konnten. Die spezifischen Leistungsdaten für dieses
Beispiel sind in Tabelle 7 weiter unten aufgeführt.
-
Beispiel 21
-
Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Spectrum Quality Products)
in 6,67 Teilen deionisiertem Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe
unter Rühren
von 6 mol Ammoniumhydroxid in Wasser (verdünntes zertifiziertes ACS-Reagenz,
erhalten von Fisher Scientific) bewirkte die Bildung eines Gels.
Die Mischung wurde zentrifugiert, um den Feststoff zu sammeln. Die
Lösung
wurde von dem Gel dekantiert und verworfen. Das Gel wurde in 12,5
Teilen Aceton (Fisher Scientific) resuspendiert, zentrifugiert und
die Flüssigkeit
wurde abdekantiert und verworfen. Der Acetonwaschschritt wurde vier
zusätzliche
Male unter Verwendung von 8,3 Teilen Aceton wiederholt. Das Gel
wurde in 12,5 Teilen Aceton resuspendiert und 1,15 Teile Hexamethyldisilazan
(erworben von Aldrich Chemical Company) wurden zugegeben und die
Lösung
wurde 1 Stunde lang gerührt.
Die Mischung wurde zentrifugiert, um das Gel zu sammeln. Das gesammelte
Gel wurde bei Umgebungstemperatur an Luft trocknen gelassen, vor
der Calcinierung an Luft 4 Stunden lang bei 550 °C. Der resultierende Feststoff
wurde gebrochen und gesiebt. Die gesiebten Teilchen wurden in einen
Reaktor aus reinem Nickel (Legierung 200) gegeben. Der Reaktor war
so konfiguriert, dass Ethylen, Ethan, HCl, Sauerstoff und Inertgas
(Helium- und Argonmischung) dem Reaktor zugeführt werden konnten. Die BET-Oberfläche wurde
zu 58,82 m2/g gemessen. Die spezifischen
Leistungsdaten für
dieses Beispiel sind in Tabelle 7 weiter unten aufgeführt.
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Referenzbeispiel 22
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Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (Alfa Aesar) und 0,043 Teilen von im Handel
erhältlichem
HfCl4 (erworben von Acros Organics) in 10
Teilen deionisiertem Wasser hergestellt. Schnelles Zugeben unter
Rühren
von 6 mol Ammoniumhydroxid in Wasser (verdünntes zertifiziertes ACS-Reagenz, erhalten
von Fisher Scientific) bewirkte die Bildung eines Gels. Die Mischung
wurde zentrifugiert, um den Feststoff zu sammeln. Die Lösung wurde
von dem Gel abdekantiert und verworfen. Das gesammelte Gel wurde
von der Calcinierung 4 Stunden lang bei 550 °C über Nacht bei 80 °C getrocknet.
Die spezifischen Leistungsdaten für dieses Beispiel sind weiter
unten in Tabelle 7 aufgeführt.
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Referenzbeispiel 23
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Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (Alfa Aesar) und 0,086 Teilen von im Handel
erhältlichem
HfCl4 (erworben von Acros Organics) in 10
Teilen deionisiertem Wasser hergestellt. Schnelles Zugeben unter
Rühren
von 6 mol Ammoniumhydroxid in Wasser (verdünntes zertifiziertes ACS-Reagenz, erhalten
von Fisher Scientific) bewirkte die Bildung eines Gels. Die Mischung
wurde zentrifugiert, um den Feststoff zu sammeln. Die Lösung wurde
von dem Gel abdekantiert und verworfen. Das gesammelte Gel wurde
von der Calcinierung 4 Stunden lang bei 550 °C über Nacht bei 80 °C getrocknet.
Die spezifischen Leistungsdaten für dieses Beispiel sind in Tabelle
7 weiter unten aufgeführt.
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Referenzbeispiel 24
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Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (Alfa Aesar) und 0,043 Teilen von im Handel
erhältlichem
ZrOCl4 (erworben von Acros Organics) in
10 Teilen deionisiertem Wasser hergestellt. Rasche Zugabe unter
Rühren
von 6 mol Ammoniumhydroxid in Wasser (verdünntes zertifiziertes ACS-Reagenz, erhalten
von Fisher Scientific) bewirkte die Bildung eines Gels. Die Mischung
wurde zentrifugiert, um den Feststoff zu sammeln. Die Lösung wurde
von dem Gel abdekantiert und verworfen. Das Gel wurde in 6,67 Teilen
deionisiertem Wasser resuspendiert und anschließend zentrifugiert. Die Lösung wurde
abdekantiert und verworfen. Das gesammelte Gel wurde 4 Stunden lang
bei 550 °C
calciniert. Die spezifischen Leistungsdaten für dieses Beispiel sind weiter
unten in Tabelle 7 aufgeführt.
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Referenzbeispiel 25
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Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen von
im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid in deionisiertem Wasser hergestellt, um
eine 2,16 M Lösung
zu ergeben. Kommerziell hergestelltes Zirkoniumoxid (erworben von
Engelhard) wurde über
Nacht bei 350 °C
getrocknet. Ein Teil des Zirkoniumoxids wurde mit 0,4 Teilen der
LaCl3-Lösung
imprägniert.
Die Probe wurde bei Raumtemperatur an Luft trocknen gelassen und
dann an Luft 4 Stunden lang bei 550 °C calciniert. Der resultierende
Feststoff wurde gebrochen und gesiebt. Die gesiebten Teilchen wurden
in einen Reaktor aus reinem Nickel (Legierung 200) gegeben. Der
Reaktor war so konfiguriert, dass Ethylen, Ethan, HCl, Sauerstoff
und Inertgas (Helium- und Argonmischung) dem Reaktor zugeführt werden
konnten. Die spezifischen Leistungsdaten für dieses Beispiel sind weiter
unten in Tabelle 7 aufgeführt.
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Tabelle
7: Seltenerdzusammensetzung mit zusätzlichen Komponenten
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Diese
Daten zeigen die Herstellung von Vinylchlorid aus ethylenhaltigen
Strömen
unter Verwendung von lanthanbasierten Katalysatoren, die andere
Elemente enthalten oder die geträgert
sind.
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Beispiel 26 bis Beispiel
31
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Die
Beispiele 26 bis Beispiele 31 zeigen einige der möglichen
Modifikationen, um die Herstellung von geeignet Seltenerdzusammensetzungen
zu ändern.
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Referenzbeispiel 26
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Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Spectrum Quality Products)
in 10 Teilen deionisiertem Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe unter
Rühren
von 6 mol Ammoniumhydroxid in Wasser (verdünntes zertifiziertes ACS-Reagenz,
erhalten von Fisher Scientific) bewirkte die Bildung eines Gels.
Die Mischung wurde zentrifugiert, um den Feststoff zu sammeln. Die
Lösung
wurde von dem Gel abdekantiert und verworfen. Eine gesättigte Lösung von
0,61 Teilen Benzyltriethylammoniumchlorid (erworben von Aldrich
Chemical Company) in deionisiertem Wasser wurde hergestellt. Die
Lösung
wurde zu dem Gel gegeben und gerührt.
Das gesammelte Gel wurde 4 Stunden lang bei 550 °C calciniert. Die spezifischen
Leistungsdaten für
dieses Beispiel sind weiter unten in Tabelle 8 aufgeführt. Dieses
Beispiel zeigt die Verwendung von zugegebenen Ammoniumsalzen, um die
Herstellung von Seltenerdzusammensetzungen zu verändern.
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Referenzbeispiel 27
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Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Spectrum Quality Products)
in 10 Teilen deionisiertem Wasser hergestellt. Schnelle Zugabe unter
Rühren
von 6 mol Ammoniumhydroxid in Wasser (verdünntes zertifiziertes ACS-Reagenz,
erhalten von Fisher Scientific) bewirkte die Bildung eines Gels.
Die Mischung wurde zentrifugiert, um den Feststoff zu sammeln. Ein
Teil Eisessig wurde dem Gel zugesetzt und das Gel wurde wieder aufgelöst. Die
Zugabe der Lösung
von 26 Teilen Aceton bewirkte die Bildung eins Niederschlags. Die
Lösung
wurde abdekantiert und der Feststoff wurde 4 Stunden lang bei 550 °C calciniert.
Die spezifischen Leistungsdaten für dieses Beispiel sind weiter
unten in Tabelle 8, aufgeführt.
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung von geeigneten Lanthanzusammensetzungen,
durch die Zersetzung von Carbonsäureaddukten
von chlorhaltigen Seltenerdzusammensetzungen.
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Beispiel 28
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Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Spectrum Quality Products)
in 10 Teilen deionisiertem Wasser hergestellt. Rasche Zugabe unter
Rühren
von 6 mol Ammoniumhydroxid in Wasser (verdünntes zertifiziertes ACS-Reagenz,
erhalten von Fisher Scientific) bewirkte die Bildung eines Gels.
Die Mischung wurde zentrifugiert, um den Feststoff zu sammeln. Das
gesammelte Gel wurde in 3,33 Teilen deionisiertem Wasser resuspendiert.
Nachfolgende Zugabe von 0,0311 Teilen von einem Phosphorsäureagenz
(erworben von Fisher Scientific) ergab keine sichtbare Änderung
des suspendierten Gels. Die Mischung wurde wieder zentrifugiert
und die Lösung
von dem phosphorhaltigen Gel abdekantiert. Das gesammelte Gel wurde
4 Stunden lang bei 550 °C
calciniert. Der calcinierte Feststoff hatte eine BET-Oberfläche von
33,05 m2/g. Die spezifischen Leistungsdaten
für dieses
Beispiel sind weiter unten in Tabelle 8 aufgeführt. Dieses Beispiel zeigt
die Herstellung einer Seltenerdzusammensetzung, die ebenfalls Phosphor
als Phosphat enthält.
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Beispiel 29
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Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Acros Organics) in 6,66
Teilen deionisiertem Wasser hergestellt. Eine Lösung wurde durch Mischen von
0,95 Teilen im Handel erhältlichem
DABCO oder 1,4-Diazabicyclo[2,2,2]octan
(erworben von ICN Pharmaceuticals) gelöst in 2,6 Teilen deionisiertem
Wasser ausgebildet. Rasches Mischen unter Rühren der beiden Lösungen bewirkte
die Bildung eines Gels. Die Mischung wurde zentrifugiert, um den
Feststoff zu sammeln. Das gesammelte Gel wurde in 6,6 Teilen deionisiertem
Wasser resuspendiert. Die Mischung wurde wieder zentrifugiert und
die Lösung
von dem Gel abdekantiert. Das gesammelte Gel wurde 4 Stunden lang
bei 550 °C
calciniert. Der calcinierte Feststoff hatte eine BET-Oberfläche von
38,77 m2/g. Die spezifischen Leistungsdaten
für dieses
Beispiel sind weiter unten in Tabelle 8 aufgeführt. Dieses Beispiel zeigt
die Eignung von Alkylaminen bei der Herstellung von geeigneten Seltenerdzusammensetzungen.
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Beispiel 30
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Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Acros Organics) in 10 Teilen
deionisiertem Wasser hergestellt. Zu dieser Lösung wurden 2,9 Teile im Handel
erhältliches
Tetramethylammoniumhydroxid (erworben von Aldrich Chemical Company)
rasch unter Rühren
zugeführt,
was die Bildung eines Gels bewirkte. Die Mischung wurde zentrifugiert
und die Lösung
abdekantiert. Das gesammelte Gel wurde in 6,6 Teilen deionisiertem
Wasser resuspendiert. Die Mischung wurde wieder zentrifugiert und
die Lösung
von dem Gel abdekantiert. Das gesammelte Gel wurde 4 Stunden lang
bei 550 °C
calciniert. Der calcinierte Feststoff hatte eine BET-Oberfläche von 80,35
m2/g. Die spezifischen Leistungsdaten für dieses
Beispiel sind weiter unten in Tabelle 8 aufgeführt. Dieses Beispiel zeigt
die Eignung eines Alkylammoniumhydroxid für die Bildung einer geeigneten
Seltenerdzusammensetzung.
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Beispiel 31
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Eine
Lösung
von LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von im Handel erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Avocado Research Chemicals
Ltd.) in 6,67 Teilen deionisiertem Wasser hergestellt. Zu dieser
Lösung
wurden 1,63 Teile von im Handel erhältlicher 5 N NaOH-Lösung (Fisher Scientific) rasch
und unter Rühren
zugegeben, was die Bildung eines Gels bewirkte. Die Mischung wurde
zentrifugiert und die Lösung
abdekantiert. Das gesammelte Gel wurde 4 Stunden lang bei 550 °C calciniert.
Der calcinierte Feststoff hatte eine BET-Oberfläche von 16,23 m2/g.
Die spezifischen Leistungsdaten für dieses Beispiel sind weiter
unten in Tabelle 8 aufgeführt.
Dieses Beispiel zeigt die Eignung eines nicht stickstoffhaltigen Basen
für die
Bildung katalytisch interessanter Materialien. Obwohl potentiell
funktionell, scheinen die getesteten Materialien im Vergleich zu
denen, die unter Verwendung von stickstoffhaltigen Basen produziert
worden sind, schlechter zu sein.
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Tabelle
8: Zusätzliche
Herstellungsmethoden für
lanthanhaltige Zusammensetzung
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Referenzbeispiel 32
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Um
weiterhin die Eignung der Zusammensetzung zu demonstrieren wurde
1,2-Dichlorethan
dehydrochloriert und unter Verwendung der Zusammensetzung als Katalysator
dehydrochloriert, um Vinylchlorid zu ergeben. Eine Lösung von
LaCl3 in Wasser wurde durch Auflösen eines
Teils von kommerziell erhältlichem
hydriertem Lanthanchlorid (erworben von Avocado Research Chemical
Ltd.) in 6,67 Teilen deionisiertem Wasser hergestellt. Rasche Zugabe
unter Rühren
von 6 mol Ammoniumhydroxid in Wasser (verdünntes zertifiziertes ACS-Reagenz,
erhalten von Fisher Scientific) bewirkte die Bildung eines Gels.
Die Mischung wurde filtriert, um den Feststoff zu sammeln. Das gesammelte
Gel wurde vor Calcinierung an Luft für 4 Stunden bei 550 °C bei 120 °C getrocknet.
Der resultierende Feststoff wurde gebrochen und gesiebt. Die gesiebten
Teilchen wurden in einen Reaktor aus reinem Nickel (Legierung 200)
gegeben. Der Reaktor war so konfiguriert, dass 1,2-Dichlorethan
und Helium dem Reaktor zugeführt
werden konnten. Die Raumzeit wird als Volumen des Katalysators dividiert
durch die Flussgeschwindigkeit berechnet. Zufuhrgeschwindigkeiten
sind Molverhältnisse.
Die Zusammensetzung wurde auf 400 °C erwärmt und mit 1:1:3 HCl:O2:He-Mischung 2 Stunden lang vor dem Start des
Betriebs behandelt. Das Reaktorsystem wurde mit ethan- und ethylenhaltigem
Zufuhrstrom 134 Stunden lang bei einer Temperatur von 400 °C betrieben,
um Vinylchlorid herzustellen. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Zufuhrzusammensetzung
geändert,
so dass sie nur Helium und 1,2-Dichlorethan in einem 5:1-Verhältnis enthält, wobei
die Temperatur 400 °C
betrug. Der Fluss wurde eingestellt, um eine Raumzeit von 16,0 Sekunde zu
ergeben. Produktanalyse zeigte eine mehr als 99,98%ige Umwandlung
von 1,2-Dichlorethan bei einer molaren Vinylchlorid-Selektivität von mehr
als 99,11 %. Nach 4,6 Stunden Laufzeit wurde das Experiment beendet.
Analyse des Produktstroms zu diesem Zeitpunkt zeigte einen Umsatz
von 1,2-Dichlorethan von 99,29 und einer molaren Selektivität zu Vinylchlorid
von mehr als 99,45 %.