DE69010321T2 - Process for the preparation of dispersed cobalt-containing surface-impregnated catalysts and hydrocarbon synthesis using these catalysts. - Google Patents

Process for the preparation of dispersed cobalt-containing surface-impregnated catalysts and hydrocarbon synthesis using these catalysts.

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DE69010321T2 DE1990610321 DE69010321T DE69010321T2 DE 69010321 T2 DE69010321 T2 DE 69010321T2 DE 1990610321 DE1990610321 DE 1990610321 DE 69010321 T DE69010321 T DE 69010321T DE 69010321 T2 DE69010321 T2 DE 69010321T2
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Gebiet der ErfindungField of the invention

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kobaltkatalysatoren, bei denen das Metall als dünne Schicht (Film) oder Beschichtung auf der peripheren oder äußeren Oberfläche eines teilchenförmigen Trägers oder einer teilchenförmigen Unterstützung, insbesondere eines Titandioxidträgers oder einer Titandioxidunterstützung imprägniert und verteilt ist.This invention relates to a process for the preparation of cobalt catalysts in which the metal is impregnated and distributed as a thin layer (film) or coating on the peripheral or outer surface of a particulate carrier or support, in particular a titania carrier or support.

2. Hintergrund der Erfindung2. Background of the invention

Teilchenförmige Katalysatoren werden üblicherweise bei chemischen, erdöl- und petrochemischen Weiterverarbeitungen verwendet, um verschiedene gasförmige und flüssige Einsatzmaterialien chemisch zu verändern oder verschiedene gasförmige und flüssige Einsatzmaterialien in wünschenswerteren Produkten umzuwandeln. Solche Katalysatoren werden durch Dispergierung (Verteilung) von katalytisch aktivem Metall oder katalytisch aktiven Metallen oder von Verbindungen derselben auf teilchenförmigen Trägern oder Unterstützungen gebildet. Gemäß dem herkömmlichen Kenntnisstand wird das katalytisch aktive Metall bzw. werden die katalytisch aktiven Metalle im allgemeinen so gleichmäßig wie möglich über das ganze Teilchen verteilt, wodurch eine Gleichmäßigkeit der katalytisch aktiven Stellen von der Mitte eines Teilchens nach auswärts geliefert wird.Particulate catalysts are commonly used in chemical, petroleum and petrochemical processing to chemically alter various gaseous and liquid feedstocks or to convert various gaseous and liquid feedstocks into more desirable products. Such catalysts are formed by dispersing (distributing) catalytically active metal or metals or compounds thereof on particulate carriers or supports. According to conventional wisdom, the catalytically active metal or metals are generally distributed as evenly as possible throughout the particle, thereby providing uniformity of catalytically active sites from the center of a particle outward.

Die Fischer-Tropsch-Synthese, ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenwasserstoffen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff (Synthesegas), ist in manchen Teilen der Welt kommerziell angewendet worden. Dieses Verfahren kann größere Akzeptanz gewinnen, möglicherweise in diesem Land, wenn adäquate Verbesserungen in der bestehenden Technologie gemacht werden können. Die früheren Fischer-Tropsch-Katalysatoren bestanden zum größten Teil aus unedlen Metallen, die über einen porösen anorganischen Oxidträger überall verteilt waren. In Fischer-Tropsch-Reaktionen wurden weit verbreitet die unedlen Metalle der Gruppe VIII Eisen, Kobalt und Nickel verwendet und diese Metalle sind mit verschiedenen anderen Metallen aktiviert worden und auf verschiedene Weisen auf verschiedene Substraten, in erster Linie Aluminiumoxid aufgetragen worden. Die meiste kommerzielle Erfahrung ist jedoch mit Kobalt- und Eisenkatalysatoren gemacht worden. Bei dem ersten kommerziellen Fischer-Tropsch-Betrieb wurde ein Kobaltkatalysator verwendet, obwohl später aktivere Eisenkatalysatoren ebenfalls kommerzialisiert wurden. Die Kobalt- und Eisenkatalysatoren wurden gebildet, indem das Metall und ein anorganischer Oxidträger durch und durch miteinander vermischt wurden. Die frühen Kobaltkatalysatoren besaßen jedoch im allgemeinen geringe Aktivität, was die Verwendung eines Mehrstufenverfahrens sowie einen niedrigen Synthesegasdurchsatz erforderte. Die Eisenkatalysatoren erzeugen andererseits aus dem Synthesegas zu viel Kohlendioxid, wobei zu wenig von dem Kohlenmonoxid zu Kohlenwasserstoffen umgewandelt wurde.The Fischer-Tropsch synthesis, a process for producing hydrocarbons from carbon monoxide and hydrogen (synthesis gas), has been used commercially in some parts of the world. This process may gain wider acceptance, possibly in this country, if adequate improvements can be made in the existing technology. The earlier Fischer-Tropsch catalysts consisted largely of base metals dispersed throughout a porous inorganic oxide support. In Fischer-Tropsch reactions, The Group VIII base metals iron, cobalt and nickel have been widely used and these metals have been activated with various other metals and supported in various ways on various substrates, primarily alumina. However, most commercial experience has been with cobalt and iron catalysts. The first commercial Fischer-Tropsch operation used a cobalt catalyst, although later more active iron catalysts were also commercialized. The cobalt and iron catalysts were formed by thoroughly mixing the metal and an inorganic oxide support. However, the early cobalt catalysts generally had low activity, requiring the use of a multi-stage process and low syngas throughput. The iron catalysts, on the other hand, produce too much carbon dioxide from the syngas, with too little of the carbon monoxide being converted to hydrocarbons.

In der US-A-4 794 099 ist ein Kohlenwasserstoffsynthesekatalysator beschrieben und beansprucht, der Kobalt in einer katalytisch aktiven Menge verbunden mit einem anorganischen feuerfesten Träger umfaßt, der aus einem größeren Anteil Titandioxid besteht, dem ein kleinerer Anteil von bis zu etwa 15 Gew.-% Siliciumdioxid in Form von Siliciumdioxid oder einem Siliciumdioxidvorläufer zugesetzt worden ist.US-A-4,794,099 describes and claims a hydrocarbon synthesis catalyst comprising cobalt in a catalytically active amount associated with an inorganic refractory support consisting of a major proportion of titania to which a minor proportion of up to about 15% by weight of silica in the form of silica or a silica precursor has been added.

In der EP-A-068 192 (und ihrem kanadischen Gegenstück CA-A- 1 182 439) ist ein Verfahren zur Herstellung von abriebbeständigen Schalenkatalysatoren aus einem oberflächlich rauhen, inerten Träger mit einer Teilchengröße von 0,5 bis 6 mm und einer Schale aus aktivem Katalysatormaterial beschrieben und beansprucht, wobei die Schale den Träger umgibt und darin verankert ist, indem eine Charge des Trägers bewegt wird und darauf eine Suspension des Ausgangsmateriais für die Schale gesprüht wird, wobei Dispergierungsmittel teilweise durch einen Gasstrom bei 20 bis 250ºC entzogen wird, eine im wesentlichen konstante Restfeuchtigkeit der Schale aufrechterhalten wird, getrocknet und getempert wird, die Trägercharge durch mechanische Einwirkung in eine Mischbewegung versetzt wird und gleichzeitig von unten gelöst wird, indem ein aufwirbelnder Gasstrom eingedrückt wird, der den Mischvorgang verstärkt, wobei die Suspension eines Vorläuf ers des katalytisch aktiven Materials dem Pulver in einer Gegenstromrichtung zu dem Gasstrom in Mengen zugeführt wird, die mit ansteigender Dicke der Schale steigen, und die Suspension ein Bindemittel enthält, die Mengen an entferntem Bindemittel und aufgesprühtem Bindemittel in einem im wesentlichen konstanten Verhältnis gehalten wird, das durch die in jedem Fall verwendete Kombination von Träger und Vorläufer bestimmt ist, die thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Trägers und des getrockneten, gepulverten Vorläufers so eingestellt sind, daß sie voneinander maximal 15 % abweichen, und die Schale bei Vervollständigung des Sprühvorgangs durch Fortsetzung der verstärkten Mischbewegung verfestigt wird, woraufhin die mechanische Mischbewegung gestoppt wird, das Material in dem Gas getrocknet wird, das weiterhin strömt, und schließlich getempert wird.EP-A-068 192 (and its Canadian counterpart CA-A-1 182 439) describes and claims a process for the preparation of abrasion-resistant coated catalysts from a surface-roughened, inert support with a particle size of 0.5 to 6 mm and a shell of active catalyst material, the shell surrounding and being anchored in the support, by agitating a charge of the support and spraying onto it a suspension of the starting material for the shell, whereby dispersant is partially removed by a gas stream at 20 to 250°C, a substantially constant residual moisture the shell is maintained, dried and tempered, the carrier charge is set in a mixing movement by mechanical action and at the same time is loosened from below by forcing in a swirling gas stream which intensifies the mixing process, the suspension of a precursor of the catalytically active material being fed to the powder in a countercurrent direction to the gas stream in amounts which increase with increasing thickness of the shell, and the suspension contains a binder, the amounts of binder removed and binder sprayed on are kept in a substantially constant ratio which is determined by the combination of carrier and precursor used in each case, the thermal expansion coefficients of the carrier and the dried, powdered precursor are adjusted so that they differ from each other by a maximum of 15%, and the shell is solidified on completion of the spraying process by continuing the intensified mixing movement, whereupon the mechanical mixing movement is stopped, the material is dried in the gas which continues to flow and finally tempered.

3. Aufgaben3. Tasks

Es ist daher die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung weitere Verbesserungen bei der Bildung dieser jhochproduktiven Fischer- Tropsch-Kobaltkatalysatoren zu liefern, bei dem ein Verfahren zur Imprägnierung durch Sprühung einer katalytisch wirksamen Menge an Kobalt oder an Kobalt und einem zusätzlichen Metall oder zusätzlichen Metallen auf die periphere oder Außenoberf läche eines teilchenförmigen anorganischen Oxidträgers, insbesondere eines teilchenförmigen Titandioxid- oder titanhaltigen Trägers verwendet wird.It is therefore the primary object of the present invention to provide further improvements in the formation of these highly productive Fischer-Tropsch cobalt catalysts using a method of impregnation by spraying a catalytically effective amount of cobalt or of cobalt and an additional metal or metals onto the peripheral or outer surface of a particulate inorganic oxide support, particularly a particulate titania or titanium-containing support.

Eine weitere Aufgabe ist es, ein Sprühbeschichtungsverfahren gemäß der oben angegebenen Hauptaufgabe zu liefern, bei dem das Kobalt oder das Kobalt und ein zusätzliches Metall oder zusätzliche Metalle auf die Oberfläche der teilchenförmigen Trägerteilchen gesprüht, imprägniert und verteilt wird, während die letzteren in erhitztem und auf gewirbeltem Zustand gehalten werden.A further object is to provide a spray coating process according to the main object stated above, in which the cobalt or the cobalt and an additional metal or additional metals are applied to the surface of the particulate carrier particles sprayed, impregnated and distributed, while the latter are kept in a heated and swirled state.

Eine besondere Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Kobaltkatalysatoren und aktivierten Kobaltkatalysatoren zu liefern, die bei der Fischer-Tropsch-Synthese brauchbar sind, bei dem ein Verfahren zur Imprägnierung durch Sprühbeschichtung einer Verbindung verwendet wird, die Kobalt umfaßt oder von Verbindungen, die Kobalt und ein Aktivatormetall oder Aktivatormetalle umfassen, auf die periphere oder Außenoberf läche eines teilchenförmigen anorganischen Oxidträgers, insbesondere eines teilchenförmigen Titandioxid- oder titanhaltigen Trägers, während letzterer in erhitztem und aufgewirbeltem Zustand gehalten wird.A particular object of this invention is to provide a process for the preparation of cobalt catalysts and activated cobalt catalysts useful in Fischer-Tropsch synthesis, which employs a process for impregnating by spray coating a compound comprising cobalt or compounds comprising cobalt and an activator metal or metals onto the peripheral or external surface of a particulate inorganic oxide support, particularly a particulate titania or titanium-containing support, while maintaining the latter in a heated and fluidized condition.

Eine weitere, speziellere Aufgabe besteht darin, ein neues Verfahren zur Sprühbeschichtung und Imprägnierung von Kobalt oder Kobalt und einem zusätzlichen Kobalt modifizierenden oder aktivierenden Metall oder Kobalt modifizierenden und aktivierenden Metallen auf einen erhitzten, fluidisierten, teilchenförmigen Titandioxid- oder titandioxidhaltigen Träger zu liefern, insbesondere einem, bei den das Titandioxid oder die titandioxidhaltige Träger, und speziell einer, bei dem das Titandioxid oder die Titandioxidkomponente ein hohes Rutil:Anatas-Verhältnis aufweist.Another, more specific object is to provide a new process for spray coating and impregnating cobalt or cobalt and an additional cobalt modifying or activating metal or cobalt modifying and activating metals onto a heated, fluidized, particulate titania or titania-containing support, particularly one in which the titania or titania-containing support, and especially one in which the titania or titania component has a high rutile:anatase ratio .

4. Beschreibung der Erfindung4. Description of the invention

Diese und andere Aufgaben werden durch diese Erfinfdung gelöst, die ein Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren umf aßt, bei dem eine katalytisch wirksame Menge Kobalt als Schicht auf der peripheren Außenoberfläche eines teilchenförmigen, porösen, anorganischen Oxidträgers verteilt wird, um einen Katalysator zu bilden, der für die Umwandlung von Synthesegas zu Kohlenwasserstoffen brauchbar ist, und die Trägerteilchen mit einem Spray in Kontakt gebracht werden, das eine zersetzbare Verbindung aus dem Metall oder Metallen enthält, wobei das VerfahrenThese and other objects are achieved by this invention which comprises a process for the preparation of catalysts comprising dispersing a catalytically effective amount of cobalt as a layer on the peripheral outer surface of a particulate, porous, inorganic oxide support to form a catalyst useful for the conversion of synthesis gas to hydrocarbons, and spraying the support particles into containing a decomposable compound of the metal or metals, the process

- die Aufrechterhaltung eines Bettes der Trägerteilchen in aufgewirbeltem Zustand bei einer Temperatur im Bereich von etwa 50ºC bis etwa 100ºC (z.B. im Bereich von etwa 70 bis etwa 90ºC) durch Kontakt mit einem Gas bei einer Temperatur im Bereich von etwa 50ºC bis etwa 100ºC,- maintaining a bed of the carrier particles in a fluidized state at a temperature in the range of about 50ºC to about 100ºC (e.g. in the range of about 70 to about 90ºC) by contact with a gas at a temperature in the range of about 50ºC to about 100ºC,

- die Besprühung des Bettes aus den erhitzten Trägerteilchen mit einer Flüssigkeit umfaßt, in der eine Verbindung oder Verbindungen von Kobalt dispergiert ist/sind, mit einer Fließrate, die zur Lieferung eines Verhältnisses der Fließrate der Flüssigkeit:Fließrate des aufwirbelnden Gases unter etwa 0,6 g Flüssigkeit/Fuß³ (0,6 g/28,32 1) aufwirbelnden Gases ausreicht, um auf den Teilchen eine Oberflächenschicht aus dem Metall mit einer durchschnittlichen Dicke im Bereich von etwa 20 Mikron (20 µm) bis etwa 250 Mikron (250 µm) zu bilden, wobei die als metallisches Metall pro gepacktes Schüttvolumen des Katalysators berechnete Beladung aus dem Metall im Bereich von etwa 0,01 g/cm³ bis etwa 0,15 g/cm³ liegt.- spraying the bed of heated support particles with a liquid having dispersed therein a compound or compounds of cobalt at a flow rate sufficient to provide a ratio of liquid flow rate:fluid gas flow rate of less than about 0.6 g liquid/foot³ (0.6 g/28.32 L) of fluidizing gas to form a surface layer of the metal on the particles having an average thickness in the range of about 20 microns (20 µm) to about 250 microns (250 µm), the loading of the metal calculated as metallic metal per packed bulk volume of the catalyst being in the range of about 0.01 g/cm³ to about 0.15 g/cm³.

Bevorzugte anorganische Oxidträger sind Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Siliciumdioxid/Aluminiumoxid und Titandioxid und von diesen ist ein Titandioxid- oder titandioxidhaltiger Träger am meisten bevorzugt, insbesondere ein Rutil-Titandioxidträger oder ein Träger, bei dem das Titandioxid oder die Titandioxidkomponente ein Gewichtsverhältnis von Rutil:Anatas von mindestens etwa 3 : 2 aufweist. Die katalytisch aktive Oberflächenschicht oder der katalytisch aktive Oberflächenfilm weist eine durchschnittliche Dicke im Bereich von etwa 20 Mikron (20 µm) bis etwa 250 Mikron (250 µm), vorzugsweise etwa 40 Mikron (40 µm) bis etwa 150 Mikron (150 µm) auf, wobei die Kobaltbeladung ausgedrückt als das Gewicht an metallischem Kobalt pro gepacktes Schüttvolumen des Katalysators im Bereich von etwa 0,01 g/cm³ bis etwa 0,15 g/cm³, vorzugsweise etwa 0,03 g/cm³ bis etwa 0,09 g/cm³ liegt.Preferred inorganic oxide supports are alumina, silica, silica/alumina and titania, and of these, a titania or titania-containing support is most preferred, particularly a rutile-titania support or a support in which the titania or titania component has a rutile:anatase weight ratio of at least about 3:2. The catalytically active surface layer or film has an average thickness in the range of about 20 microns (20 µm) to about 250 microns (250 µm), preferably about 40 microns (40 µm) to about 150 microns (150 µm), with the cobalt loading expressed as the weight of metallic cobalt per packed Bulk volume of the catalyst is in the range of about 0.01 g/cm³ to about 0.15 g/cm³, preferably about 0.03 g/cm³ to about 0.09 g/cm³.

Metalle wie Rhenium, Zirkonium, Hafnium, Cer, Thorium und Uran oder Verbindungen derselben können dem Kobalt zugesetzt werden, um die Aktivität und Regenerierbarkeit des Katalysators zu vergrößern. Daher können die dünnen, katalytisch aktiven Schichten oder Filme, die auf der Oberfläche der Trägerteilchen, insbesondere der Titandioxid- oder titandioxidhaltigen Trägerteilchen gebildet sind, zusätzlich zu einer katalytisch aktiven Menge an Kobalt eines oder mehrere von Rhenium, Zirkonium, Hafnium, Cer, Thorium und Uran oder Gemische dieser mit jedem anderen oder mit anderen Metallen oder Verbindungen derselben enthalten. Bevorzugt dünne, katalytisch aktive Schichten oder Filme, die auf einem Träger, insbesondere einem Titandioxid- oder einem titandioxidhaltigen Träger aufgezogen sind, enthalten daher Kobalt- Rhenium, Kobalt-Zirkonium, Kobalt-Hafnium, Kobalt-Cer, Kobalt- Thorium und Kobalt-Uran, mit oder ohne zusätzlicher Anwesenheit anderer Metalle oder Verbindungen derselben.Metals such as rhenium, zirconium, hafnium, cerium, thorium and uranium or compounds thereof may be added to the cobalt to increase the activity and regenerability of the catalyst. Therefore, the thin, catalytically active layers or films formed on the surface of the support particles, particularly the titanium dioxide or titanium dioxide-containing support particles, may contain, in addition to a catalytically active amount of cobalt, one or more of rhenium, zirconium, hafnium, cerium, thorium and uranium or mixtures of these with each other or with other metals or compounds thereof. Preferably thin, catalytically active layers or films which are applied to a carrier, in particular a titanium dioxide or a titanium dioxide-containing carrier, therefore contain cobalt-rhenium, cobalt-zirconium, cobalt-hafnium, cobalt-cerium, cobalt-thorium and cobalt-uranium, with or without the additional presence of other metals or compounds thereof.

Die Trägerteilchen werden in einem Bett aufgewirbelt und mit einer Suspension oder einer Lösung besprüht, die eine Kobaltverbindung oder eine Verbindung oder Verbindungen von Kobalt und einem zusätzlichen Metall oder zusätzlichen Metallen enthält, die in einer Fischer-Tropsch-Synthesereaktion katalytisch aktiv sind. Die Temperatur des Bettes während des Sprühens sollte im Bereich von etwa 50ºC bis etwa 100ºC und bevorzugter im Bereich von etwa 70ºC bis etwa 90ºC liegen. Geeigneterweise werden die Trägerteilchen einem Gas, vorzugsweise Luft aufgewirbelt und das aufgewirbelte Bett aus Trägerteilchen wird mit der Suspension oder der Lösung über eine oder eine Vielzahl von Düsen besprüht. Ein neues und Schlüsselmerkmal des Verfahrens besteht darin, daß eine sehr hohe Teilchentrocknungskapazität während des Besprühens erzeugt wird, indem in einem spezifizierten Bereich von Bedingungen der Temperatur und der Fließrate der Luft, der Lösungskonzentration des Metalls oder der Metalle, Verbindung oder Verbindungen und der Fließrate der Suspension oder der Lösung aus der Düse oder den Düsen in das Bett gearbeitet wird. Bei der Bildung eines Films oder einer Beschichtung aus Metall oder Metallen der geforderten gleichmäßigen Dicke auf den teilchenförmigen Trägerteilchenn, z.B. wie bei einer Beschichtung eines Kobaltmetallfilms auf einen teilchenförmigen Titandioxidträger, muß die Temperatur des Bettes während des Sprühens oder die Sprühtemperatur im Bereich von etwa 50ºC bis etwa 10000 und bevorzugter etwa 7000 bis etwa 9000 gehalten werden und das Verhältnis der Lösungsmittelzufuhrrate zu der Rate des aufwirbelnden Gases oder der Luftrate muß unterhalb von etwa 0,6 g Lösung/Fuß³ (0,6 g/28,32 l) Luft, vorzugsweise etwa 0,1 g/Fuß³ (28,32 l) bis etwa 0,6 g/Fuß³ (28,32 l) und bevorzugter etwa 0,3 g/Fuß³ (28,32 l) bis etwa 0,5 g/Fuß³ (28,32 l) gehalten werden. Diese Parameter liefern zusammengenommen eine hohe Metallrückgewinnung, Kontrolle der Trocknungskapazität, und erzeugen Katalysatoren mit einem gleichförmigen Film oder einer gleichförmigen Beschichtung aus Metall oder Metallen mit einer durchschnittlichen Dicke von etwa 20 Mikron (20 µm) bis etwa 250 Mikron (250 µm), vorzugsweise etwa 40 Mikron (µm) bis etwa 150 Mikron (150 µm), wobei die als Gewicht an metallischem Metall pro gepacktes Schüttvolumen des Katalysators ausgedrückte Beladung an Metall oder Metallen im Bereich von etwa 0,01 g/cm³ bis etwa 0,15 g/cm³, vorzugsweise etwa 0,03 g/cm³ bis etwa 0,09 g/cm³ Katalysator liegt. Wenn die Temperatur des aufwirbelnden Gases auf der höheren Seite liegt, sind Lösung: Gas-Verhältnisse auf der höheren Seite des angegebenen Bereiches bevorzugt, und umgekehrt sind, wenn die Temperatur des aufwirbelnden Gases auf der niedrigeren Seite liegt, die Lösung: Gas-Verhältnisse auf der niedrigeren Seite des angegebenen Bereiches bevorzugt. Das Ausmaß einer Beladung aus einem Metall oder Metallen in der Lösung und die Porosität des Trägers beeinflussen in gewissem Ausmaß ebenfalls die Dicke des Films oder der Beschich tung aus dem Metall oder den Metallen bei einem vorgegebenen Satz von Sprühbedingungen. Bei Kobalt, z.B. wenn in dem angegebenen bevorzugten Bereich von Bedingungen gearbeitet wird, liegt die Dicke des Kobaltfilms im Bereich von etwa 100 Mikron (100 µm) bis etwa 250 Mikron (250 µm) bei einer volumetrischen Kobaltbeladung von etwa 6 g/100 cm³.The carrier particles are fluidized in a bed and sprayed with a suspension or solution containing a cobalt compound or a compound or compounds of cobalt and an additional metal or metals which are catalytically active in a Fischer-Tropsch synthesis reaction. The temperature of the bed during spraying should be in the range of about 50°C to about 100°C and more preferably in the range of about 70°C to about 90°C. Suitably the carrier particles are fluidized in a gas, preferably air, and the fluidized bed of carrier particles is sprayed with the suspension or solution via one or a plurality of nozzles. A novel and key feature of the process is that a very high particle drying capacity is created during spraying by maintaining a temperature within a specified range of Conditions of temperature and flow rate of air, solution concentration of the metal or metals, compound or compounds and flow rate of suspension or solution from the nozzle or nozzles into the bed. In forming a film or coating of metal or metals of the required uniform thickness on the particulate support particles, e.g., as in coating a cobalt metal film on a particulate titanium dioxide support, the temperature of the bed during spraying or the spray temperature must be maintained in the range of about 50°C to about 10,000°C, and more preferably about 7,000°C to about 9,000°C, and the ratio of the solvent feed rate to the fluidizing gas rate or air rate must be maintained below about 0.6 g solution/ft³ (0.6 g/28.32 L) of air, preferably about 0.1 g/ft³ (28.32 L) to about 0.6 g/ft³ (28.32 L), and more preferably about 0.3 g/ft³ (28.32 L) to about 0.5 g/ft³ (28.32 L). These parameters combined provide high metal recovery, control of drying capacity, and produce catalysts having a uniform film or coating of metal or metals having an average thickness of about 20 microns (20 µm) to about 250 microns (250 µm), preferably about 40 microns (µm) to about 150 microns (150 µm), with the loading of metal or metals expressed as weight of metallic metal per packed bulk volume of catalyst ranging from about 0.01 g/cc to about 0.15 g/cc, preferably about 0.03 g/cc to about 0.09 g/cc of catalyst. When the temperature of the fluidizing gas is on the higher side, solution:gas ratios on the higher side of the specified range are preferred, and conversely, when the temperature of the fluidizing gas is on the lower side, solution:gas ratios on the lower side of the specified range are preferred. The extent of loading of a metal or metals in the solution and the porosity of the support also affect to some extent the thickness of the film or coating of the metal or metals at a given Set of spray conditions. For cobalt, eg when operating in the preferred range of conditions indicated, the thickness of the cobalt film will be in the range of about 100 microns (100 µm) to about 250 microns (250 µm) at a volumetric cobalt loading of about 6 g/100 cm3.

Im allgemeinen sollte die Konzentration der Metallverbindung oder der Metallverbindungen in der Suspension oder der Lösung größer als etwa 5 Gew.-%, vorzugsweise 10 Gew.-% sein. Vorzugsweise wird eine Lösung verwendet und die Lösung kann an der Metallverbindung oder den Metallverbindungen gesättigt oder ungesättigt sein. Die optimale Konzentration wird möglicherweise am besten in Abhängigkeit von der der verwendeten spezifischen Verbindung oder den verwendeten spezifischen Verbindungen bestimmt.Generally, the concentration of the metal compound or compounds in the suspension or solution should be greater than about 5% by weight, preferably 10% by weight. Preferably, a solution is used and the solution may be saturated or unsaturated with the metal compound or compounds. The optimum concentration may be best determined depending on the specific compound or compounds used.

Geringe Konzentrationen erfordern längere Sprühzeiten und umgekehrt verkürzen hohe Konzentrationen die Sprühzeit. Es ist ein Ausgleich zwischen der spezifischen Lösungskonzentration und der zum Sprühen erforderlichen Zeitdauer notwendig, um die benötigte Beladung aus Metall oder Metallen auf Filmdicke zu erhalten.Low concentrations require longer spray times and, conversely, high concentrations shorten the spray time. A balance is necessary between the specific solution concentration and the time required for spraying in order to obtain the required loading of metal or metals to film thickness.

Verschiedene Arten von Wirbelbettvorrichtungen sind in der Literatur beschrieben, aber der spezielle Typ und die spezielle Größe einer Fließbettvorrichtung der se scheint keinen Effekt auf die Tiefe der Imprägnierung des Metalls oder der Metalle unter die periphere Oberfläche des teilchenförmigen Trägers zu haben. Bekannte Vorrichtungen schließen beispielsweise Fließbettgranulatoren/-trockner ein, die mit Düsen ausgestattet sind, die entweder von oberhalb oder von unterhalb des Bettes eintreten, Drehgranulatoren und Wurster-Säulen ein. Solche Vorrichtungen sind von Glatt Air Technigues, Inc., Ramsey, New Jersey, erhältlich, nämlich ein Ein-Liter-Kopfsprüher (Versa-Glatt-Modell) und ein 20 l Kopfsprüher, Modell GPCG-5, sowie von der Coating Place, Inc., Verona, Wisconsin, nämlich ein 20 Liter Bodensprüher. Ein geringeres Ausmaß an Brechung der Teilchen scheint bei am Kopf eintretenden Düsen aufzutreten. Typischer weise wird die Fließrate der Luft beim Betrieb dieser Einheiten auf diejenige eingestellt, die erforderlich ist, um die Trägerteilchen geeignet auf zuwirbeln, und die Rate der Zugabe der Metallösung wird dann in Relation zu der Fließrate der Luft eingestellt.Various types of fluidized bed devices are described in the literature, but the specific type and size of a fluidized bed device does not appear to have any effect on the depth of impregnation of the metal or metals below the peripheral surface of the particulate support. Known devices include, for example, fluidized bed granulators/dryers equipped with nozzles entering from either above or below the bed, rotary granulators, and Wurster columns. Such devices are available from Glatt Air Technigues, Inc., Ramsey, New Jersey, namely a one liter head sprayer (Versa-Glatt model) and a 20 liter head sprayer, model GPCG-5, and from Coating Place, Inc., Verona, Wisconsin, namely a 20 liter bottom sprayer. A lesser degree of particle breakage appears to occur with head-entering nozzles. Typically, the air flow rate in operating these units is adjusted to that required to properly fluidize the carrier particles, and the rate of metal solution addition is then adjusted in relation to the air flow rate.

Ein Kobalt-Titandioxid-Katalysator ist besonders bevorzugt. Der Kobalt-Titandioxid-Katalysator ist ein solcher, bei dem das Kobalt oder das Kobalt und eine Aktivator als dünner, katalytisch aktiver Film auf Titandioxid oder einem Titandioxid enthaltenen Träger oder einer Titandioxid enthaltenen Unterstützung verteilt ist/sind, wobei das Titandioxid ein Rutil: Anatas-Gewichtsverhältnis von mindestens etwa 3 2 aufweist, wie bestimmt gemäß ASTM D3720-78: Standardtestverfahren für das Verhältnis von Anatas:Rutil in Titandioxidpigmenten durch Verwendung von Röntgenbeugung. Im allgemeinen ist der Katalysator ein solcher, bei dem das Titandioxid ein Rutil:Ahatas-Verhältnis im Bereich von mindestens etwa 3 : 2 bis etwa 100 : 1 oder größer bevorzugter von etwa 4 : 1 bis 100 : 1 oder größer ist. Wenn eines oder mehrere der Metalle Rhenium, Zirkonium, Hafnium, Cer, Thorium oder Uran dem Kobalt als Aktivator zugesetzt ist, um den dünnen, katalytisch aktiven Film zu bilden, wird das Metall dem Kobalt in einer Konzentration zugesetzt, die ausreicht, um ein Gewichtsverhältnis von Kobalt:Metallaktivator im Bereich von etwa 30 1 bis etwa 2 : 1, vorzugsweise etwa 20 : 1 bis etwa 5 : 1 zu liefern. Rhenium und Hafnium sind die bevorzugten Aktivatormetalle, wobei Rhenium effektiver bei der Förderung verbesserter Aktivitätsaufrechterhaltung auf absoluter Basis ist und Hafnium effektiver auf einer Kostenef fektivitätsbasis ist. Es ist gefunden worden, daß diese Katalysatorzusammensetzungen bei hoher Produktivität und geringer Methanselektivität ein Produkt ergeben, das überwiegend lineare C&sub1;&sub0;+ Paraffine und Olefine und sehr weniger oxigenierte (sauerstof fhaltige) Produkte enthält. Diese Katalysatoren liefern außerdem eine hohe Aktivität, eine hohe Selektivität und eine hohe Aktivitätsaufrechterhaltung bei der Umwandlung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu Destillatbrennstoffen.A cobalt-titania catalyst is particularly preferred. The cobalt-titania catalyst is one in which the cobalt or the cobalt and an activator is distributed as a thin, catalytically active film on titania or a titania-containing carrier or support, wherein the titania has a rutile:anatase weight ratio of at least about 3:2 as determined according to ASTM D3720-78: Standard Test Method for Anatase:Rutile Ratio in Titanium Dioxide Pigments Using X-Ray Diffraction. Generally, the catalyst is one in which the titania has a rutile:anatase ratio in the range of at least about 3:2 to about 100:1 or greater, more preferably from about 4:1 to 100:1 or greater. When one or more of the metals rhenium, zirconium, hafnium, cerium, thorium or uranium is added to the cobalt as an activator to form the thin, catalytically active film, the metal is added to the cobalt in a concentration sufficient to provide a cobalt:metal activator weight ratio in the range of about 30:1 to about 2:1, preferably about 20:1 to about 5:1. Rhenium and hafnium are the preferred activator metals, with rhenium being more effective in promoting improved activity maintenance on an absolute basis and hafnium being more effective on a cost-effectiveness basis. These catalyst compositions have been found to provide a product containing predominantly linear C10+ paraffins and olefins and very few oxygenated (oxygenated) products, with high productivity and low methane selectivity. These catalysts also provide high activity, high selectivity and high activity maintenance at the conversion of carbon monoxide and hydrogen to distillate fuels.

Nachdem das Sprühen abgeschlossen ist, müssen die imprägnierten Metallverbindungen zu den korrespondierenden Metalloxiden zersetzt werden. Vorzugsweise wird der Katalysator mit Sauerstoff, Luft oder einem anderen Sauerstoff enthaltenen Gas bei einer Temperatur in Kontakt gebracht, die ausreicht, um das Metall oder die Metallkomponente zu oxidieren, z.B. Kobalt in CO&sub3;O&sub4; umzuwandeln. Temperaturen im Bereich von oberhalb etwa 150ºC und vorzugsweise oberhalb etwa 200ºC sind ausreichend, um die Metalle, insbesondere Kobalt in das Oxid umzuwandeln. Temperaturen oberhalb von etwa 500ºC sind zu vermeiden. Geeigneterweise wird die Zersetzung der Metallverbindung oder der Metallverbindungen bei Temperaturen erreicht, die im Bereich von etwa 150ºC bis etwa 300ºC liegen. Die Zersetzung kann in der Wirbelbettvorrich tung oder in einem externen Ofen oder einer Calcinierungsvorrichtung durchgeführt werden.After spraying is complete, the impregnated metal compounds must be decomposed to the corresponding metal oxides. Preferably, the catalyst is contacted with oxygen, air or other oxygen-containing gas at a temperature sufficient to oxidize the metal or metal component, e.g. convert cobalt to CO₃O₄. Temperatures in the range of above about 150°C and preferably above about 200°C are sufficient to convert the metals, particularly cobalt, to the oxide. Temperatures above about 500°C are to be avoided. Suitably, the decomposition of the metal compound or compounds is achieved at temperatures ranging from about 150°C to about 300°C. The decomposition may be carried out in the fluidized bed apparatus or in an external furnace or calciner.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kobaltkatalysatoren haben sich als besonders brauchbar für die Herstellung von flüssigen Kohlenwasserstoffen aus Synthesegas bei hohen Produktivitäten und geringer Methanbildung erwiesen. Sie enthalten im wesentlichen das gesamte aktive Metall, insbesondere Kobalt auf der äußeren peripheren Oberfläche der Trägerteilchen, wobei das Metall im wesentlichen von der inneren Oberfläche der Teilchen ausgeschlossen ist. Die hohe Beladung an Metall oder Metallen in einem dünnen Rand oder einer dünnen Schale auf der äußeren Oberfläche der Teilchen maximiert die Umsetzung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid an der Oberfläche der katalytischen Teilchen. Dies vermeidet die normale durch Diffusion bedingte Einschränkung der meisten zuvor bekannten Katalysatoren, wobei der -Katalysator sich idealer verhält und sich dem Verhalten eines gepulverten Katalysators annähert, der nicht durch Diffusion eingeschränkt ist. Anders als bei der Verwendung von gepulverten Katalysatoren ist der Fluß der Reaktanten durch das Katalysatorbett jedoch nahezu unbehindert, was auf die größere Teilchengröße des Katalysators zurückzuführen ist. Die Herstellung dieses Typs von Katalysator in großem Maßstab wird durch das erfindungsgemäße Verfahren leicht verwirklicht, während sie durch bekannte Techniken sehr schwierig, wenn überhaupt möglich ist.Cobalt catalysts prepared by the process of the invention have been found to be particularly useful for the production of liquid hydrocarbons from synthesis gas at high productivities and low methane formation. They contain substantially all of the active metal, particularly cobalt, on the outer peripheral surface of the support particles, with the metal substantially excluded from the inner surface of the particles. The high loading of metal or metals in a thin rim or shell on the outer surface of the particles maximizes the conversion of hydrogen and carbon monoxide at the surface of the catalytic particles. This avoids the normal diffusion-related limitation of most previously known catalysts, with the catalyst behaving more ideally, approaching the behavior of a powdered catalyst which is not diffusion-limited. Unlike when using powdered catalysts, the flow of reactants through the However, the catalyst bed remains almost unhindered due to the larger particle size of the catalyst. The large-scale production of this type of catalyst is easily achieved by the process of the invention, whereas it is very difficult, if at all possible, by known techniques.

Bei der Durchführung von Synthesegasreaktionen wird der Gesamtüberdruck auf der CO- und H&sub2;-Reaktionsmischung im allgemeinen oberhalb von etwa 80 psig (0,552 MPa) und vorzugsweise oberhalb von etwa 140 psig (0,965 MPa) gehalten. Es ist im allgemeinen wünschenswert, Kohlenmonoxid und Wasserstoff in einem Molverhältnis von H&sub2; : CO oberhalb von etwa 0,5 : 1 und vorzugsweise gleich oder oberhalb von etwa 1,7 : 1 zu verwenden, um die Konzentration von C10+ Kohlenwasserstoffen in dem Produkt zu erhöhen. Geeigneterweise liegt das H&sub2; : CO-Molverhältnis im Bereich von etwa 0,5 : 1 bis etwa 4 : 1 und vorzugsweise werden Kohlenmonoxid und Wasserstoff in einem Molverhältnis von H&sub2; : CO im Bereich von etwa 1,7 : 1 bis etwa 2,5 : 1 verwendet. Im allge meinen wird die Reaktion bei stündlichen Gasvolumendurchsätzen im Bereich von etwa 100 V/h/V bis etwa 5000 V/h/V, vorzugsweise etwa 300 V/h/V bis etwa 1500 V/h/V, gemessen als Standardvolumen der Gasmischung aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff (0ºC, 1 Atm) pro Stunde pro Volumen Katalysator, durchgeführt. Die Reaktion wird bei Temperaturen im Bereich von etwa 160ºC bis etwa 290ºC, vorzugsweise etwa 190ºC bis etwa 260ºC durchgeführt. Die Überdrücke liegen vorzugsweise im Bereich von etwa 80 psig (0,552 MPa) bis etwa 600 psig (4,137 MPa), bevorzugter etwa 140 psig (0,965 MPa) bis etwa 400 psig (2,758 MPa). Das Produkt enthält im allgemeinen und vorzugsweise 60 % oder mehr und bevorzugter 75 % oder mehr an flüssigen C&sub1;&sub0;+ Kohlenwasserstoffen, die oberhalb von 160ºC (320ºF) sieden.In conducting synthesis gas reactions, the total gauge pressure on the CO and H2 reaction mixture is generally maintained above about 80 psig (0.552 MPa) and preferably above about 140 psig (0.965 MPa). It is generally desirable to use carbon monoxide and hydrogen in a molar ratio of H2:CO above about 0.5:1 and preferably equal to or above about 1.7:1 to increase the concentration of C10+ hydrocarbons in the product. Suitably, the H2:CO molar ratio is in the range of about 0.5:1 to about 4:1 and preferably, carbon monoxide and hydrogen are used in a molar ratio of H2:CO above about 0.5:1 and preferably equal to or above about 1.7:1. :CO in the range of about 1.7:1 to about 2.5:1. Generally, the reaction is carried out at hourly gas volume flow rates in the range of about 100 V/h/V to about 5000 V/h/V, preferably about 300 V/h/V to about 1500 V/h/V, measured as standard volume of the gas mixture of carbon monoxide and hydrogen (0°C, 1 atm) per hour per volume of catalyst. The reaction is carried out at temperatures in the range of about 160°C to about 290°C, preferably about 190°C to about 260°C. The gauge pressures preferably range from about 80 psig (0.552 MPa) to about 600 psig (4.137 MPa), more preferably from about 140 psig (0.965 MPa) to about 400 psig (2.758 MPa). The product generally contains and preferably contains 60% or more and more preferably 75% or more of liquid C₁₀+ hydrocarbons boiling above 160°C (320°F).

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die folgenden Beispiele und Demonstrationen verständlicher, die Vergleichsdaten zeigen, die ihre hervortretenden Merkmale illustrieren. Alle Teile sind in Gewichtseinheiten angegeben, ausgenommen es ist anders angegeben.The invention will be more clearly understood by reference to the following examples and demonstrations which show comparative data illustrating its salient features. All parts are in units of weight, unless otherwise stated.

BEISPIELE 1 - 10EXAMPLES 1 - 10

Eine Reihe von Trägern zur Verwendung bei der Herstellung von Katalysatoren wurde aus zuverlässigen kommerziellen Quellen erhalten oder aus teilchenförmigem Titandioxid-Aluminiumoxid (96,5 % TiO&sub2;/3,5 % Al&sub2;O&sub3;), Siliciumdioxid und Aluminiumoxid sowohl in Extrudat als auch Kugelform hergestellt. Die Identität der Träger, ihre physikalische Größe und Form und bestimmte physikalische Eigenschaften, nämlich die Oberfläche (S.A.) in Quadratmetern pro Gramm (B.E.T.), das Porenvolumen (PV) gemessen durch Quecksilberintrusion und die Porosität sind in Tabelle 1 15 angegeben. Tabelle 1 Trägernummer Zusammensetzung Form Porosität Extrudate Kugeln ExtrudateA range of supports for use in the preparation of catalysts were obtained from reliable commercial sources or prepared from particulate titania-alumina (96.5% TiO2/3.5% Al2O3), silica and alumina in both extrudate and spherical form. The identity of the supports, their physical size and shape and certain physical properties, namely surface area (SA) in square metres per gram (BET), pore volume (PV) measured by mercury intrusion and porosity are given in Table 1 15. Table 1 Carrier number Composition Shape Porosity Extrudates Spheres Extrudates

Die aus diesen Trägern hergestellten Katalysatoren sind in Tabelle 2 beschrieben, wobei der bei der Katalysatorherstellung verwendete Träger durch die in Tabelle 1 genannte Trägernummer bezeichnet ist.The catalysts prepared from these supports are described in Table 2, where the catalyst used in the catalyst preparation The carrier used is identified by the carrier number given in Table 1.

Es wurden wäßrige Lösungen von Kobaltnitrat (11 bis 13 Gew.-% Co) und Perrheniumsäure (1 bis 1,3 Gew.-% Re) bei der Herstellung einer Serie von 15 Katalysatoren verwendet. Diese Katalysatoren wurden individuell in Fließbettsprüher hergestellt, den 1- Liter- und 20-Liter-Kopfsprühern von Glatt Air Techniques, Inc. bzw. dem 20-Liter-Bodensprüher, der von Coating Place, Inc. geliefert wird. Die Katalysatoren wurden wie in Tabelle 2 angegeben calciniert. Tabelle 2 gibt auch das Gewicht der Charge für den Wirbelbettsprüher, die Lösungsrate in g/Minute, die aufwirbelnde Luftrate in Fuß³ (38,32 l)/Minute (CFM), das Lösung:Luft Verhältnis in g/Fuß³ (28,32 l), die durchschnittliche Bettemperatur während des Sprühens, das Calcinierungsverfahren, die Gewichtsprozent Co-Re auf dem fertigen Katalysator und die Durchschnittstiefe ab der äußeren Oberfläche oder die Dicke des Co-Re auf der äußeren Oberfläche der Trägerteilchen in Mikron (µm), nämlich die RIM-Dicke, wie gemessen durch Elektronensondenanalysator (hergestellt von JEOL Company, Modell Nr. JXA-50A) an. Die Dicke der Co-Re-Oberflächenschicht oder RIM ist ein Maß für den Erfolg oder Mißerfolg einer Herstellung eines gegebenen Katalysators. Es wurde gefunden, daß die Metallverteilung über diese Tiefe nicht gleichmäßig war und die Konzentration häufig mit zunehmenden Abstand von der peripheren Oberfläche der Teilchen abnahm. Die Tiefe innerhalb eines Teilchens und Messungen, die von Teilchen zu Teilchen gemacht wurden, zeigten jedoch im allgemeinen eine gute Gleichförmigkeit, insbesondere in bezug auf die Katalysatorherstellungen Nr. 1 bis 10 einschließlich, die erfindungsgemäß erfolgreich waren. Zusätzlich zu der durchschnittlichen RIM-Dicke ist die Metallgewinnung ebenfalls ein wichtiges Kriterium für den Erfolg, wobei die Metallgewinnungen, ausgenommen bei Beispiel 12, oberhalb von 90 Gew.-% lagen. Tabelle 2 Katalysatorherstellung Nr Träger Lösungsrate aufwirb. Luftrate Lösung-Luft- Verhältnis Durchschnittliche Betttemp Calcin- Verfahren RIM-Dicke Mikron Calcinierungsverfahren A = 220ºC im Sprüher B = 300ºC in der Rohreinheit C = 250ºc im Ofen nur 60% des Kobalts auf dem Katalysator abgelagert Katalysator Nr. 6 wurde hergestellt, indem auf dem Katalysator Nr. 5 zusätzliches Metall aufgebracht wurde.Aqueous solutions of cobalt nitrate (11 to 13 wt.% Co) and perrhenic acid (1 to 1.3 wt.% Re) were used in the preparation of a series of 15 catalysts. These catalysts were individually prepared in fluid bed sprayers, the 1 liter and 20 liter top sprayers supplied by Glatt Air Techniques, Inc. and the 20 liter bottom sprayer supplied by Coating Place, Inc., respectively. The catalysts were calcined as indicated in Table 2. Table 2 also gives the weight of the fluidized bed sprayer charge, the solution rate in g/minute, the fluidized air rate in cubic feet (38.32 L)/minute (CFM), the solution:air ratio in g/cubic feet (28.32 L), the average bed temperature during spraying, the calcination method, the weight percent Co-Re on the finished catalyst, and the average depth from the outer surface or thickness of the Co-Re on the outer surface of the support particles in microns (µm), namely the RIM thickness, as measured by electron probe analyzer (manufactured by JEOL Company, Model No. JXA-50A). The thickness of the Co-Re surface layer or RIM is a measure of the success or failure of a given catalyst preparation. It was found that the metal distribution throughout this depth was not uniform and the concentration often decreased with increasing distance from the peripheral surface of the particles. However, the depth within a particle and measurements taken from particle to particle generally showed good uniformity, particularly with respect to catalyst preparations Nos. 1 to 10 inclusive, which were successful in accordance with the invention. In addition to average RIM thickness, metal recovery is also an important criterion for success, with metal recoveries being above 90 wt.% except for Example 12. Table 2 Catalyst Preparation No. Support Solution Rate Fluidize Air Rate Solution-Air Ratio Average Bed Temp Calcination Method RIM Thickness Microns Calcination Method A = 220ºC in the sprayer B = 300ºC in the tube unit C = 250ºC in the furnace only 60% of the cobalt deposited on the catalyst Catalyst No. 6 was prepared by depositing additional metal on top of Catalyst No. 5.

Die folgende Schlüsse können aus den in Tabelle 2 beschriebenen Herstellungen gezogen werden, nämlich:The following conclusions can be drawn from the preparations described in Table 2, namely:

Die Herstellungen 1-4a illustrieren die starke Beziehung der Sprühtemperatur zur RIM-Dicke, wobei die anderen Bedingungen relativ konstant sind. Je höher die Temperatur im Bereich von 50 bis 100ºC ist, desto dünner ist die RIM. Es ist anzumerken, daß die Herstellungen Nr. 1-3 bei niedrigen Lösung: Luft-Verhältnissen gesprüht wurden.Preparations 1-4a illustrate the strong relationship of spray temperature to RIM thickness, with other conditions being relatively constant. The higher the temperature in the range of 50 to 100ºC, the thinner the RIM. Note that Preparations 1-3 were sprayed at low solution:air ratios.

Die Herstellungen 4a und 4b zeigen, daß die RIM-Dicke in gewissem Ausmaß von der Endcalcinierung abhängt. Das geschmolzene Nitratsalz migriert ferner während der Aufheizung in den Träger, bevor es zum Oxid zersetzt wird. Die Migration der Metalle zur Mitte der Teilchen kann minimiert werden, indem schnell aufgeheizt wird, und der Sprüher liefert das beste Mittel hierfür. Ein alternativer Ansatz ist die Verwendung niedriger Lösung:Luft-Verhältnisse während des Sprühens. Die Extratrocknung trägt dazu bei, die Neigung der RIM später während der Calcinierung zum Migrieren, zu minimieren. Das Lösung:Luft-Verhältnis von 0,56 liegt am oberen Ende des akzeptablen Bereichs. Die RIM nahm signifikant zu, wenn ein geringer Anteil aus dem Sprüher unmittelbar nach dem Sprühen abgezogen und dann in einer Rohreinheit calciniert wurde.Preparations 4a and 4b show that RIM thickness depends to some extent on the final calcination. The molten nitrate salt also migrates into the support during heating before decomposing to the oxide. Migration of the metals to the center of the particles can be minimized by heating rapidly, and the sprayer provides the best means of doing this. An alternative approach is to use low solution:air ratios during spraying. The extra drying helps minimize the tendency of the RIM to migrate later during calcination. The solution:air ratio of 0.56 is at the upper end of the acceptable range. The RIM increased significantly when a small portion was withdrawn from the sprayer immediately after spraying and then calcined in a tubular unit.

Das Herstellung Nr. 5 zeigt im Vergleich zur Herstellung Nr. 2, daß die RIM-Dicke eine Funktion der Kobaltbeladung ist. Je weniger Kobalt auf den Träger gesprüht wird, desto dünner ist die RIM bei konstanten Sprühbedingungen.Preparation #5, compared to Preparation #2, shows that RIM thickness is a function of cobalt loading. The less cobalt sprayed onto the substrate, the thinner the RIM is at constant spray conditions.

Herstellung Nr. 6 zeigt, daß außergewöhnliche dünne RIMs bei hohen Metallbeladungen hergestellt werden können. In diesem Fall wurde Herstellung Nr. 5 einfach nach der Calcinierung für eine weitere Imprägnierung in den Sprüher zurückgeführt. Im Vergleich zu einer Einfachimprägnierung, Herstellung Nr. 2, ergab sich eine sehr dünne RIM.Preparation #6 shows that exceptionally thin RIMs can be made at high metal loadings. In this case, Preparation #5 was simply returned to the sprayer after calcination for another impregnation. Compared to a single impregnation, Preparation #2, a very thin RIM was obtained.

Die Herstellungen 7 und 8 zeigen, daß die RIM-Dicke eine Funktion der Trägerporosität ist. Die RIM ist dünner (Herstellung Nr. 7 gegenüber Herstellung Nr. 4a), wenn der Träger ein größeres Porenvolumen aufweist. Die RIM ist viel dicker (Herstellung Nr. 8 gegenüber Herstellung Nr. 4a, 7), wenn ein geringes Porenvolumen vorhanden ist.Preparations 7 and 8 show that RIM thickness is a function of the support porosity. The RIM is thinner (Preparation #7 vs. Preparation #4a) when the support has a larger pore volume. The RIM is much thicker (Preparation #8 vs. Preparation #4a, 7) when a small pore volume is present.

Die Herstellungen 9 und 10 zeigen den Erfolg mit Siliciumdioxid- und Aluminiumoxidträgern.Preparations 9 and 10 show the success with silica and alumina supports.

Die Herstellungen 11 und 12 zeigen den nachteiligen Effekt eines Betriebs außerhalb des bevorzugten Temperaturbereichs. Herstellung Nr. 11 zeigt, daß ein Sprühen unterhalb von 50ºC keine RIM ergibt, trotz der Verwendung eines niedrigen Lösung: Luft-Verhältnisses und der Ablagerung von nur 2,8 % Kobalt. Herstellung Nr. 12 zeigt, daß ein Sprühen bei 110ºC eine dünne RIM ergibt, aber nur 60 % des aufgesprühten Metall auf dem Katalysator verbleibt. Der Rest des Kobalts und teuren Rheniums wurden über Kopf als Feinstaub abgeführt. Die "Sprühtrocknung" der Lösung und die Zersetzung des Nitrats scheint stattgefunden zu haben, bevor die Lösung den Träger erreichte.Preparations 11 and 12 show the adverse effect of operating outside the preferred temperature range. Preparation No. 11 shows that spraying below 50°C gives no RIM despite using a low solution:air ratio and depositing only 2.8% cobalt. Preparation No. 12 shows that spraying at 110°C gives a thin RIM, but only 60% of the sprayed metal remains on the catalyst. The rest of the cobalt and expensive rhenium were discharged overhead as particulate matter. "Spray drying" of the solution and decomposition of the nitrate appears to have occurred before the solution reached the support.

Die Herstellungen 13 und 14 zeigen, daß keine guten RIMs erhältlich sind, wenn große Lösung:Luft-Verhältnisse verwendet werden.Preparations 13 and 14 show that good RIMs are not obtainable when large solution:air ratios are used.

Ferner wurde eine Serie von Fischer-Tropsch-Durchläufen mit den Katalysatoren durchgeführt, die nach dem Wirbelbettverfahren erfolgreich hergestellt worden sind, um die Brauchbarkeit dieser RIM-Katalysatoren zu zeigen. Alle waren erfolgreich und die erhaltenen Daten stimmten gut mit dem vorhergesagten Verhalten ein, das auf der Kobaltbeladung und RIM-Dicke jedes Katalysatorpräparats basierte. Die mit der Katalysatorherstellung 4a erhaltenen Ergebnisse können als illustrierend angesehen werden. Daher wurde Herstellung Nr. 4a verwendet, um Synthesegas zu schweren Kohlenwasserstoffen umzuwandeln. Ein Teil des Katalysators wurde bei 450ºC l Stunde lang reduziert und dann bei 200ºC, 280 psig (1,931 MPa Überdruck), GHSV = 1000 mit einem Einsatzmaterial umgesetzt, das 65 % H&sub2;/31 % CO/4 % Ne enthielt. Die CO- Umwandlung betrug nach 20 Stunden Betrieb 79 %. Die Produktselektivität ausgedrückt in Molen CO, die zu einem Produkt umge-5 wandelt wurden, pro Mole umgesetztes CO betrug 6,0 % CH&sub4;, 0,4 % CO&sub2; und 93,6 % C&sub2;+.Furthermore, a series of Fischer-Tropsch runs were performed on the catalysts successfully prepared by the fluidized bed method to demonstrate the utility of these RIM catalysts. All were successful and the data obtained agreed well with the predicted behavior based on the cobalt loading and RIM thickness of each catalyst preparation. The results obtained with catalyst preparation 4a can be considered illustrative. Therefore, preparation No. 4a was used to convert synthesis gas to heavy hydrocarbons. A portion of the catalyst was reduced at 450°C for 1 hour and then at 200°C, 280 psig (1.931 MPa gauge), GHSV = 1000 with a feed containing 65% H₂/31% CO/4% Ne. CO- conversion was 79% after 20 hours of operation. Product selectivity expressed as moles of CO converted to product per mole of CO converted was 6.0% CH₄, 0.4% CO₂, and 93.6% C₂+.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Katalysatoren, bei dem eine katalytisch wirksame Menge Kobalt als Schicht auf der peripheren Außenoberfläche eines teilchenförmigen, porösen anorganischen Oxidträgers verteilt wird, um einen Katalysator zu bilden, der für die Umwandlung von Synthesegas zu Kohlenwasserstoffen brauchbar ist, und die Trägerteilchen mit einem Spray in Kontakt gebracht werden, das eine zersetzbare Verbindung aus dem Metall oder Metallen enthält, wobei das Verfahren1. A process for the preparation of catalysts comprising dispersing a catalytically effective amount of cobalt as a layer on the peripheral outer surface of a particulate, porous inorganic oxide support to form a catalyst useful for converting synthesis gas to hydrocarbons, and contacting the support particles with a spray containing a decomposable compound of the metal or metals, the process comprising: - die Aufrechterhaltung eines Bettes der Trägerteilchen in aufgewirbeltem Zustand bei einer Temperatur im Bereich von etwa 50ºC bis etwa 100ºC durch Kontakt mit einem Gas bei einer Temperatur im Bereich von etwa 50ºC bis etwa 100ºC,- maintaining a bed of the carrier particles in a fluidized state at a temperature in the range from about 50ºC to about 100ºC by contact with a gas at a temperature in the range from about 50ºC to about 100ºC, - die Besprühung des Bettes aus den erhitzten Trägerteilchen mit einer Flüssigkeit umf aßt, in der eine Verbindung oder Verbindungen von Kobalt dispergiert ist/sind, mit einer Fließrate, die zur Lieferung eines Verhältnisses der Fließrate der Flüssigkeit : Fließrate des aufwirbelnden Gases unter etwa 0,6 g Flüssigkeit/Fuß³ (0,6 g/28,32 l) aufwirbelndes Gas ausreicht, um auf den Teilchen eine Oberflächenschicht aus dem Metall mit einer durchschnittlichen Dicke im Bereich von etwa 20 Mikron (20 µm) bis etwa 250 Mikron (250 zu bilden, wobei die als metallisches Metall pro gepacktes Schüttvolumen des Katalysators berechnete Beladung aus dem Metall im Bereich von etwa 0,01 g/cm3 bis etwa 0,15 g/cm³ liegt.- spraying the bed of heated support particles with a liquid having dispersed therein a compound or compounds of cobalt at a flow rate sufficient to provide a ratio of liquid flow rate: fluidizing gas flow rate of less than about 0.6 g liquid/foot³ (0.6 g/28.32 L) of fluidizing gas to form a surface layer of the metal on the particles having an average thickness in the range of about 20 microns (20 µm) to about 250 microns (250 µm), the loading of the metal calculated as metallic metal per packed bulk volume of the catalyst being in the range of about 0.01 g/cm³ to about 0.15 g/cm³. 2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis der Fließrate der Flüssigkeit : Fließrate des aufwirbelnden Gases im Bereich von etwa 0,3 g/Fuß³ (0,3 g/28,32 l) bis etwa 0,5 g/Fuß&sub3; (0,5 g/28,32 l) liegt.2. The method of claim 1, wherein the ratio of the liquid flow rate: fluidizing gas flow rate is in the range of about 0.3 g/ft³ (0.3 g/28.32 L) to about 0.5 g/ft₃ (0.5 g/28.32 L). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die zersetzbare Metallverbindung oder die zersetzbaren Metallverbindungen eine Kobalt enthaltende Verbindung und gegebenenfalls mindestens eine Verbindung eines weiteren Metalls ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Rhenium, Hafnium, Zirkonium, Cer, Thorium und Uran umfaßt/umfassen, wobei das Kobalt zusammen mit dem weiteren Metall oder den weiteren Metallen als Oberflächenschicht auf dem Träger verteilt ist.3. A method according to claim 1 or claim 2, wherein the decomposable metal compound or compounds comprise a cobalt-containing compound and optionally at least one compound of a further metal selected from the group consisting of rhenium, hafnium, zirconium, cerium, thorium and uranium, the cobalt being distributed together with the further metal or metals as a surface layer on the carrier. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die katalytisch wirksame Oberflächenschicht aus dem Katalysator eine durchschnittliche Dicke im Bereich von etwa 40 Mikron (40 µm) bis etwa 150 Mikron (150 µm) aufweist, wobei die Kobaltbeladung im Bereich von etwa 0,03 g/cm³ bis etwa 0,09 g/cm³ liegt.4. A process according to any one of claims 1 to 3, wherein the catalytically active surface layer of catalyst has an average thickness in the range of about 40 microns (40 µm) to about 150 microns (150 µm), the cobalt loading being in the range of about 0.03 g/cm³ to about 0.09 g/cm³. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Träger Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxid, Titandioxid oder Mischungen umfaßt, die Aluminiumoxid, Siliciumdioxid oder Titandioxid umfassen.5. A process according to any one of claims 1 to 4, wherein the support comprises alumina, silica, silica-alumina, titania or mixtures comprising alumina, silica or titania. 6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Träger Titandioxid umfaßt und das Titandioxid des Trägers ein Rutil : Anatas-Gewichtsverhältnis von mindestens etwa 3 : 2, z.B. ein Rutil Anatas-Gewichtsverhältnis im Bereich von mindestens etwa 3 : 2 bis etwa 100 : l1, und höher aufweist.6. The method of claim 5, wherein the support comprises titanium dioxide and the titanium dioxide of the support has a rutile: anatase weight ratio of at least about 3:2, e.g. a rutile:anatase weight ratio in the range of at least about 3:2 to about 100:11, and higher. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Flüssigkeit, in der die Verbindung oder Verbindungen von Kobalt dispergiert ist/sind, Wasser ist.7. A process according to any one of claims 1 to 6, wherein the liquid in which the compound or compounds of cobalt is/are dispersed is water. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das aufwirbelnde Gas Luft ist.8. A method according to any one of claims 1 to 7, wherein the fluidizing gas is air. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Temperatur des aufwirbelnden Gases im Bereich von etwa 70ºC bis etwa 90ºC liegt.9. A method according to any one of claims 1 to 8, wherein the temperature of the fluidizing gas is in the range of about 70°C to about 90°C. 10. Verfahren zur Synthese von Kohlenwasserstoffen aus einer CO und H&sub2; enthaltenden Mischung, bei dem diese Mischung mit einem nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellten Katalysator unter Kohlenwasserstoffsynthesebedingungen in Kontakt gebracht wird.10. Process for the synthesis of hydrocarbons from a mixture containing CO and H₂, in which this mixture is brought into contact with a catalyst prepared by the process according to any one of claims 1 to 9 under hydrocarbon synthesis conditions.
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