DE69905467T2 - Katalytische teiloxidation mit einem rhodium-iridium legierungskatalysator - Google Patents

Katalytische teiloxidation mit einem rhodium-iridium legierungskatalysator

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur katalytischen Partialoxidation eines kohlenwasserstoffhältigen Ausgangsmaterials.
  • Die Partialoxidation von Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Methan oder Erdgas, in Gegenwart eines Katalysators stellt einen attraktiven Weg zur Herstellung von Gemischen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff dar, in der Technik bekannt als Synthesegas. Die Partialoxidation eines Kohlenwasserstoffes ist eine exotherme Reaktion und verläuft in dem Fall, worin Methan der Kohlenwasserstoff ist, nach der folgenden Umsetzung:
  • 2CH&sub4; + O&sub2; → 2CO + 4H&sub2;.
  • Ein nach diesem Verfahren hergestelltes Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff eignet sich besonders zur Anwendung in der Synthese von Kohlenwasserstoffen, beispielsweise mittels der Fischer-Tropsch-Synthese, oder zur Synthese von Oxygenaten, beispielsweise von Methanol. Verfahren zur Umwandlung des Gemisches aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu derartigen Produkten sind in der Technik allgemein bekannt.
  • Nach diesem Verfahren hergestellter Wasserstoff oder ein Gemisch von Wasserstoff mit anderen Gasen kann zur Verwendung als ein verbrennbarer Treib- oder Brennstoff besonders geeignet sein, entweder direkt oder indirekt.
  • Das katalytische Partialoxidationsverfahren könnte sehr zweckmäßig zur Lieferung der Wasserstoffeinspeisung für eine Brennstoffzelle eingesetzt werden. In Brennstoffzellen werden Wasserstoff und Sauerstoff über die Brennstoffzelle geführt, um Elektrizität und Wasser zu produzieren. Die Brennstoff zellentechnologie ist in der Technik gut bekannt.
  • Zur Erzielung hoher Ausbeuten an Kohlenmonoxid und Wasserstoff wird es aus thermodynamischen Gründen bevorzugt, das Partialoxidationsverfahren bei verhältnismäßig hohen Temperaturen zu betreiben.
  • Die Literatur enthält eine Reihe von Dokumenten, die nähere Angaben von Experimenten bezüglich der katalytischen Oxidation von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Methan, unter Anwendung eines breiten Bereiches von Katalysatoren beschreiben. Beispielsweise wird auf die US 5,149,464 und die WO 92/11199 Bezug genommen.
  • Um kommerziell attraktiv zu sein, sollte ein katalytisches Partialoxidationsverfahren bei verhältnismäßig strengen Bedingungen betrieben werden können, d. h. der Kombination von hoher Temperatur und hoher stündlicher Gasraumgeschwindigkeit. Ein wichtiger Faktor beim Erwägen der Anwendung eines Katalysators in einem kommerziellen Verfahren ist die Stabilität des Katalysators unter den herrschenden Verfahrensbedingungen.
  • Die EP-A-0 629 578 offenbart, daß bei einer Temperatur von wenigstens 950ºC und bei einer sehr hohen Gasraumgeschwindigkeit ein deutlicher Unterschied in der Stabilität der Gruppe VIII- Metallkatalysatoren existiert. Es wurde gefunden, daß Rhodium, Iridium oder Ruthenium umfassende Katalysatoren eine deutlich höhere Stabilität sowohl hinsichtlich Selektivität als auch Aktivität aufweisen als die übrigen Gruppe VIII-Metallkatalysatoren.
  • Das US-Patent 5,648,582 betrifft ein katalytisches Partialoxidationsverfahren bei einer sehr hohen Gasraumgeschwindigkeit und bei einer Katalysatortemperatur im Bereich von 850 bis 1.150ºC unter Anwendung eines Katalysators, der Rhodium, Nickel oder Platin umfaßt.
  • In WO 95/18063 wird beschrieben, daß Rhodium, Iridium oder Platin als das katalytisch aktive Metall umfassende Partialoxidationskatalysatoren deutlich niedrigere Mengen an Ammoniak und Cyanwasserstoff generieren als Katalysatoren, die andere katalytisch aktive Metalle umfassen.
  • In GB-A-2 274 284 wird ein katalytisches Partialoxidationsverfahren unter Anwendung eines Katalysators, der als ein Deactivat angeordnet ist, unter den strengen Verfahrensbedingungen beschrieben, die für einen kommerziellen Betrieb zur Ausbildung von Gemischen aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff benötigt werden.
  • Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß die Stabilität eines katalytischen Partialoxidationskatalysators durch Anwendung von Rhodium und Iridium in inniger Verbindung miteinander als das katalytisch aktive Material verbessert werden kann.
  • Demgemäß bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur katalytischen Partialoxidation eines kohlenwasserstoffhältigen Ausgangsmaterials, welches Verfahren ein Inkontaktbringen eines das kohlenwasserstoffhältige Ausgangsmaterial und ein sauerstoffhältiges Gas umfassenden Einsatzmaterials mit einem Katalysator umfaßt, der Rhodium und Iridium in inniger Verbindung miteinander umfaßt, welcher Katalysator auch wenigstens ein anorganisches Metallkation, ausgewählt unter Al, Mg, Zr, Ti, La, Hf, Si und Ba, umfaßt, welches Kation in inniger Verbindung, aufgebracht auf oder mit dem Rhodium und Iridium, vorliegt, wobei das Verhältnis von Kation zu Rhodium und Iridium größer als oder gleich 1,0 beträgt und worin Rhodium, Iridium und das Kation auf ein Katalysatorträgermaterial aufgebracht sind.
  • Die hier erfolgte Bezugnahme auf eine innige Verbindung des Rhodiums mit dem Iridium bezieht sich auf seinen in geeigneter Weise erfolgenden Einbau auf oder mit dem Iridium, wodurch die katalytischen Leistungseigenschaften beider modifiziert werden. Rhodium und Iridium liegen im wesentlichen als inniges Gemisch oder als Schichten, die einem Gemisch ähnlich sind, vor, wodurch die Stabilität und/oder das katalytische Verhalten beider beeinflußt wird. Im wesentlichen als ein Gemisch vorliegend bedeutet, daß wenigstens 50%, vorzugsweise wenigstens 90% des Iridiums und Rhodiums innerhalb eines Abstandes von 10 um vom anderen Metall vorliegen, vorzugsweise innerhalb eines Abstandes von 5 um. Vorzugsweise ist das Gemisch eine Rhodium-Iridium-Legierung. Das Vorliegen einer Legierung kann nach in der Technik bekannten Methoden festgestellt werden, beispielsweise durch XRD (Röntgendiagramm).
  • Der Katalysator kann Rhodium und Iridium in Form von Drähten oder Netzen aus einer Rhodium-Iridium-Legierung umfassen. Der Katalysator umfaßt Rhodium und Iridium, aufgebracht auf ein Katalysatorträgermaterial. Geeignete Katalysatorträgermaterialien sind in der Technik allgemein bekannt und schließen feuerfeste Oxide, wie Siliciumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Zirkonoxid und deren Gemische, sowie Metalle ein. Hochlegierte, aluminiumoxidhältige Stähle, wie Materialien vom Fecralloy-Typ, sind besonders geeignete Metalle. Bevorzugte feuerfeste Oxide sind auf Zirkonoxidbasis aufgebaut, stärker bevorzugt mit einem Gehalt an wenigstens 70 Gew.-% Zirkonoxid, beispielsweise ausgewählt unter bekannten Formen von (partiell) stabilisiertem Zirkonoxid oder im wesentlichen reinem Zirkonoxid. Die am meisten bevorzugten Materialien auf Zirkonoxidbasis umfassen Zirkonoxid, stabilisiert oder partiell stabilisiert durch ein oder mehrere Oxide von Mg, Ca, Al, Y, La oder Ce. Äußerst geeignete Trägermaterialien sind Ce-ZTA (zirconiatoughened alumina) und Y-PSZ (partially-stabilised zirconia), die beide im Handel erhältlich sind.
  • Eine geeignete Methode zum Assoziieren von Rhodium mit Iridium ist das Imprägnieren. Vorzugsweise wird der Träger mit einer Lösung einer Rhodiumverbindung und einer Losung einer Iridiumverbindung imprägniert, mit anschließendem Trocknen und gegebenenfalls Calcinieren des resultierenden Materials. Die Lösungen werden bevorzugt in geeigneter Menge kombiniert und durch Coimprägnieren aufgebracht. In alternativer Weise kann die Imprägnierung sequentiell erfolgen, mit einer Erststufenimprägnierung mit einer Iridiumlösung und einer Zweitstufenimprägnierung mit einer Rhodiumlosung, oder in umgekehrter Reihenfolge.
  • Der Katalysator umfaßt Rhodium und Iridium in jeder geeigneten Menge, um das erforderliche Aktivitätsausmaß zu erreichen. Typisch umfaßt der Katalysator Rhodium und Iridium in einer Gesamtkonzentration im Bereich von 0,02 bis 10 Gew.-%, stärker bevorzugt von 0,1 bis 7,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Trägermaterials. Vorzugsweise liegt das Gewichtsverhältnis von Rhodium zu Iridium im Bereich von 0,1 bis 10, stärker bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 5, noch stärker bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 2.
  • Das Rhodium und das Iridium sind mit wenigstens einem anorganischen Metallkation in solcher Weise assoziiert, daß das anorganische Metallkation in inniger Verbindung vorliegt, aufgebracht auf oder mit dem Rhodium und Iridium, wie in der internationalen Patentanmeldung PCT/EP99/00324 beschrieben.
  • Das Kation ist unter Al, Mg, Zr, Ti, La, Hf, Si und Ba ausgewählt, von denen Zr bevorzugt wird. Das Kation liegt vorzugsweise in Form seines Oxids vor.
  • Die hier erfolgte Bezugnahme auf eine innige Verbindung des Kations bezieht sich auf dessen Inkorporierung auf oder mit dem Rhodium und Iridium in geeigneter Weise, wodurch deren katalytische Leistungseigenschaften modifiziert werden.
  • Zweckmäßig liegt daher die innige Verbindung von Kation mit Rhodium/Iridium an der Katalysatoroberfläche vor. Der Katalysator umfaßt das Kation zu Metall in einem Verhältnis von größer als oder gleich 1,0 an seiner Oberfläche, vorzugsweise von größer als oder gleich 2,0, stärker bevorzugt von größer als oder gleich 3,0 bis zu einem Maximum, das nur durch die Begrenzungen des Verfahrens zum Aufbau des Katalysators beschränkt wird, beispielsweise durch die Imprägnierung.
  • Das Rhodium und das Iridium liegen im wesentlichen als ein inniges Gemisch mit dem Metallkation oder als Schichten vor, die einem Gemisch ähnlich sind. Vorzugsweise liegt das Gemisch im wesentlichen als eine einzige Schicht oder als getrennte Cluster vor. Das Gemisch kann in dem gesamten Katalysatorbett vorliegen oder kann nur in bestimmten Bereichen des Katalysatorbettes zugegen sein, beispielsweise in der Leitkante eines Festbettes.
  • Die Stärke einer Schicht von Metallkation, wie vorstehend definiert, kann für eine optimale Wirkung ausgewählt werden und kann durch Messen der Selektivität der Reaktion und dergleichen bestimmt werden. Die Stärke liegt zweckmäßig in der Größenordnung von Mikrometer.
  • Der im Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzte Katalysator kann in jeder beliebigen Form vorliegen, vorzugsweise in der Form einer festen Anordnung, die gegenüber einem Fluid, insbesondere gegenüber einem Gas durchlässig ist. Zweckmäßig weist die feste Anordnung einen Hohlraumanteil im Bereich von 0,4 bis 0,95, vorzugsweise im Bereich von 0,6 bis 0,9 auf. Die feste Anordnung kann jede beliebige Form annehmen. In geeigne ter Weise ist das stromabwärtige Ende der festen Anordnung coplanar zum stromaufwärtigen Ende.
  • Beispiele für geeignete feste Anordnungen sind ein Festbett aus Katalysatorteilchen, eine poröse Monolithstruktur wie eine Bienenwabe oder ein Schaum, eine Anordnung aus Metalldraht oder -gitter oder Kombination hievon. Bevorzugte feste Anordnungen sind keramische Schäume. Geeignete keramische Schäume sind im Handel erhältlich, beispielsweise von Selee Inc., Hi- Tech und Dytech. Bevorzugte keramische Schäume weisen eine Porenanzahl pro cm im Bereich von 10 bis 120, stärker bevorzugt im Bereich von 20 bis 80 auf.
  • Im Verfahren der vorliegenden Erfindung liegt das kohlenwasserstoffhältige Einsatzmaterial in der Gasphase vor, wenn es mit dem Katalysator in Kontakt tritt. Das Einsatzmaterial kann Verbindungen enthalten, die unter den Standardbedingungen von Temperatur und Druck (d. h. bei 0ºC und 1 Atmosphäre) flüssig und/oder gasförmig sind.
  • Das Verfahren eignet sich ganz besonders zur Partialoxidation von Methan, Erdgas, Begleitgas oder anderen Quellen von leichten Kohlenwasserstoffen. In diesem Zusammenhang stellt der Ausdruck "leichte Kohlenwasserstoffe" einen Hinweis auf Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen dar. In vorteilhafter Weise kann das Verfahren auf die Umwandlung von Gas aus natürlich vorkommenden Methanreserven angewandt werden, die erhebliche Kohlendioxidmengen enthalten. Vorzugsweise umfaßt das Einsatzmaterial Methan in einer Menge von wenigstens 50 Vol.-%, stärker bevorzugt wenigstens 70 Vol.-%, insbesondere wenigstens 80 Vol.-%.
  • Das Verfahren ist auch zur Umwandlung von Einsatzmaterialien geeignet, die beim Kontaktieren des Katalysators während des Betriebes gasförmig sind, unter Standardbedingungen von Tempe ratur und Druck aber flüssig sind. Typisch weisen diese Einsatzmaterialien eine mittlere Kohlenstoffanzahl von wenigstens 6 auf und enthalten bis zu 25 Kohlenstoffatome in ihren Molekülen. Beispiele für derartige Einsatzmaterialien sind Kohlenwasserstoffe, die im Bereich von 50ºC bis 500ºC, vorzugsweise im Bereich von 60ºC bis 350ºC sieden. Das Verfahren eignet sich ganz besonders zur Partialoxidation von Naphtha- Einsatzmaterialien, die zwischen 35 und 150ºC sieden, von Kerosin-Einsatzmaterialien, die zwischen 150ºC und 200ºC sieden, oder von synthetischen Gasöl-Einsatzmaterialien, die zwischen 200ºC und 500ºC, insbesondere zwischen 200ºC und 300ºC sieden.
  • Es ist möglich, in den Einsatzmaterialien ein kohlenwasserstoffhältiges Material vorliegen zu haben, das unter Standardbedingungen von Temperatur und Druck gasförmig ist, zusammen mit einem Material, das unter Standardbedingungen von Temperatur und Druck flüssig ist und eine mittlere Kohlenstoffanzahl von wenigstens 6 aufweist.
  • Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch ausgeführt werden, wenn das Einsatzmaterial Oxygenate enthält (die gasförmig sind und weniger als 6 Kohlenstoffatome enthalten und/oder die unter Standardbedingungen von Temperatur und Druck flüssig sind und eine mittlere Kohlenstoffanzahl von wenigstens 6 aufweisen). Oxygenate, die als (Teil des) Einsatzmaterial(s) im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden sollen, sind definiert als Moleküle, die, abgesehen von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen, wenigstens ein Sauerstoff atom enthalten, das an entweder ein oder zwei Kohlenstoffatome oder an ein Kohlenstoffatom und ein Wasserstoffatom gebunden ist. Beispiele für geeignete Oxygenate umfassen Methanol, Ethanol, Dimethylether und dergleichen.
  • Als Einsatzmaterial im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung können auch Gemische von Kohlenwasserstoffen und Oxygenaten, wie vorstehend definiert, verwendet werden.
  • Das kohlenwasserstoffhältige Einsatzmaterial wird als ein Gemisch mit einem sauerstoffhältigen Gas mit dem Katalysator in Kontakt gebracht. Geeignete Sauerstoffhältige Gase sind Luft, Sauerstoff angereicherte Luft oder reiner Sauerstoff. Das Einsatzgemisch kann gegebenenfalls Dampf umfassen. Gewünschtenfalls kann das Einsatzgemisch Kohlendioxid in einer Konzentration von bis zu 60 Vol.-% des gesamten Einsatzmaterialgemisches umfassen, insbesondere 0,1 bis 40 Vol.-%.
  • Das kohlenwasserstoffhältige Einsatzmaterial und das sauerstoffhältige Gas liegen in dem Einsatzmaterial vorzugsweise in solchen Mengen vor, daß ein Sauerstoff/Kohlenstoff-Verhältnis im Bereich von 0,3 bis 0,8, stärker bevorzugt im Bereich von 0,45 bis 0,75 erhalten wird. Die hier erfolgenden Bezugnahme auf das Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnis bezieht sich auf das Verhältnis von Sauerstoff in Form von Molekülen (O&sub2;) zu den im Kohlenwasserstoffmaterial vorliegenden Kohlenstoffatomen. Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnisse im Bereich des stöchiometrischen Verhältnisses von 0,5, d. h. Verhältnisse im Bereich von 0,45 bis 0,65, werden speziell bevorzugt. Wenn Oxygenateinsatzmaterialien verwendet werden, beispielsweise Methanol, können Sauerstoff-zu-Kohlenstoff-Verhältnisse von unter 0,3 in geeigneter Weise angewandt werden. Wenn in dem Einsatzmaterial Dampf zugegen ist, liegt das Dampf-zu- Kohlenstoff-Verhältnis vorzugsweise im Bereich von über 0,0 bis 3,0, stärker bevorzugt von 0,0 bis 2,0. Das kohlenwasserstoffhältige Einsatzmaterial, das sauerstoffhältige Gas und Dampf, soferne zugegen, werden vorzugsweise gut vermischt, bevor sie mit dem Katalysator in Kontakt gebracht werden. Das Einsatzgemisch wird vorzugsweise vorgewärmt, bevor es mit dem Katalysator in Kontakt tritt.
  • Das Einsatzmaterial wird mit dem Katalysator bevorzugt unter adiabatischen Bedingungen in Kontakt gebracht. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ist der Ausdruck "adiabatisch" ein Hinweis auf Reaktionsbedingungen, unter denen im wesentlichen alle Wärmeverluste und Abstrahlung aus der Reaktionszone vermieden werden, ausgenommen die Wärme, die im gasförmigen Abstrom den Reaktor verläßt. Eine substantielle Vermeidung sämtlicher Wärmeverluste bedeutet, daß die Wärmeverluste höchstens 5% des Nettoheizwertes des Einsatzgemisches betragen, vorzugsweise höchstens 1% des Nettoheizwertes.
  • Die optimalen Druck-, Temperatur- und Gasraumgeschwindigkeitswerte können mit der Größe und dem Zweck des katalytischen Partialoxidationsverfahrens variieren. Im allgemeinen werden strengere Bedingungen, d. h. höherer Druck, höhere Temperatur und höhere Raumgeschwindigkeit, für eine großtechnische kommerzielle Herstellung von Synthesegas angewandt, beispielsweise zur Anwendung in der Fischer-Tropsch-Kohlenwasserstoffsynthese oder für die Methanolsynthese, als für Anwendungen in kleinerem Maßstab, wie die Lieferung von Wasserstoff für Brennstoffzellen.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann bei jedem geeigneten Druck ausgeführt werden. Für Anwendungen in größerem Maßstab werden am zweckmäßigsten erhöhte Drücke, d. s. Drücke, die deutlich über dem Atmosphärendruck liegen, angewandt. Das Verfahren wird vorzugsweise bei Drücken im Bereich von 1 bis 150 bar absolut betrieben. Stärker bevorzugt wird das Verfahren bei Drücken im Bereich von 2 bis 100 bar absolut, insbesondere von 5 bis 50 bar absolut ausgeführt.
  • Im Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Einsatzmaterial vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 750 bis 1.400ºC mit dem Katalysator in Kontakt gebracht. Die hier er folgende Bezugnahme auf die Temperatur ist jene Temperatur, mit der das Gas den Katalysator verläßt. Unter den bevorzugten Bedingungen eines hohen Druckes, die in großtechnisch betriebenen Verfahren vorherrschen, wird das Einsatzmaterial vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 850 bis 1.350ºC, stärker bevorzugt von 900 bis 1.300ºC mit dem Katalysator in Kontakt gebracht.
  • Das Einsatzmaterial kann während der Ausführung des Verfahrens bei jeder geeigneten Raumgeschwindigkeit zugeführt werden. Es stellt einen Vorteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung dar, daß sehr hohe Gasraumgeschwindigkeiten erreicht werden können. Die Gasraumgeschwindigkeiten für das Verfahren liegen somit (ausgedrückt in Normalliter Gas pro Kilogramm Katalysator pro Stunde, wobei Normalliter auf Liter unter STP-Bedingungen Bezug nimmt, d. s. 0ºC und eine Atmosphäre) vorzugsweise im Bereich von 20.000 bis 100.000.000 Nl/kg/h, stärker bevorzugt im Bereich von 50.000 bis 50.000.000 Nl/kg/h, noch stärker bevorzugt im Bereich von 100.000 bis 30.000.000 Nl/kg/h. Raumgeschwindigkeiten im Bereich von 500.000 bis 10.000.000 Nl/kg/h sind für das Verfahren der vorliegenden Erfindung besonders geeignet.
  • Die Erfindung wird nunmehr anhand der nachfolgenden Beispiele weiter erläutert.
    • BEISPIEL Katalysatorherstellung Katalysator 1
  • Ein keramischer Schaum (Ce-ZTA; von Selee) mit einem Gehalt an 25 Poren pro cm (65 ppi) wurde zerkleinert und die 0,17 bis 0,55 mm großen Teilchen (Fraktion 30 bis 80 mesh) wurde mit einer wäßrigen Lösung imprägniert, die 4,2 Gew.-% Rh (als Rhodiumtrichlorid), 4,2 Gew.-% Ir (als Iridiumtetrachlorid) und 11,4 Gew.-% Zr (als Zirkonnitrat) enthielt. Der imprägnierte Schaum wurde bei 140ºC getrocknet und zwei Stunden bei 700ºC calciniert. Der erhaltene Schaum umfaßte 2,5 Gew.-% Rh, 2,5 Gew.-% Ir und 7,0 Gew.-% Zr.
    • Katalysator 2
  • Die zur Herstellung des Katalysators 1 eingehaltene Vorgangsweise wurde wiederholt, mit dem Unterschied, daß die wäßrige Lösung 2,8 Gew.-% Rh, 5,3 Gew.-% Ir und 12,1 Gew.-% Zr enthielt, was zu einem Schaum mit einem Gehalt an 1,8 Gew.-% Rh, 3,3 Gew.-% Ir und 7 Gew.-% Zr führte.
    • Katalysator 3
  • Die zur Herstellung des Katalysators 1 angewandte Vorgangsweise wurde wiederholt, außer daß die wäßrige Lösung 8,5 Gew.-% Ir (als Iridiumtetrachlorid) und 11,9 Gew.-% Zr (als Zirkonnitrat) enthielt, was zu einem Schaum mit einem Gehalt an 5,0 Gew.-% Ir und 7,0 Gew.-% Zr führte.
    • Katalysator 4
  • Die zur Herstellung des Katalysators 1 angewandte Vorgangsweise wurde wiederholt, außer daß die wäßrige Lösung 7,9 Gew.-% Rh (als Rhodiumtrichlorid) und 10,9 Gew.-% Zr (als Zirkonnitrat) enthielt, was zu einem Schaum mit einem Gehalt an 5,0 Gew.-% Rh und 7,0 Gew.-% Zr führte.
    • Katalytische Partialoxidation Versuch 1 (gemäß der Erfindung)
  • Ein Reaktorrohr von 6 mm Durchmesser wurde mit 476 mg Katalysator 1 gefüllt. Stickstoff (720 Nl/h), Sauerstoff (340 Nl/h) und Methan (557 Nl/h) wurden gründlich gemischt und auf eine Temperatur von 240ºC vorgewärmt. Das vorgewärmte Gemisch wurde bei einem Druck von 11 bar absolut dem Reaktor zugeführt. Die Methanumwandlung wurde 170 Stunden lang verfolgt. Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt.
    • Versuch 2 (gemäß der Erfindung)
  • Es wurde ein katalytisches Partialoxidationsverfahren mit 476 mg Katalysator 2 unter den gleichen Bedingungen, wie im Versuch 1 beschrieben, ausgeführt. Die Methanumwandlung wurde 400 Stunden lang verfolgt. Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt.
    • Versuch 3 (nicht erfindungsgemäß)
  • Unter den gleichen Bedingungen, wie im Versuch 1 beschrieben, wurde ein katalytisches Partialoxidationsverfahren mit 447 mg Katalysator 3 ausgeführt. Die Methanumwandlung wurde 160 Stunden lang verfolgt. Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt.
    • Versuch 4 (nicht erfindungsgemäß)
  • Unter den gleichen Bedingungen, wie im Versuch 1 beschrieben, wurde ein katalytisches Partialoxidationsverfahren mit 452 mg Katalysator 4 ausgeführt. Die Methanumwandlung wurde 200 Stunden lang verfolgt. Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt.
  • Die Fig. 1 zeigt die Methanumwandlung gegen die Versuchsdauer für die Versuche 1 bis 4 (bezeichnet mit 1, 2, 3 bzw. 4). Die Y-Achse zeigt den Prozentsatz der Methanumwandlung, die X- Achse zeigt die Betriebsstunden an. Aus Fig. 1 ist zu entnehmen, daß in einem katalytischen Partialoxidationsverfahren ein Katalysator, der sowohl Rhodium als auch Iridium als katalytisch aktives Metall umfaßt, eine höhere Methanumwandlung und eine verbesserte Stabilität im Vergleich mit Katalysatoren zeigt, die entweder Rhodium oder Iridium enthalten.

Claims (8)

1. Verfahren zur katalytischen Partialoxidation eines kohlenwasserstoffhältigen Ausgangsmaterials, welches Verfahren ein Inkontaktbringen eines das kohlenwasserstoffhältige Ausgangsmaterial und ein sauerstoffhältiges Gas umfassenden Einsatzmaterials mit einem Katalysator umfaßt, der Rhodium und Iridium in inniger Verbindung miteinander umfaßt, welcher Katalysator auch wenigstens ein anorganisches Metallkation, ausgewählt unter Al, Mg, Zr, Ti, La, Hf, Si und Ba, umfaßt, welches Kation in inniger Verbindung, aufgebracht auf oder mit dem Rhodium und Iridium, vorliegt, wobei das Verhältnis von Kation zu Rhodium und Iridium größer als oder gleich 1,0 beträgt und worin Rhodium, Iridium und das Kation auf ein Katalysatorträgermaterial aufgebracht sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Katalysatorträgermaterial ein feuerfestes Oxid ist, vorzugsweise ein feuerfestes Oxid auf Zirkoniumoxidbasis, stärker bevorzugt ein stabilisiertes oder partiell stabilisiertes Zirkoniumoxid.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin der Katalysator Rhodium und Iridium in einem Verhältnis (Gewicht/Gewicht) von 0,1 bis 10, vorzugsweise von 0,2 bis 5, stärker bevorzugt von 0,5 bis 2 umfaßt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das anorganische Kation Zr ist.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das kohlenwasserstoffhältige Ausgangsmaterial und das sauerstoffhältige Gas in Mengen vorliegen, die ein Sauerstoff- zu-Kohlenstoff-Verhältnis von 0,3 bis 0,8, vorzugsweise von 0,45 bis 0,75 ergeben.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Einsatzmaterial bei einer Temperatur im Bereich von 750 bis 1.400ºC, vorzugsweise von 850 bis 1.350ºC, stärker bevorzugt von 900 bis 1.300ºC mit dem Katalysator in Kontakt gebracht wird.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Einsatzmaterial bei einem Druck im Bereich von 1 bis 150 bar absolut, vorzugsweise von 2 bis 100 bar absolut, stärker bevorzugt von 5 bis 50 bar absolut mit dem Katalysator in Kontakt gebracht wird.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das Einsatzmaterial bei einer Gasraumgeschwindigkeit im Bereich von 20.000 bis 100.000.000 Nl/kg/h, vorzugsweise von 50.000 bis 50.000.000 Nl/kg/h, stärker bevorzugt von 100.000 bis 30.000.000 Nl/kg/h, stärker bevorzugt von 500.000 bis 10.000.000 Nl/kg/h, mit dem Katalysator in Berührung gebracht wird.
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