DE974205C - Process for the production of spherical catalysts or catalyst carriers with a diameter between 10 and 200ª - Google Patents
Process for the production of spherical catalysts or catalyst carriers with a diameter between 10 and 200ªInfo
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Description
(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)
AUSGEGEBEN AM 20. OKTOBER 1960ISSUED OCTOBER 20, 1960
gg IVa /12g D gg IVa / 12g D
Bei katalytischem Verfahren mit bewegten Kontakten, z. B. beim Spalten, Reformieren, Hydrieren, Dehydrieren, Cyclisieren, Aromatisieren, Alkylieren, Isomerisieren, Polymerisieren, Entschwefeln von Erdölprodukten, Kohleteerprodukten und verwandten Stoffen, werden nach einer üblichen Ausführungsform die Katalysatorteilchen im Gleichstrom oder Gegenstrom mit dem fließenden, zu behandelnden Material durch den Reaktionsraum hindurchgeführt. Anschließend werden Katalysatorteilchen und Reaktionsprodukte voneinander getrennt, und der Katalysator wird in einer gesonderten Zone regeneriert, bevor er in das Reaktionsgefäß zurückkehrt.In the case of a catalytic process with moving contacts, e.g. B. in splitting, reforming, hydrogenating, dehydrating, Cyclizing, aromatizing, alkylating, isomerizing, Polymerizing, desulphurising of petroleum products, coal tar products and related substances, According to a customary embodiment, the catalyst particles are in cocurrent or countercurrent passed through the reaction space with the flowing material to be treated. Afterward the catalyst particles and reaction products are separated from one another, and the catalyst is in regenerated in a separate zone before returning to the reaction vessel.
Es wurde nun gefunden, daß sich für derartige katalytische Verfahren besonders geeignete kugelförmige, einen Durchmesser zwischen 10 und 200 μ aufweisende Katalysatoren oder Katalysatorträger dadurch herstellen lassen, daß in bekannter Weise hergestellte Hydrogele oder Hydrogelgemische ausgewaschen, in Wasser dispergiert und anschließend einer Zerstäubungstrocknung unterworfen werden.It has now been found that spherical catalysts or catalyst supports which are particularly suitable for such catalytic processes and have a diameter between 10 and 200 μ can be produced by washing out hydrogels or hydrogel mixtures produced in a known manner, dispersing them in water and then subjecting them to spray drying.
Katalysatorteilchen in Kugelform mit den angegebenen Abmessungen, die sich für die Verwendung von Fließkontakt-Verfahren eignen, können gemäß der Erfindung aus Materialien, wie Oxyden, Sulfiden und basischen Sulfiden von Eisen, Chrom, Wismut, Bor,Catalyst particles in spherical shape with the specified dimensions, which are suitable for the use of Flow contact methods are suitable, according to the invention from materials such as oxides, sulfides and basic sulphides of iron, chromium, bismuth, boron,
009 622/14009 622/14
Aluminium, Gallium, Kupfer, Nickel, Beryllium, Titan Indium, Zirkon, Thorium, Cer, Scandium, Vanadium. Mangan, Magnesium, Silicium, Lantan, Germanium, Zinn, Tantal, Molybdän, Wolfram und deren Mischungen hergestellt werden.Aluminum, gallium, copper, nickel, beryllium, titanium Indium, zircon, thorium, cerium, scandium, vanadium. Manganese, Magnesium, Silicon, Lantan, Germanium, Tin, tantalum, molybdenum, tungsten and their mixtures can be produced.
Man kann auch Hydrogele, die sich von zwei oder mehr Oxyden der in Betracht kommenden Elemente ableiten, herstellen, indem man Lösungen mehrerer löslicher Salze der katalytischen Stoffe mit Alkali oderOne can also use hydrogels that are made up of two or more oxides of the elements in question derive, produce by mixing several soluble salts of the catalytic substances with alkali or solutions
ίο Säure (je nach dem in Frage kommenden katalytisch wirkenden Material) in solcher Menge und Konzentration umsetzt, daß sich ein aus einem gemischten Hydrogel entstehendes Reaktionsprodukt bildet. Das Hydrogel wird vor der weiteren Behandlung ausgewaschen. Das Waschen wird mit heißem oder kaltem Wasser und durch (gegebenenfalls mehrmaliges) Dekantieren oder Filtrieren usw. vorgenommen. In den nachstehenden Beispielen wird die Herstellung von für die Durchführung der Erfindung geeigneten Hydrogelen erläutert.ίο acid (depending on the catalytic acting material) in such an amount and concentration that one of a mixed Hydrogel formed reaction product forms. The hydrogel is used before further treatment washed out. Washing is done with hot or cold water and by (several times if necessary) Decanting or filtering, etc. made. In the examples below, the preparation illustrated by hydrogels suitable for carrying out the invention.
Beispiel ιExample ι
Zur Herstellung eines Zinnoxydgels fügt man eine wäßrige Lösung von 3 bis 7 Gewichtsprozent Natriumstannat, einer Säurelösung, beispielsweise Salzsäure oder Schwefelsäure, zu, bis die Wasserstoff-Ionen-Konzentration dieser Mischung innerhalb des Bereichs von 1Z10 bis 5I10 Mol/l liegt; während der Reaktion wird lebhaft gerührt. Das so gebildete Sol koaguliert in kurzer Zeit nach Beendigung der Reaktion und bildet das Hydrogel.To prepare a tin oxide gel, an aqueous solution of 3 to 7 percent by weight sodium stannate, an acid solution, for example hydrochloric acid or sulfuric acid, is added until the hydrogen ion concentration of this mixture is within the range from 1 10 to 5 10 mol / l ; vigorous stirring is carried out during the reaction. The sol formed in this way coagulates in a short time after the end of the reaction and forms the hydrogel.
Das Hydrogel des Titanoxyds wird in der im Beispiel ι beschriebenen Weise aus Natriumtitanat hergestellt. The hydrogel of titanium oxide is produced from sodium titanate in the manner described in Example ι.
Zur Herstellung des Hydrogels von Wolframoxyd fügt man unter lebhaftem Rühren eine Lösung von 3 bis 8 Gewichtsprozent Natriumwolframat zu Schwefel- oder Salzsäure zu, wobei sich ein Niederschlag bildet. Hierzu ist nur eine kleine Menge Säure notwendig. Die Reaktionsmasse wird so lange gerührt, bis sich der Niederschlag wieder löst, woraufhin mehr Säure hinzugefügt wird; die Gesamtmenge an anzuwendender Säure wird so bemessen, daß sich nach Beendigung der Reaktion eine Endacidität von 0,1 η bis 0,5 η ergibt. Bei dieser Acidität koaguliert die Reaktionsmischung bzw. das Sol bei Raumtemperatur unter Bildung eines Hydrogels von Wolframoxyd innerhalb weniger als 30 Minuten.To prepare the hydrogel from tungsten oxide, a solution of is added with vigorous stirring 3 to 8 percent by weight of sodium tungstate to sulfuric or hydrochloric acid, with a precipitate forms. Only a small amount of acid is required for this. The reaction mass is stirred for so long until the precipitate dissolves again, after which more acid is added; the total amount to be applied Acid is measured in such a way that, after the reaction has ended, a final acidity of 0.1 η results in up to 0.5 η. At this acidity, the reaction mixture or the sol coagulates at room temperature forming a hydrogel of tungsten oxide within less than 30 minutes.
Durch Vermischen gleicher Mengen einer wäßrigen Lösung von Aluminiumsulfat, die etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent des Salzes enthält, mit einer 1 n-Lösung eines Alkalis, beispielsweise einer Natriumhydroxydoder Ammoniumhydroxydlösung stellt man das Hydrogel von Aluminiumoxyd her. Die Reaktion wird vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 0 bis 5° C unter Rühren durchgeführt. Das Aluminiumoxyd fällt als hydratisiertes Gel an..By mixing equal amounts of an aqueous solution of aluminum sulfate that is about 5 to 10 percent by weight of the salt contains, with a 1N solution of an alkali, for example a sodium hydroxide or Ammonium hydroxide solution is used to make the hydrogel of aluminum oxide. The reaction will preferably carried out at a temperature of about 0 to 5 ° C with stirring. The aluminum oxide occurs as a hydrated gel ..
Man kann Aluminiumoxydgele auch nach der Methode der Beispiele 1 und 2 in Verbindung mit der Herstellung von Zinnoxyd- und Titanoxydgel herstellen, indem man Natriumaluminat als Ausgangsmaterial verwendet.You can also use the method of Examples 1 and 2 in conjunction with the aluminum oxide gels Manufacture of tin oxide and titanium oxide gel using sodium aluminate as the starting material used.
Durch intensives Vermischen einer io%igen Salzsäurelösung und einer Natriumsilicatlösung mit einem spezifischen Gewicht zwischen 1,1 und 1,3 stellt man ein Kieselsäuresol her, welches bei 500 C unter Gelbildung innerhalb von 30 bis 60 Minuten koaguliert.Intensive mixing of a 10% hydrochloric acid solution and a sodium silicate solution with a specific gravity between 1.1 and 1.3 produces a silica sol which coagulates at 50 ° C. with gel formation within 30 to 60 minutes.
Das in an sich bekannter Weise erhaltene Hydrogel bzw. die Mischung von Hydrogelen wird nach der beschriebenen Waschbehandlung in Wasser dispergiert und mittels einer geeigneten Versprühungs- oder Zerstäubungsanlage als Nebel in ein Gas von solcher Temperatur eingeführt, daß Trocknung wenigstens bis zu dem Punkt bewirkt wird, bei welchem die Kugelform der Nebelteilchen stabilisiert ist.The hydrogel or the mixture of hydrogels obtained in a manner known per se is after described washing treatment dispersed in water and by means of a suitable spraying or Atomizer introduced as a mist in a gas of such temperature that drying at least is effected to the point at which the spherical shape of the mist particles is stabilized.
In vielen Fällen ist es vorteilhaft, die Katalysatorteüchen in dieser Stufe des Verfahrens vollständig zu trocknen. Es kann aber auch manchmal zweckmäßig sein, die Teilchen in dieser Stufe nur teilweise bis zu einem die Stabilisierung ihrer Form gewährleistenden Grad zu trocknen und die Entwässerung dann in einem Drehofen zu vervollständigen.In many cases it is beneficial to use the catalyst cake completely dry at this stage of the process. But it can also be useful at times be, the particles in this stage only partially up to a stabilization of their shape guaranteed Degrees to dry and then complete the drainage in a rotary kiln.
Die Teilchengröße kann nach Belieben durch die Bedingungen bei der Zerstäubung in an sich bekannter Weise geregelt werden. Vorteilhaft für das Trocknen des Sprühnebels sind Temperaturen der Trocknungsluft in der Größenordnung von 90 bis 5400 C. Es können auch unter Umständen höhere Temperaturen bis etwa 8oo° C zweckmäßig sein, insbesondere wenn eine kurze Verweilzeit des Katalysators in der Trocknungsstufe gewünscht wird.The particle size can be regulated as desired by the conditions during the atomization in a manner known per se. Advantageous for drying of the spray are temperatures of the drying air in the range 90-540 0 C. It can be advantageous to about 8oo ° C, higher temperatures may also, in particular when a short residence time of the catalyst is desired in the drying step.
Wenn die Katalysatorteilchen in der Zerstäubungsstufe nur bis zur Erzielung der Formbeständigkeit vorgetrocknet werden sollen, können oft Temperaturen wesentlich unter 900 C bis herab zu Raumtemperatur genügen.If the catalyst particles are only to be pre-dried in the atomization stage until dimensional stability is achieved, temperatures significantly below 90 ° C. down to room temperature can often suffice.
Ein Verfahren zur Herstellung kugelförmiger Kieselsäure - Aluminiumoxyd - Katalysatorteilchen, welche insbesondere zum Spalten von Erdölprodukten in Fließkontaktverfahren geeignet sind, ist in der Zeichnung veranschaulicht.A process for making spherical silica-alumina catalyst particles which are particularly suitable for splitting petroleum products in flow contact processes is shown in the drawing illustrated.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird eine Natriumsüikatlösung mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,2 aus dem Lagerbehälter 1 in das Gefäß 4 übergeführt, das mit Rührer 10 ausgerüstet ist, und dort mit einer wäßrigen Salzsäurelösung (10 Gewichtsprozent) aus Behälter 2 vermischt. Aus dem Behälter 5 wird eine wäßrige Lösung mit 7 Gewichtsprozent Aluminiumsulfat in das mit Rührer 11 versehene •ef äß 8 eingeleitet und dort mit einer 1 n-Lösung von Ammoniumhydroxyd aus Behälter 6 zusammenbracht. Aus den Gefäßen 4 und 8 gelangen die Mischungen, die im wesentlichen Kieselsäurehydrogel bzw. Aluminiumoxydhydrogel enthalten, in das mitIn the illustrated embodiment, a sodium silicate solution with a specific gravity is used of about 1.2 transferred from the storage container 1 into the vessel 4, which is equipped with a stirrer 10, and mixed there with an aqueous hydrochloric acid solution (10 percent by weight) from container 2. From the container 5 an aqueous solution containing 7 percent by weight of aluminum sulfate is poured into the 11 provided with stirrer • ef äß 8 initiated and there with a 1N solution of ammonium hydroxide from container 6. From the vessels 4 and 8 get the Mixtures that essentially contain silicic acid hydrogel or aluminum oxide hydrogel, in the with
Rührer 12 versehene Gefäß 9. Aus diesem Gefäß wird das Gemisch zu einem kontinuierlichen Filter 13 geleitet, in welchem die Hydrogelmischung zwecks Entfernung der verbliebenen Verunreinigungen, insbesondere von Sulfaten und Chloriden, erschöpfend gewaschen wird. Die gewaschene Gelmischung wird in das mit Rührer 15 versehene Gefäß 14 übergeführt, wo sie in Wasser dispergiert wird. Aus Gefäß 14 gelangt die so erhaltene Geldispersion in den Behälter 16, aus dem sie durch Leitung 18 unter einem Druck von ungefähr 140 at mit Hilfe der Pumpe 17 zu einer Sprühdüse 19 geführt wird, welche die Dispersion in den oberen Teil des Zyklons 20 sprüht. Hier erfolgt durch die über Leitung 21 in den Zyklon eintretende heiße Luft oder heißes Rauchgas eine rasche Verdampfung des Wassers aus den Nebelteilchen, und es verbleiben kugelförmige Aluminiumoxyd-Kieselsäureteilchen, die aus dem Zyklon 20 durch Leitung 22 in den Drehofen 23 gelangen, wo sie vollständig getrocknet werden. Aus ao dem Ofen 23 gelangen die fertigen kugelförmigen Katalysatorteilchen durch Leitung 24 in den Lagerbehälter 25.Vessel 9 provided with stirrer 12. From this vessel the mixture is passed to a continuous filter 13, in which the hydrogel mixture for the purpose of removing the remaining impurities, in particular from sulphates and chlorides, is washed exhaustively. The washed gel mixture will transferred into the vessel 14 provided with stirrer 15, where it is dispersed in water. The gel dispersion obtained in this way reaches the container 16 from the vessel 14, from which it passes through line 18 under a pressure of approximately 140 atm with the aid of the pump 17 to a spray nozzle 19, which sprays the dispersion into the upper part of the cyclone 20. This is done by the hot air or hot flue gas entering the cyclone via line 21 causes rapid evaporation of the water from the mist particles, and spherical alumina-silicic acid particles remain pass from the cyclone 20 through line 22 into the rotary kiln 23, where they are completely dried. the end Ao the furnace 23, the finished spherical catalyst particles pass through line 24 into the storage container 25th
Wenn an der Stelle 19 der Apparatur ein Gaszerstäuber verwendet wird, sollte, wie bei 7 angedeutet, eine Gaszuleitung vorgesehen sein, durch welche Luft oder Rauchgas oder ein ähnliches zerstäubendes Medium unter Druck zugeführt werden kann.If at point 19 of the apparatus a gas atomizer is used, as indicated at 7, a gas feed line should be provided through which air or flue gas or a similar atomizing medium can be supplied under pressure.
Geringe Mengen von Aluminiumoxyd-Kieselsäure-Feinstteilchen, die im Zyklon 20 entstehen können, treten mit den Abgasen über die Leitung 26 in den zweiten Zyklon 27 über, wo der Hauptteil der Feinstteilchen aus der Gas-Wasserdampf-Mischung abgeschieden wird, welche aus Zyklon 27 durch die Leitung 29 austritt. Die im Zyklon 27 gesammelten Feinstteilchen werden durch Leitung 28 zum Behälter 14 zurückgeführt, wo sie der Hydrogeldispersion zugeführt werden. Diese Teilchen werden dabei wenigstens teilweise zu einer für -die Versprühung geeigneten Form rehydratisiert. Sofern die Feinstteilchen hierfür ungeeignet sind, können sie durch die Leitung 3 aus dem System entfernt werden.Small amounts of fine aluminum oxide-silica particles that can arise in cyclone 20, enter the second cyclone 27 with the exhaust gases via the line 26, where the main part of the fine particles is separated from the gas-water vapor mixture, which from cyclone 27 through the Line 29 exits. The fine particles collected in cyclone 27 are conveyed through line 28 to the container 14 returned, where they are fed to the hydrogel dispersion. These particles are doing it at least partially rehydrated to a form suitable for spraying. If the very fine particles are unsuitable for this, they can be removed from the system through line 3.
Spuren von Aluminiumoxyd-Kieselsäure-Feinstteilchen, die nicht im Zyklon 27 niedergeschlagen werden, gelangen mit der austretenden Gas-Wasserdampf-Mischung durch Leitung 29 zu einem Elektrofilter 30, in dem die Feinstteilchen praktisch vollständig entfernt werden. Die hier niedergeschlagenen Teilchen gelangen durch die Leitung 31 und 28 in Behälter 14. Das von Feinstteilchen befreite Gas-Wasserdampf-Gemisch wird durch Leitung 32 abgeführt.Traces of fine alumina-silica particles that were not precipitated in cyclone 27 with the escaping gas-water vapor mixture pass through line 29 to an electrostatic precipitator 30, in which the fine particles are practically completely removed. The ones down here Particles pass through lines 31 and 28 into container 14. The gas-water vapor mixture freed from the finest particles is discharged through line 32.
Bei der Herstellung von Trägerkatalysatoren, wie beispielsweise Borsäure auf Aluminiumoxyd, werden kugelförmige Aluminiumoxydteilchen od. dgl. in der oben beschriebenen Weise gebildet, und anschließend wird Borsäuremit den getrockneten Teilchen vermischt, worauf die imprägnierten Teilchen weiter getrocknet werden. Borsäure kann auch zu einem Aluminiumoxydgel zugesetzt werden, bevor die kugelförmigen Teilchen gebildet werden. In entsprechender Weise können andere Trägerkatalysatoren durch Imprägnieren kugelförmiger Teilchen mit einer geeigneten saueren, alkalischen oder neutralen Verbindung bzw. Mischung des aufzubringenden Materials hergestellt werden.In the production of supported catalysts, such as boric acid on aluminum oxide, are spherical alumina particles or the like formed in the manner described above, and then boric acid is mixed with the dried particles, whereupon the impregnated particles are further dried will. Boric acid can also be added to an alumina gel before the spherical Particles are formed. In a corresponding manner, other supported catalysts can be impregnated spherical particles with a suitable acidic, alkaline or neutral compound or mixture of the material to be applied.
Nach der Erfindung hergestellte kugelförmige Katalysatoren können in den verschiedenartigsten Ausführungsformen von Verfahren mit bewegten Katalysatoren verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist ihre Verwendung bei Fließkontaktverfahren mit Regenerierung, d. h. bei Verfahren, bei denen ein Katalysator mit Hilfe eines Dampfes oder einer Flüssigkeit von einer Reaktionszone in eine Regenerationszone und wieder zurück zur Reaktionszone geführt wird.Spherical catalysts produced according to the invention can be of the most varied Embodiments of methods with moving catalysts can be used. Particularly beneficial is their use in flow contact processes with regeneration, i. H. in proceedings in which a catalyst with the aid of a vapor or a liquid from a reaction zone to a regeneration zone and is passed back to the reaction zone.
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