EP1648602A1 - Beschichteter katalysator-trägerkörper - Google Patents

Beschichteter katalysator-trägerkörper

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Publication number
EP1648602A1
EP1648602A1 EP04763669A EP04763669A EP1648602A1 EP 1648602 A1 EP1648602 A1 EP 1648602A1 EP 04763669 A EP04763669 A EP 04763669A EP 04763669 A EP04763669 A EP 04763669A EP 1648602 A1 EP1648602 A1 EP 1648602A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coating
catalyst carrier
carrier body
catalyst
oxygen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04763669A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Torsten Balduf
Armin Lange De Oliveira
Werner Burkhardt
Guido Stochniol
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Degussa GmbH
Stockhausen GmbH
Chemische Fabrik Stockhausen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Degussa GmbH, Stockhausen GmbH, Chemische Fabrik Stockhausen GmbH filed Critical Degussa GmbH
Publication of EP1648602A1 publication Critical patent/EP1648602A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C07C45/33—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties
    • C07C45/34—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties in unsaturated compounds
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    • B01J2219/32466—Composition or microstructure of the elements comprising catalytically active material
    • B01J2219/32475—Composition or microstructure of the elements comprising catalytically active material involving heat exchange

Definitions

  • the invention relates to a catalyst carrier body which has a surface on which a coating is provided.
  • Such catalyst carrier bodies are used for the catalytic conversion of reactants, for example in the partial oxidation of propene and acrolein to acrolein or acrylic acid.
  • the invention further relates to a process for the production of a coating for a catalyst carrier body, a process for the production of an organic molecule having at least one double bond and oxygen, a process for the production of a water-absorbing polymer, a process for the production of a water-absorbent hygiene article and chemical products or the like Use of (meth) acrylic acid in chemical products.
  • Reactors for carrying out catalyzed endothermic or exothermic reactions are known in the prior art in various forms.
  • the reaction partners are usually guided past free-flowing catalyst particles (bulk material) which are arranged in a reaction space.
  • the reactants are brought into contact with the catalyst, which promotes conversion. Due to the fact that such reactions often only take place in a certain (albeit possibly lower) temperature range with a high conversion rate, it is particularly important to maintain precisely these temperatures over the longest possible period. It is of particular interest here to ensure sufficient heat dissipation in the case of exothermic chemical reactions in order to avoid an uncontrolled course of the chemical reactions.
  • DE 101 08 380 discloses a reactor for carrying out catalyzed chemical reactions with a heat exchanger which has reaction and heat transport spaces which are separated from one another by thermal plates.
  • the catalyst is applied in the form of a thin layer on at least a part of the surface of the thermal plates which faces the reaction space.
  • the reactor described there has a significantly smaller surface for heat exchange, which can initiate a catalytic reaction with the reactants with regard to the gas stream flowing past.
  • the reactor described in this document has the disadvantage that the catalyst is applied to the inside of the thermal sheets. This is particularly disadvantageous when the catalysts are used to produce acrylic acid from propene, since the carbon deposits that inevitably result from this reaction are difficult to remove from the interior of the thermal sheets and these deposits can clog the flow channels inside the thermal sheet after longer operating times ,
  • the object of the present invention is to eliminate the technical problems known from the prior art.
  • a method for producing such catalyst carrier bodies is to be specified which is particularly simple and inexpensive to carry out and leads to advantageous catalyst carrier bodies which have a catalyst which, despite the largest possible surface area, shows good adhesion to the carrier body ,
  • Another object of the present invention is to provide a reactor which is characterized by low maintenance work and a homogeneous temperature distribution.
  • an intensive contact of the reaction starting materials with the catalyst is to be ensured in order to improve capacity and / or selectivity.
  • an object is to provide an economical process for producing organic, at least one, with high turnover and selectivity To provide double-bonded molecules from which water-absorbing polymers can be produced without excessive work-up, which in turn can be incorporated into hygiene articles.
  • the catalyst carrier body according to the invention has a surface on which a coating connected to the surface is provided, the coating having cracks with a length, these lengths showing a total crack length of at least 500 m / m [meters per square meter] and wherein the coating has an adhesive tensile strength of at least 500 N / m 2 [Newtons per square meter].
  • the catalyst carrier body is designed with a first coefficient of thermal expansion and the coating has a second coefficient of thermal expansion.
  • Expansion coefficients have at least at a temperature from a loading range from 20 ° C to 650 ° C a deviation of at least 10%.
  • the deviation is in the range from 15% to 95%, preferably from 15% to 50%, also preferably from 15% to 35% and particularly preferably in the range from 15% to 25%.
  • the surface of the catalyst carrier body does not have to be completely provided with the coating, but it is advantageous that at least part of the surface bounding the reaction space or the outer surface (in contact with the environment) is provided with such a coating Coating is provided.
  • Coating it is possible that only stains, strips or similar partial areas (for example at least 50%, or at least 70%) are coated.
  • the configuration with a completely coated, outer surface is preferred.
  • the coefficient of linear expansion is the quotient of the relative change in length Al / l ⁇ and the temperature change ⁇ T; where ⁇ l is the change in length with respect to the initial length of the body before the temperature change (1]) and the end length of the body after the temperature change (1 2 ). and ⁇ T. the temperature change rank (difference between temperature when measuring the end length of the body and the start length of the body before the temperature change). In terms of formula, this relationship is as follows:
  • the thermal expansion coefficients specified here are in each case an average value with respect to the catalyst carrier body or the. Coating is concerned. In order to take this into account to a greater extent, however, it is also possible that the thermal expansion coefficient relates not only to a change in length, but possibly to a change in area (two-dimensional view of the surface) or, in some circumstances, even a change in volume. With regard to a catalyst carrier body constructed from several components, it should also be pointed out that its coefficient of expansion relates in particular to the components or components which form the surface on which the coating is provided.
  • the two coefficients of thermal expansion exhibit the predetermined deviation at least at a temperature in a range from 20 ° C. to 650 ° C.
  • a deviation is present over the entire temperature range
  • at least the 'deviation should be present in a temperature range of 200 to 500 ° C.
  • the coefficient of expansion is determined by measuring the distance between these points at a corresponding temperature on a hot table under a microscope using points at the corners and edges of the prop body that are as far apart as possible. In order to keep statistical fluctuations as low as possible, 10 or more measurements have proven their worth.
  • the amount of the deviation is essentially constant over the entire temperature range (for example in a tolerance range of 5%, in particular 2%), but this is not absolutely necessary.
  • the catalyst carrier body preferably has the higher coefficient of thermal expansion, ie it has a greater tendency to expand when the temperature rises. This increased effort compared to the coating leads to tensile stresses being introduced into the coating.
  • the adhesive forces ie the adhesion of the coating on the surface of the catalyst carrier body, are sufficiently large to permanently prevent the coating from flaking off the catalyst carrier body under the ambient conditions during later use.
  • the tensile stress is introduced into the inner areas of the coating.
  • the coating represents, for example, a closed surface, as has already been described with reference to the prior art
  • this tensile stress now leads to the cohesive forces prevailing within the coating being overcome.
  • cracks, pores or similar structures are created inside or up to the outer boundary layer of the coating.
  • this may result in a large number of cracks propagating through the coating, the outer contact area of the coating being enlarged, for example, with reaction media flowing past.
  • a kind of "expansion joints" are formed, which in turn compensate for the different thermal expansion behavior by widening.
  • the coating have cracks with a length, with an overall crack length of at least 500 m / m [meters per square meter].
  • the total crack length is at least 1,000 m / m 2 , preferably at least 2,000 m / m 2 and preferably at least 4,000 m / m 2 .
  • a maximum total crack length of up to 10 6 m / m 2 and preferably up to 10 m / m is preferred.
  • Cracks in particular include those phenomena in the coating that each have a length of at least 200 ⁇ , in particular at least 500 ⁇ . It is assumed that this is a material expansion that has a preferred direction of expansion, that is to say The cracks usually have a width which is at most 1/10 of the crack length, and the depth of a crack, ie the extent in the direction of the thickness of the coating, depends essentially on the thickness of the coating
  • a crack is said to be present if its depth is at least 80% of the layer thickness, in particular at least 90%. Grinding the catalyst layers exposes deeper layers and it is possible to iteratively trace the depth of the crack.
  • total crack length that is, the sum of all (individual) lengths of the cracks, relates to a unit area of 1 mx 1 m.
  • the coating in a work surface (of any dimensions), for example, under viewed from a microscope. Images of such work surfaces can be measured and read out, for example, using image processing software. The individual lengths of the cracks can be determined automatically or by hand and added together, so that an absolute total crack length is formed. This absolute total crack length is now related to the determination of the relative total crack length with respect to a unit area of 1 mx 1 m.
  • the coating has a layer thickness that is at least 0.02 mm [millimeters].
  • the layer thickness is preferably in a range from 0.1 mm to 3 mm, in particular in a range from 0.5 mm to 2 mm and moreover preferably in a range from 0.7 mm to 1.2 mm.
  • the layer thicknesses mentioned here are relatively thick, especially with regard to the materials used for the catalyst carrier body. However, they are required, for example, to provide a sufficient catalytic surface in the case of the partial oxidation of propene and acrolein to acrylic acid.
  • the layer thickness in turn relates to a value that is averaged over the entire coating. It relates to the distance from the surface of the catalyst carrier body to the opposite boundary layer of the coating.
  • the coating have an adhesive tensile strength of at least 500 N / m 2 [Newton per square meter] and preferably at least 10,000 N / m 2 .
  • the adhesive tensile strength is in a range from 500 N / m 2 to 100,000 N / m 2 , preferably in a range from 1,000 N / m 2 to 25,000 N / m 2 .
  • the tensile strength is limited by the stability of the catalyst as such.
  • the adhesive tensile strength serves as a measure of the adhesive forces, that is, the surface adhesion of the coating on the catalyst carrier body. This adhesive tensile strength is preferably greater than the cohesive forces prevailing inside the coating.
  • a stamp of predetermined dimensions is placed on a coating applied to a catalyst carrier body and connected to it.
  • the connection can be made by mechanical anchoring, gluing, or in a similar manner.
  • the stamp is brought into connection with a pull-off device which reveals the tensile force acting on the coating.
  • the tensile force is now increased step by step or continuously until essential parts of the coating are torn off the surface of the catalyst carrier body.
  • the value determined in this way represents an adhesive tensile strength in the present sense.
  • the coating is a catalytically active coating for the partial oxidation of propene to acrolein and further to acrylic acid.
  • These are preferably metals or salts of metals, in particular metal oxides.
  • Preferred metals are transition metals and lantanoids.
  • the metals of subgroup 5 and 6 are preferred, Mo, V, Nb and W being particularly preferred and Mo, W and V being further preferred.
  • this contains Ni in addition to one or more of the above metals.
  • the metals can also be present as an oxide, in pure form or as mixtures, alloys or intermetallic phases.
  • the coating comprises at least one inert and thus non-catalytically active component in addition to the catalyst.
  • This is preferably in X-ray amorphous form, with oxides of aluminum and silicon being particularly preferred.
  • the organic auxiliaries which are preferably water-soluble are used in the coating. These are incorporated into the coating in particular before drying. This can be done by bringing these aids into contact with the other components before coating the surface. For example, a slurry can be mixed with the other components of the coating as a coating suspension using these auxiliaries by mixing and homogenizing.
  • Polymeric substances are preferred as organic auxiliaries. Molecular weights (M n ) of more than 5,000 g mol, preferably more than 20,000 g / mol and particularly preferably more than 100,000 g / mol, have proven successful here. Poly sugars or their derivatives are preferred as polymers.
  • the poly sugars shown in particular cellulose and its derivatives, are preferred.
  • the derivatives of oxygen such as ether are considered as derivatives.
  • cellulose ethers such as Tylose ® are particularly preferred.
  • the coating comprises at least one component containing silicon and oxygen.
  • the component containing silicon and oxygen is preferably an aerosil.
  • the catalyst carrier body it is also proposed that it be constructed with metallic material. This metallic material preferably has at least one of the following elements: aluminum, iron, nickel.
  • the metallic material loading 'Sonders has good properties in terms of heat conduction, so a rapid heat removal or rapid supply of heat is possible towards the catalyst or the catalytically active coating.
  • the metallic see material the advantage that it has a high degree of design freedom. This means that application-specific parameters (for example, the available space) can easily be taken into account in the manufacture of the catalyst carrier body, or to a certain extent an adaptation when installing in a reactor is possible. Because of the conditions prevailing in the reaction space, it is advantageous that the catalyst carrier body is resistant to high temperatures and corrosion. For this purpose, it is advantageously proposed that the metallic material have a sufficient proportion of aluminum, iron and / or nickel.
  • the following steels are particularly preferred: Steel 1.4571 (V2A) with an ⁇ (20 to 400 ° C) of 18.5 * 10 "6 / K; 1.4401 with an ⁇ (20 to 400 ° C) of 18.5 * 10 "6 / K; 1.4903 with an ⁇ (20 to 400 ° C) of 14 * 10 "6 / K; 1.4713 with an ⁇ (20 to 400 ° C) of 12 * 10 ⁇ 6 / K; Ni alloys 2.4617 with an ⁇ (20 to 400 ° C) of 11.4 * 10 "6 / K; 2.4816 (Iconel ® 600) with an ⁇ (20 to 400 ° C) of 14.5 * 10 "6 / K; as well as Ti alloys 3.7025 and 3.7035 with an ⁇ (20 to 400 ° C) of 9.3 * 10 "6 / K.
  • the catalyst carrier body comprises a multi-walled sheet metal construction with at least one channel through which a substance can flow.
  • a multi-walled sheet metal construction is not only a simple heat exchange wall, but rather is suitable, for example, for passing the coolant through it inside.
  • the entire surface, which delimits the sheet metal structure from the outside to the environment, can preferably be used for coating and thus also to favor the chemical reactions taking place there.
  • Multi-walled is understood to mean, for example, a connection of two parallel sheets, which have individual webs, sleeves, guide surfaces, pipes, etc. on the inside, which on the one hand space the two sheets, but on the other hand also divide the interior into flow channels or flow spaces -
  • Such sheet metal constructions are equipped with an inlet and an outlet, so that a coolant or a heating medium can flow through.
  • the coolant or heating medium which is generally referred to here as a substance, is generally gaseous or liquid. However, it is also possible for such a substance to have gas and liquid fractions; the gaseous and / or liquid substances can also carry solids.
  • the channel itself can preferably be flowed through freely, i. that is, no additional materials are built into it. Since the same flow resistance should prevail over the entire cross-section of the sheet metal construction, in order to enable even removal or supply of heat over the surface of the sheet metal construction, the application of such additional materials or components inside the duct is generally the rule disadvantageous.
  • the latter comprises a plurality of plates which form an opening through which a fluid can flow.
  • openings means in particular passages that are recognizable in a cross section through such a plate construction. While channels are still formed above through the sheet metal construction, in which a partial substance flow passes through the sheet metal construction independently of a further partial substance flow If the variant proposed here comprises a plurality of plates with openings through which flow can pass, this does not necessarily have to be the case, but rather a plurality of cavities, preferably communicating with one another (ie exchanging currents with one another), can be provided between the plates.
  • the plates essentially form flat sheets, which may be provided with a structure.
  • This structure preferably has a structure height that is small compared to the length or width of the sheet, in particular less than 10%.
  • Such structures of the plates have an enlargement of the surface of the catalyst Carrier body result, so that more coating material can be applied at the same time.
  • Ribs, waves, knobs or the like, for example, have proven themselves as structures.
  • Such a catalyst carrier body is preferably designed as a so-called “thermoplate”.
  • a “thermoplate” is a metal plate that is welded together at predetermined points or at predetermined lines to form connecting regions or is joined together in another way by joining technology , flow channels being formed between these connection areas. As a rule, this takes place in that, after the joining technology connections have been formed, the space between the metal plates is subjected to a pressure which results in a plastic deformation of the regions of the metal sheets which are not connected to one another. As a result, pillow-like protrusions are formed, which usually produce elliptical flow opening cross sections.
  • Such “thermal plates” are preferably self-supporting and enable the implementation of a compact heat exchanger with a large heating surface.
  • thermo sheets are used as the catalyst carrier body, in one embodiment of the catalyst carrier body according to the invention, in which the coating has cracks with an overall crack length of at least 500 m / m 2 , the coating is not on the inside of the cushion-like bulges , but applied to the outside of these bulges (variant A).
  • the “outside” of a thermoplate is understood to mean that side of the thermoplate that is given the reference number 2 in FIG.
  • the coolant flows through the flow channels which are formed in the interior of the “thermoplate” by welding the metal plates together at predetermined points or at predetermined lines.
  • Another embodiment of the catalyst carrier body according to the invention is in use of "thermal sheets” the coating on the surface of the flow channels mentioned above applied so that in this case the coolant flows through the gaps between two adjacent “thermal sheets” and thus along the outer surface of the cushion-like protrusions of the "thermal sheets” (variant B).
  • variant A is particularly preferred when “thermoplates” are used as the catalyst carrier body.
  • the catalyst carrier body it is constructed with ceramic material.
  • ceramic material is preferably used, which comprises at least one of the following elements: codierite, silicon carbide, aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide.
  • a catalyst carrier body made of ceramic material can be an alternative, for example, if relatively small catalyst carrier bodies are required, or if the catalyst carrier bodies can simply be produced in an extrusion process.
  • Such ceramic catalyst carrier bodies also offer the possibility of utilizing the inherent property of porosity and of using the material of the catalyst carrier body to increase the adhesive strength with regard to the coating or the effectiveness of the catalytically active coating.
  • adapted catalyst carrier bodies are also possible, which comprise both metallic and ceramic material.
  • a catalyst carrier body having a surface on which a coating connected to the surface is provided, the catalyst carrier body being a thermal sheet and the coating on the outside of the thermal sheet is attached.
  • the “outside” of a thermal sheet is again understood to mean that side of the thermal sheet which is identified by the reference number 2 in FIG. 1.
  • Preferred coatings are those coatings which have already been mentioned as preferred coatings, whereby also here a catalytically active coating for the partial oxidation of propene and acrolein is particularly preferred is moving.
  • the layer thickness of the coating and its adhesive tensile strength preferably also correspond to those layer thicknesses and adhesive tensile strengths which have already been mentioned above in connection with the coating of the catalyst carrier body.
  • the coating has cracks with a length, this length having a total crack length of at most 500 m / m [meters per square meter] , particularly preferably at most 250 m / m ", even more preferably at most 100 m / m 2 ', moreover preferably at most 10 m / m 2 , furthermore still more preferably at most 1 m / m 2 , a coating without cracks being most preferred
  • the total crack length is preferably determined in the manner described at the beginning.
  • a reactor for producing polymerizable monomers with at least one reaction space through which a fluid can flow is proposed, the at least one reaction space comprising at least one catalyst support body, as described above.
  • the reaction space can be a column, a container or another, preferably lockable space, which preferably withstands pressures in the range from 1 to 50 bar, preferably in the range from 2 to 40 bar and particularly preferably 10 to 35 bar.
  • Such reaction spaces preferably have a plurality of catalyst support bodies, which are arranged in particular parallel to one another and thus delimit partial volumes between them through which the reaction mixture is carried out.
  • a reaction space for producing polymerizable monomers such as acrolein or acrylic acid, usually has at least two catalyst support bodies which are arranged adjacent to one another.
  • the individual catalyst carrier bodies are preferably at a distance from one another which is essentially the same. This ensures that one over the entire reaction space uniform heat dissipation or supply takes place and accordingly there is also a homogeneous temperature distribution.
  • a method for producing a coating on a surface of a catalyst carrier body comprises at least the following steps: producing a solid-liquid phase with a catalyst which is suitable for producing an organically at least one Double bond and oxygen-containing molecule, application of the solid-liquid phase to a catalyst support body,
  • the total crack length per unit cross-sectional area is preferably at least 1,000 m / m 2 , preferably 2,000 m / m 2 and in particular at least 4,000 m / m 2 .
  • a method for producing a coating on a thermal sheet as a catalyst support body comprises at least the following steps: producing a solid-liquid phase with a catalyst which is suitable for producing an organic at least one double bond and Is the molecule containing oxygen, applying the solid-liquid phase on the outside of the thermal sheet, - forming a coating on the outside of the thermal sheet.
  • the total crack length in the coating per unit cross-sectional area is preferably at most 500 m / m 2 , particularly preferably at most 250 m / m 2 , even more preferably at most 100 m / m 2 , more preferably at most 10 m / m 2 and most preferably at most 1 m / m 2 or no cracks.
  • a slurry is preferred as the solid-liquid phase, which contains at least the catalyst and optionally at least one of the additions described above. It is again preferred that one or more catalyst precursors from which the raw catalyst powder is obtained or at least one raw catalyst powder or at least one catalyst precursor and at least one raw catalyst powder as such or as a slurry in an amount in the range from 10 to 90% by weight.
  • % preferably from 30 to 80% by weight and particularly preferably from 40 to 70% by weight, in each case based on the solid-liquid phase, is contained therein.
  • Suitable liquid phases are all those known to the person skilled in the art to be suitable.
  • water alcohols such as ethanol, 'as acetone or hexane, or mixtures of at least two thereof, wherein water or alcohols are particularly preferred, and water is also preferred.
  • the solid-liquid phase is now applied to a catalyst carrier body.
  • the application also includes, in particular, spraying, vapor deposition, brushing, applying, gluing, sintering, or similar manufacturing processes.
  • the catalyst can be applied by using at least one of the following methods: CVD, PVD, sputtering, reactive sputtering, galvanic methods, or the like.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • sputtering reactive sputtering
  • galvanic methods or the like.
  • the manufacturing processes are repeated several times or alternately. Under certain circumstances, it is also sensible to carry out the application discontinuously, with rest periods being observed between the individual application processes or thermal treatment taking place.
  • the catalyst support body is treated with a better adhesion before the application of the solid-liquid phase.
  • the surface adhesion between the catalyst carrier body and the coating is relatively high or durable. It is therefore also advantageous to treat the surface of the catalyst carrier body before the application of the solid-liquid phase in such a way that the formation of thermally and dynamically heavy-duty connections between the catalyst carrier body and the coating is favored.
  • abrasive blasting is understood to mean blasting of chips by means of blasting media which are blasted onto the surface to be treated by means of energy sources in the printing or centrifugal process promoted and accelerated. These methods are used in particular to roughen or smooth the surface, to bring about a change in strength near the surface or to cause deformation of the surface. It is also possible for abrasive blasting to perform several functions at the same time. Abrasive blasting methods in which the surface is roughened are particularly preferred in this case. Sandblasting should be mentioned here as an example.
  • the contour of the surface of the catalyst carrier body is also treated. While in abrasive blasting, the abrasive medium or the abrasive is brought into “unbound” contact with the surface by liquid or gaseous energy carriers, the method uses “cutting.” used “an agent which bonded cutting edges has. this is true for example in certain abrasives in which 'the abrasive and the abrasive grain is anchored on a reference surface (sandpaper, grinding stones, cutters).
  • the coating by between waiters surface and coating are adhesion-promoting structures more firmly connected to the surface.
  • Structures of this type are rod-shaped and preferably have barbs which engage in the coating and are connected to the surface. Structures of this type can be machined from the surface or can be formed from a different material, but adhering better than the coating to the surface, as an intermediate layer.
  • Another possibility for improving the adherence is a galvanic treatment of the surface which, depending on the currents applied, roughen the surface or the rod-shaped structures mentioned above.
  • “Cleaning” of the surface means all processes which, for example, can remove oil, solvents, dirt, oxides or similar contaminants adhering to the surface. The processes washing or pickling are mentioned here as examples.
  • any combination of the individual “adhesion-improving” methods is also possible, although at least the following combinations have already proven to be advantageous (the methods are only identified with the respective letter here): a) + c); a) + c) + d); a) + d); b) + c); b) + c) + d); c) + d).
  • the solid-liquid phase be applied at least according to one of the following steps: spraying, spreading, pouring, dipping. At least one of the steps is preferably repeated at least once.
  • spraying the solid-liquid phase is applied by means of a nozzle, which preferably finely disperses a uniform distribution of the solid-liquid phase on the surface of the catalyst carrier body.
  • the Solid-liquid phase is applied to the surface and then distributed using a suitable tool, but it is also possible that the solid-liquid phase is applied directly to the distribution device and thus comes into contact with the surface of the catalyst carrier body .
  • the solid-liquid phase is simply poured onto the surface, with a suitable distribution of the solid-liquid phase then possibly being effected by a suitable movement of the catalyst carrier body.
  • the solid-liquid phase is also possible for the solid-liquid phase to be provided, for example, in a reservoir and for the surface of the catalyst carrier body to be immersed therein. This immersion is preferably carried out in the case of a catalyst carrier body which is hot above 50 ° C., as a result of which a crust of uniform thickness is formed.
  • a further method for applying the Katalysatorbeschich- v processing provides the screen printing. In this way, the structure of the sieve and the mesh can be used to predetermined the formation of cracks in their spatial configuration.
  • the catalyst support body has a temperature deviating from a room temperature during the application, in particular in a range from 40 ° C. to 800 ° C., preferably in a range from 40 ° C. to 500 ° C. and preferably in one Range from 40 ° C to 250 ° C. Furthermore, it is advantageous that the catalyst support body is moved relative to the source of the solid-liquid phase during application, so that a uniform distribution of the solid-liquid phase takes place on the surface.
  • the catalyst carrier body is dried after the application of the solid-liquid phase. This takes place in particular at temperatures from 20 ° C. to 200 ° C., this drying process preferably extending over a period of 0.5 hours to 168 hours.
  • the catalyst carrier body is very particularly preferably dried in an oxidizing or an inert atmosphere, if appropriate in a vacuum. This can cause, for example, the coating to dry somewhat before the next application step begins. This enables particularly large layer thicknesses to be achieved. These also have a relatively uniform layer thickness over the entire surface.
  • the coating is formed by calcining.
  • the calcining is preferably carried out at temperatures in a range from 200 ° C. to 1,000 ° C., preferably in a range from 210 to 600 ° C. and particularly preferably in a range from 350 to 550 ° C, for a period of 0.5 hour to 24 hours, preferably a period of 1 to 10 hours and particularly preferably a period of 1.1. up to 5 hours.
  • the calcining process may take place in an oxidizing or an inert atmosphere.
  • it is advantageous to vary the temperature during the calcining process in particular with a relatively high rate of temperature change. These sections of the temperature control with a high rate of change may also be followed by outsourcing periods in which the temperature is kept the same.
  • cooling is preferably carried out at a relatively high cooling rate in order to promote crack formation in the coating here as well.
  • the application or calcining processes may be carried out several times. It may be necessary here for the applied coating or the already thermally treated applied coating (again) to be treated with at least one “adhesion-improving” step, the coating preferably subsequently having a surface with an average surface roughness of less than 0 , 2 mm.
  • the applied coating is brought into contact with at least one further solid-liquid phase for the impregnation of catalytically active materials.
  • the impregnated coating be subjected to a thermal treatment. It is particularly advantageous that the impregnated coating is calcined at temperatures of 200 ° C to 1,000 ° C for a period of 1 hour to 24 hours.
  • the applied coating be reduced. This is preferably done in one reducing atmosphere, preferably temperatures in the range of 50 ° C to 650 ° C for a period of 0.5 hour to 24 hours.
  • the catalyst carrier body is at least partially elastically deformed, so that cracks form in the coating.
  • An “elastic” deformation is to be understood in particular to mean those which do not result in permanent deformation of the catalyst carrier body. This relates, for example, to bending stresses, the material of the catalyst carrier body not being stressed beyond the elastic limit. Under certain circumstances it can However, it may also be useful for the catalyst carrier body and the coating to be subsequently adjusted. Not only in this context, it is also possible to at least partially deform the catalyst carrier body in a “plastic” manner, ie to give it a permanent new shape. The deformation (elastic and / or plastic) in turn has the result that tensions, in particular tensile stresses, arise in the catalyst carrier body or the coating, which favor the formation of cracks with regard to the coating.
  • a method for producing an organic organic molecule having at least one double bond and oxygen in which an organic molecule and at least one double bond are brought into contact with one another in the presence of a catalyst support body according to the invention.
  • ⁇ -Olefins are particularly suitable as molecules having double bonds. Among them, propylene is particularly preferred.
  • an organic molecule having at least one double bond and oxygen are brought into contact in at least one reactor of the type described above.
  • a process for producing a water-adsorbing polymer in which an acrylic acid, obtainable as an organic molecule having at least one double bond, is polymerized from the process according to the invention.
  • a water-adsorbing polymer preferably superabsorber, which was produced according to the above method, be incorporated into at least one hygiene article component.
  • a hygiene article component is preferably a diaper or sanitary napkin core.
  • Superabsorbers are water-insoluble, crosslinked polymers which are able to absorb large amounts of water, aqueous liquids, especially body fluids, preferably urine or blood, with swelling and formation of hydrogels, and to retain them under pressure.
  • Superabsorbents preferably absorb at least 100 times their own weight in water. Further details on superabsorbents are disclosed in "Modem Superabsorbent Polymer Technology", F.L. Buchholz, A.T. Graham, Wiley-VCH, 1998 ". Due to these characteristic properties, these water-absorbing polymers are mainly incorporated into sanitary articles such as baby diapers, incontinence products or sanitary napkins.
  • fibers, moldings, films, foams, superabsorbent polymers, detergents, special polymers for the areas of wastewater treatment, emulsion paints, cosmetics, textiles, leather finishing or paper manufacture or hygiene articles are proposed which are based on at least one organic molecule having at least one double bond and oxygen, preferably (meth ) Acrylic acid, based or contain these, which are obtainable by the aforementioned method.
  • an organic molecule having at least one double bond and oxygen is preferred (Meth) acrylic acid, particularly preferably acrylic acid, proposed, obtainable by the process according to the invention for the production of an organic molecule having at least one double bond and oxygen in or for the production of fibers, moldings, films, foams, superabsorbent polymers or hygiene articles, detergents or special polymers for the Areas of wastewater treatment, emulsion paints, cosmetics, textiles, leather finishing or paper production.
  • FIG. 3 schematically shows the structure of a reactor comprising a plurality of catalyst carrier bodies
  • FIG. 6 schematically shows a detail of a further embodiment variant of the catalyst carrier body.
  • Fig. 1 shows schematically and in a perspective view a catalyst carrier body 1, which is designed as a multi-wall sheet metal structure 8.
  • a coating 3 is applied to the surface 2 of the catalyst carrier body 1 and has a multiplicity of cracks 4.
  • the sheet metal construction 8 comprises two sheets which are connected to one another in predetermined connection areas 18. As a result, at least one, preferably a plurality of, essentially parallel channels 9 are formed between the connection regions 18.
  • the channels 9 serve to guide a coolant flow 15 which sets a desired temperature level with respect to the catalytically motivated reaction ,
  • a regular construction of the sheet metal construction 8 is selected, the channels 9 lying next to one another, which have no cross-connection to one another, being spaced apart from one another by the same distance 24. However, this is not absolutely necessary.
  • the catalyst carrier body 1 shown comprises a plurality of plates 10 which form openings 11 through which a fluid can flow. 1 each comprises channels 9 which are separate from one another, here a multiplicity of interconnected cavities are created which allow the coolant flow 15 running between the plate 10 to be mixed.
  • the plates 10 are connected to one another in certain connection areas 18, which are designed here in a punctiform manner. In this case, pillow-shaped cavities or openings 10 are formed, so that a so-called “thermoplate” is formed (as is also the case in FIG. 1).
  • the catalyst carrier body 1, which is embodied here as thermoplate 17, enables the coolant flow to flow evenly 15 in the interior of the thermal plate 17, as indicated by the dashed arrows 1.
  • the coating 3 is provided on the surface 2 of the catalyst carrier body 1, the gas stream 21, which comprises the reactants, preferably in a direction transverse to the coolant stream 15 via the loading - Layering 3 is guided away (principle: "cross-flow heat exchanger” and / or "counter-flow heat exchanger”). This enables a particularly uniform temperature level to be achieved over the entire surface 2.
  • FIG. 3 shows schematically and in detail a reactor 25 with a reaction space 12 which is delimited by a wall 16.
  • the wall 16 fixes a plurality of thermal sheets 17, which are arranged at regular intervals 23 from one another.
  • the thermal plates 17 in turn form openings 11 through which the coolant flow 15 (as marked) can flow.
  • the gas stream 21, which comprises an organic molecule having at least one double bond and the oxygen, is, if possible, guided along it along the coating 3 of the thermal plates 17. This will promote the exothermic reaction.
  • the connection areas 18 of the thermal plates 17 are arranged such that the pillow-shaped openings 11 lie essentially in one plane 22.
  • the openings 11 or the connecting regions 18 are arranged offset from one another with respect to adjacent thermal plates 17, for example in order to achieve a constant distance 23 over the entire surface 2.
  • the distances preferably range from 50 ⁇ m to 1.5 cm, preferably from 500 ⁇ m to 5 mm and particularly preferably from 750 ⁇ m to 2 mm.
  • FIG. 4 schematically shows an image of a coating 3 with cracks 4 produced in Example 2.
  • the cracks 4 each have a length 5.
  • the individual lengths 5 of the cracks 4 are added in such a recording, the absolute total crack length resulting therefrom being related to the reference area of one square meter.
  • relatively long cracks can be seen, which may be related to one another.
  • This slurry was applied to a catalyst carrier body, which corresponds essentially to the construction from FIG. 2.
  • An area of 32 mm 2 was considered here.
  • the cracks were measured by tracing them and adding them up.
  • the addition of the crack lengths in this image section resulted in an absolute total crack length of 27,512 ⁇ m. This corresponds to a unit area
  • FIG. 5 likewise shows schematically a picture of a further coating 3 according to Example 3 with cracks 4.
  • the cracks 4 shown are noticeably shorter, but instead a significantly higher number of cracks 4 can be seen here than in FIG. 4.
  • FIG. 6 schematically shows a detail of an embodiment variant of a catalyst carrier body 1.
  • a part of a plate 10 is shown, on the surface 2 of which the coating 3 is provided.
  • the coating 3 has several cracks 4, which have a width 19 and extend over at least 80% of the layer height 6.
  • the coating 3 also comprises various constituents 7, which include a catalytic reaction of an organic having at least one double bond Favor molecule with oxygen.
  • the plate 10 is designed here with a sheet thickness 14 which is in the range from 100 ⁇ m to 50 mm.
  • the coolant 20 is arranged, which optionally flows along the inner side of the plate 10 and thus ensures uniform removal of the heat generated by the catalytic reaction.
  • heating was carried out at a heating rate of 120 K / min to 550 ° C., followed by heating at a heating rate of 2 K / min to 570 ° C. This temperature was held for 30 minutes and then cooled to room temperature at a cooling rate of 5 K / min over 10 minutes and then an exponentially slowing cooling rate.
  • the adhesion was less than 10 N / m 2 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Katalysator-Trägerkörper (1) aufweisend eine Oberfläche (2), auf der eine mit der Oberfläche verbundene Beschichtung (3) vorgesehen ist, wobei die Beschichtung (3) Risse (4) mit einer Länge (5) aufweist, wobei diese Längen eine Gesamtrisslänge von mindestens 500 m/m2 [Meter pro Quadratmeter] zeigen und wobei die Beschichtung (3) eine Haftzugfestigkeit von mindestens 500 N/m2 [Newton pro Quadratmeter] aufweist. Solche Katalysator-Trägerkörper dienen der katalytischen Umsetzung von Reaktionspartnern, beispielsweise bei der Partialoxidation von Propen und Acrolein zu Acrolein bzw. Acrylsäure. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung für einen Katalysator-Trägerkörper, ein Verfahren zur Herstellung eines organischen mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisenden Moleküls, ein Verfahren zur Herstellung eines wasserabsorbierenden Polymers, ein Verfahren zur Herstellung eines wasserabsorbierenden Hygieneartikels sowie chemischen Produkte oder die Verwendung von (Meth)Acrylsäure in chemischen Produkten.

Description

BESCHICHTETER KATALYSATOR-TRÄGERKÖRPER
Die Erfindung betrifft einen Katalysator-Trägerkörper, der eine Oberfläche aufweist, auf welcher eine Beschichtung vorgesehen ist. Solche Katalysator- Trägerkörper dienen der katalytischen Umsetzung von Reaktionspartnern, beispielsweise bei der Partialoxidation von Propen und Acrolein zu Acrolein bzw. Acrylsäure. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung für einen Katalysator-Trägerkörper, ein Verfahren zur Herstellung eines organischen mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisenden Moleküls, ein Verfahren zur Herstellung eines wasserabsorbierenden Polymers, ein Verfahren zur Herstellung eines wasserabsorbierenden Hygieneartikels sowie chemischen Produkte oder die Verwendung von (Meth)Acrylsäure in chemischen Produkten.
Reaktoren zur Durchführung katalysierter endothermer oder exothermer Reaktionen sind im Stand der Technik in verschiedenen Aus hrungsformen bekannt. Bei katalysierten Prozessen im großindustriellen Maßstab werden die Reaktionspart- ner im Regelfall an rieselfähigen Katalysatorpartikel (Schüttgut) vorbeigefuhrt, die in einem Reaktionsraum angeordnet sind. Die Reaktionspartner werden mit dem Katalysator in Kontakt gebracht, der eine Umwandlung begünstigt. Aufgrund der Tatsache, dass derartige Reaktionen dennoch häufig nur in einem bestimmten (wenn auch gegebenenfalls niedrigeren) Temperaturbereich mit einer hohen Um- satzrate stattfinden, ist es von besonderer Bedeutung,, genau diese Temperaturen über einen möglichst langen Zeitraum aufrecht zu erhalten. Dabei ist es insbesondere von Interesse, bei exotherm ablaufenden chemischen Reaktionen eine ausreichende Wärmeabfuhr zu gewährleisten, um einen unkontrollierten Verlauf der chemischen Reaktionen zu vermeiden. Eine unzureichende Wärmeabfuhr bei exo- thermen Reaktionen, wie auch eine unzureichende Wärmezufuhr bei endothermen Reaktionen, hat eine heterogene Temperaturverteilung innerhalb des Reaktors zur Folge. Da sehr häufig in katalytischen Prozessen unterschiedliche Reaktionen bei verschiedenen Temperaturen ablaufen, kann sich eine derartige heterogene Temperaturverteilung in einen Verlust an Selektivität und damit verbundenen Anfall unerwünschter Nebenprodukte niederschlagen. Daher ist eine nach Möglichkeit gleichmäßige Temperaturverteilung, im Idealfall eine isotherme Reaktionsführung, erstrebenswert. Auf diese Weise können die Reaktionen exakt kontrolliert und die Bildung von Nebenprodukten unterdrückt werden. Schon eine Effizienzsteigerung der Reaktionsführung im Bereich von einigen Zehntel Prozent ist im Regelfall bei großindustriellen Prozessen, für welche die Reaktoren eingesetzt werden, mit erheblichen ökonomischen Vorteilen verbunden.
Bei den oben beschriebenen Reaktoren werden deshalb bekanntermaßen auch gekühlte Trennwände aus Metallplatten eingesetzt, wobei zur Kühlung in den Trennwänden aus Metall Hohl- oder Zwischenräume in Form von Kanälen zur Aufnahme und zum Durchleiten eines Kühlmediums angeordnet sind. Die Kataly- satorpartikel werden zwischen zwei 'derartigen Trennwänden angeordnet. Bei solchen Reaktoren hat sich herausgestellt, dass die lose im Reaktionsraum liegenden Katälysatorpartikel aufgrund des großen Abstandes zur Kühlfläche bzw. der schlechten Wärmeleitung dorthin nicht ausreichend gekühlt werden können. Insofern stellte sich häufig ein Temperaturgefälle in dem Reaktionsraum ein, welches bereits in bestimmten Teilbereichen zu der ungewünscht heterogenen Temperaturverteilung kam.
Aus der DE 101 08 380 geht ein Reaktor zur Durch hrung katalysierter chemischer Reaktionen mit einem Wärmetauscher hervor, der voneinander durch Ther- mobleche getrennte Reaktions- und Wärmetransporträume aufweist. Der Katalysator ist dabei in Form einer dünnen Schicht auf zumindest einem Teil der Fläche der Thermobleche aufgebracht, welche dem Reaktionsraum zugewandt ist. Der dort beschriebene Reaktor weist gegenüber den herkömmlichen, mit einzelnen Katalysatorpartikeln ausgestatteten Reaktoren eine deutlich kleinere Oberfläche zum Wärmeaustausch auf, die bezüglich des vorbeiströmenden Gasstroms mit den Reaktionspartnern eine katalytische Reaktion initiieren kann. Außerdem weist der in dieser Druckschrift beschriebene Reaktor den Nachteil auf, dass der Katalysator auf der Innenseite der Thermobleche aufgebracht ist. Dieses ist insbesondere bei einem Einsatz der Katalysatoren zur Herstellung von Acrylsäure aus Propen nachteilig, da die bei dieser Reaktion zwangsläufig entstehenden Kohlenstoffab- lagerungen aus dem Inneren der Thermobleche nur schwer zu entfernen sind und diese Ablagerungen nach längeren Betriebszeiten die Strömungskanäle im Inneren des Thermobleches verstopfen können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die aus dem Stand der Technik be- kannten technischen Probleme zu beseitigen.
Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Katalysator- Trägerkörper anzugeben, der dauerhaft eine Partialoxidation von Propen und Acrolein zu Acrolein bzw. Acrylsäure mit hoher Ausbeute gewährleistet.
Außerdem soll nach einer weiteren Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung derartiger Katalysator-Trägerkörper angegeben werden, das besonders einfach und preisgünstig durchführbar ist und zu vorteilhafte Katalysator-Trägerkörpern führt, die einen Katalysator aufweisen, der trotz einer möglichst großen Oberfläche eine gute Haftung an dem Trägerkörper zeigt.
Ferner liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Reaktor zur Verfügung zu stellen, der sich durch geringe Wartungsarbeiten und eine homogene Temperaturverteilung auszeichnet.
Darüber hinaus soll gemäß einer anderen Aufgabe ein intensiver Kontakt der Reaktionsedukte mit dem Katalysator gewährleistet werden, um somit Kapazität und/oder Selektivität zu verbessern.
Zudem liegt eine Aufgabe darin, ein wirtschaftliches mit hohem Umsatz und Selektivität arbeitendes Verfahren zur Herstellung von organischen, mindestens eine Doppelbindung aufweisenden Molekülen bereit zu stellen, aus denen sich wasserabsorbierende Polymere ohne übermäßigen Aufarbeitungsaufwand herstellen lassen, die wiederum in Hygieneartikel eingearbeitet werden können.
Weiterhin besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Katalysatorträgerkörper und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, die eine Gasphasen- oxidation eines Olefins zu erlauben, die unter Bedingungen stattfindet, die möglichst nahe an dem bei der entsprechenden Gasphasenoxidation auftretenden sogenannten Explosionspunkt abläuft.
Neben dem besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein leistungsfähiges Katalysatorsystem zu Verfügung zu stellen, das im Vergleich zu herkömmlichen mit Pulverkatalysator beschickten Röhrenreaktoren geringere mit dem Katalysatorwechsel verbundenen Stillstandzeiten des Reaktors aufweist.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die jeweils kategoriebildenden Haupt- und Nebenansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben, die in beliebiger Kombination miteinander weitere vorteilhafte Ausgestaltungen zur Folge haben können.
Der erfindungsgemäße Katalysator-Trägerkörper weist eine Oberfläche auf, auf der eine mit der Oberfläche verbundene Beschichtung vorgesehen ist, wobei die Beschichtung Risse mit einer Länge aufweist, wobei diese Längen eine Gesamt- risslänge von mindestens 500 m/m [Meter pro Quadratmeter] zeigen und wobei die Beschichtung eine Haftzugfestigkeit von mindestens 500 N/m2 [Newton pro Quadratmeter] aufweist.
Der Katalysator-Trägerkörper ist gemäß einer anderen Ausgestaltung mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgeführt und die Beschichtung hat einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizient. Die beiden thermischen
Ausdehnungskoeffizienten weisen zumindest bei einer Temperatur aus einem Be- reich von 20° C bis 650° C eine Abweichung von zumindest 10 % auf. Insbesondere liegt die Abweichung im Bereich von 15% bis 95%, bevorzugt von 15% bis 50%, auch bevorzugt von 15 % bis 35 % und besonders bevorzugt im Bereich von 15 % bis 25 %.
Dabei sei darauf hingewiesen, dass grundsätzlich unerheblich ist, welche der beiden Komponenten (Katalysätor-Trägerkörper, Beschichtung) den niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist, bevorzugt ist jedoch, dass die Beschichtung den kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten zeigt.
Zunächst sei hierzu angemerkt, dass die Oberfläche des Katalysator-Trägerkörpers nicht vollständig mit der Beschichtung versehen sein muss, es ist jedoch vorteilhaft, dass zumindest ein Teil der den Reaktionsraum begrenzenden bzw. der äußeren (mit der Umgebung in Kontakt stehenden) Oberfläche mit einer solchen Be- Schichtung versehen ist. Zwar ist grundsätzlich möglich, dass nur Flecken, Streifen oder ähnliche Teilbereiche (beispielsweise mindestens 50%, oder mindestens 70%) beschichtet sind. Bevorzugt ist jedoch die Ausgestaltung mit einer komplett beschichteten, äußeren, Oberfläche.
Bezüglich der thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird hervorgehoben, dass hiermit insbesondere der Längenausdehnungskoeffizienten, gemeint sind. Der Längenausdehnungskoeffizient ist der Quotient aus relativer Längenänderung Al/l\ und der Temperaturänderung ΔT; wobei Δl die Längenänderung hinsichtlich der Anfangslänge des Körpers vor der Temperaturänderung (1]) und der Endlänge des Körpers nach der Temperaturänderung (12). und ΔT. die Temperatur- änderang (Differenz aus Temperatur bei Abmessung der Endlänge des Körpers und Anfangslänge des Körpers vor der Temperaturänderung). Formelmäßig stellt sich dieser Zusammenhang wie folgt dar:
AI - /, -ΔΓ K Um ggf. vorliegende Werkstoffinhomogenitäten etc. zu berücksichtigen, wird vorliegend davon ausgegangen, dass es sich bei den hier angegebenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten jeweils um einen Mittelwert bezüglich des Kata- lysator-Trägerkörpers bzw. der. Beschichtung handelt. Um dieses in stärkerem Maße zu berücksichtigen ist es aber auch möglich, dass der thermische Ausdehnungskoeffizient nicht nur auf eine Längenänderung sondern ggf. auf eine Flächenänderung (zweidimensionale Betrachtung der Oberfläche) oder unter Umständen sogar eine Volumenänderang zu beziehen. Gerade hinsichtlich eines aus mehreren Komponenten aufgebauten Katalysator-Trägerkörpers ist auch noch darauf hinzuweisen, dass sich dessen Ausdehnungskoeffizient insbesondere auf die Komponenten bzw. Bauteile bezieht, welche die Oberfläche bilden, auf der die Beschichtung vorgesehen ist.
Es wird angegeben, dass die beiden thermischen Ausdehnungskoeffizienten zumindest bei einer Temperatur aus einem Bereich von 20° C bis 650° C die vorgegebene Abweichung aufweisen. Vorzugsweise liegt eine solche Abweichung über den gesamten Temperaturbereich vor, zumindest sollte in einem Temperaturbereich von 200 bis 500° C die' Abweichung vorliegen. Der Ausdehnungskoeffizient wird dadurch bestimmt, dass bei einer entsprechenden Temperatur auf einem Heiztisch unter einem Mikroskop anhand von an den Ecken und Kanten des Propenkörpers möglichst weit von einander entfernten Punkten der Abstand dieser Punkte zu einander gemessen wird. Um statistische Schwankungen so gering wie möglich zu halten haben sich 10 und mehr Messungen bewährt.
Dabei ist es wünschenswert, dass der Betrag der Abweichung im wesentlichen über den gesamten Temperaturbereich konstant ist (beispielsweise in einem Toleranzbereich von 5 %, insbesondere 2 %), dieses ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben bei der Erwärmung des Katalysator-Trägerkörpers zur Folge, dass Spannungen in der Beschichtung bzw. in der Grenzschicht zwischen dem Katalysator-Trägerkörper und der Beschichtung entstehen. Vorzugsweise hat dabei der Katalysator-Trägerkörper den höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten, d. h. er hat bei einer Temperaturerhöhung ein größeres Bestreben, sich auszudehnen. Dieses gegenüber der Beschichtung gesteigerte Bestreben führt dazu, dass Zugspannungen in die Beschichtung eingeleitet werden. Im folgenden ist davon auszugehen, dass die Adhäsionskräfte, also die Haftung der Beschichtung auf der Oberfläche des Katalysa- tor-Trägerkörpers, ausreichend groß sind, um ein Abplatzen der Beschichtung von dem Katalysator-Trägerkörper unter den Umgebungsbedingungen beim späteren Einsatz dauerhaft zu verhindern. In diesem Fall erfolgt die Einleitung der Zugspannung in innere Bereiche der Beschichtung. Für den Fall, dass die Beschichtung beispielsweise eine geschlossene Oberfläche darstellt, wie sie bereits auch mit Bezug auf den Stand der Technik beschrieben wurde, so führt nun diese Zugspannung dazu, dass die innerhalb der Beschichtung herrschenden Kohäsionskräf- te überwunden werden. Das hat zur Folge, dass Risse, Poren oder ähnliche Strukturen im Inneren bzw. bis an die äußere Grenzschicht der Beschichtung entstehen. Das führt letztlich ggf. dazu, dass sich eine Vielzahl von Rissen durch die Be- Schichtung hindurch fortpflanzen, wobei so die äußere Kontaktfläche der Beschichtung mit beispielsweise vorbeiströmenden Reaktionsmedien vergrößert wird. Darüber hinaus sind eine Art „Dehnungsfugen" gebildet, die wiederum das unterschiedliche thermische Ausdehnungsverhalten kompensieren, indem sie sich aufweiten.
Diese Effekte führen dazu, dass solche Katalysator-Trägerkörper besonders effizient hinsichtlich der Umsetzung der Reaktionsmedien sind. Die geschaffenen Risse tragen einerseits zu einer zerklüfteten, vergrößerten Kontaktfläche bei, gewährleisten gleichzeitig aber auch eine lange Lebensdauer des Katalysator- Trägerkörpers unter thermischer Wechselbeanspruchung. Das hat zur Folge, dass relativ geringe Wartungsarbeiten durchgeführt werden müssen, und die Produktion für einen langen Zeitraum kontinuierlich ablaufen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Katalysator-Trägerkörpers wird vorgeschlagen, dass die Beschichtung Risse mit einer Länge aufweist, wobei eine Gesamtrisslänge von mindestens 500 m/m [Meter pro Quadratmeter] vorliegt. Insbesondere beträgt die Gesamtrissl nge mindestens 1.000 m/m2, vorzugsweise mindestens 2.000 m/m2 und bevorzugt mindestens 4.000 m/m2. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine maximale Gesamtrissl nge von bis zu 106 m/m2 und vorzugsweise bis zu 10 m/m bevorzugt.
Unter „Risse" sind insbesondere solche Erscheinungen in der Beschichtung zu subsumieren, die jeweils eine Länge von mindestens 200 μ, insbesondere mindestens 500 μ aufweisen. Dabei wird davon ausgegangen, dass es sich dabei um eine Materialaufweitung handelt, die eine bevorzugte Ausdehnungsrichtung hat, also nicht in alle Richtungen die gleiche Ausdehnung aufweist. Üblicherweise weisen derartige Risse eine Breite auf, die ein höchstens 1/10 der Risslänge beträgt. Die Tiefe eines Risses, also die Ausdehnung in Richtung der Dicke der Beschichtung, hängt im wesentlichen von der Dicke der Beschichtung selbst ab. Hier ist wohl davon auszugehen, dass von einem Riss gesprochen wird, wenn dessen Tiefe mindestens 80 % der Schichtdicke ausmacht, insbesondere mindestens 90 %. Durch Anschleifen der Katalysatorschichten werden tieferliegende Schichten freigelegt und es kann iterativ die Risstiefe nachvollzogen werden.
Üblicherweise liegt bei einer solchen Beschichtung nicht ein durchgehender Riss vor, vielmehr treten Risse auf, die beliebig verteilt und mit jeweils unterschiedlichen Längen versehen sind. Die hier genannte „Gesamtrisslänge", also die Summe aller (Einzel-)Längen der Risse, bezieht sich dabei auf eine Einheitsfläche von 1 m x 1 m. Zur Bestimmung der Gesamtrisslänge wird vorgeschlagen, dass die Beschichtung in einer Arbeitsfläche (beliebiger Abmessungen) beispielsweise unter einem Mikroskop betrachtet wird. Abbildungen von solchen Arbeitsflächen können beispielsweise unter Einsatz bildverarbeitender Software vermessen und ausgelesen werden. Automatisch oder per Hand lassen sich so die einzelnen Längen der Risse bestimmen und aufaddieren, so dass eine absolute Gesamtrisslänge gebildet ist. Diese absolute Gesamtrisslänge wird nun zur Bestimmung der hier genannten, relativen, Gesamtrisslänge hinsichtlich einer Einheitsfläche von 1 m x 1 m in Bezug gesetzt. Dabei ist klar, dass es sich hierbei wiederum um einen statistischen Mittelwert handelt, so dass hinsichtlich einer Beschichtung ggf. mehrere kleine Arbeitsflächen vermessen und ausgelesen werden, um letztendlich eine exaktere (absolute bzw. relative) Gesamtrisslänge zu erhalten. Die hier ange- gebene Gesamtrisslänge pro Einheitsfläche ergibt eine Art spezifische Risshäufigkeit. Diese charakterisiert, wie stark die Oberfläche der Beschichtung während des Einsatzes vergrößert wird, bzw.. bis zu welchem Grad thermische Spannungen durch die Risse kompensiert werden können. Letzteres ist gerade im Hinblick auf Beschichtungen vorteilhaft, die nicht während des Einsatzes aufgrund der unter- schiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten weitere Risse bilden sollen, sondern bei .denen die Risse nur bei der Herstellung erzeugt werden sollen - während des normalen Betriebes ist demnach eine Überschreitung der in der Beschichtung herrschenden Kohäsionskräfte nicht mehr gegeben.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Katalysator-Trägerkörpers hat die Beschichtung eine Schichtdicke, die mindestens 0,02 mm [Millimeter] beträgt. Die Schichtdicke liegt bevorzugt in einem Bereich von 0,1 mm bis 3 mm, insbesondere in einem Bereich von 0,5 mm bis 2 mm und darüber hinaus bevorzugt in einem Bereich von 0,7 mm bis 1,2 mm. Die hier genannten Schichtdicken sind gerade auch im Hinblick auf die eingesetzten Materialien des Katalysator-Trägerkörpers relativ dick. Sie sind aber beispielsweise erforderlich für die Bereitstellung einer ausreichenden katalytischen Oberfläche im Falle der Partialoxidation von Propen und Acrolein zu Acrylsäure.
Insoweit ergibt sich jetzt auch eine überraschende Zusammenwirkung der vorstehend angegebenen (relativen) Gesamtrisslänge pro Einheitsquerschnittsfläche mit diesen besonders großen Schichtdicken. Hier tritt die Funktion der Kompensation unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsverhaltens in verstärktem Maße hervor. Demnach sollte gerade bei großen Schichtdicken eine große Gesamtrisslänge vorliegen. Klarstellend sei hier noch ergänzt, dass die Schichtdicke wiederum einen Wert betrifft, der über die gesamte Beschichtung gemittelt ist. Sie bezieht sich dabei auf den Abstand von der Oberfläche des Katalysator-Trägerkörpers bis hin zur gegenüberliegenden Grenzschicht der Beschichtung.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Beschichtung eine Haftzugfestigkeit von mindestens 500 N/m2 [Newton pro Quadratmeter] und vorzugsweise mindestens 10.000 N/m2 aufweist. Insbesondere liegt die Haftzugfestigkeit in einem Bereich von 500 N/m2 bis 100.000 N/m2, bevorzugt in einem Bereich von 1.000 N/m2 bis 25.000 N/m2. Im Allgemeinen wird die Haftzugfestigkeit durch die Stabilität des Katalysators als solchen nach oben hin begrenzt.
Die Haftzugfestigkeit dient dabei als Maß für die Adhäsionskräfte, also die Ober- flächenhaftung der Beschichtung auf dem Katalysator-Trägerkörper. Diese Haftzugfestigkeit ist vorzugsweise größer als die im Inneren der Beschichtung herrschenden Kohäsionskräfte.
Zur Bestimmung der Haftzugfestigkeit ist beispielsweise folgendes Verfahren geeignet: Auf eine auf einem Katalysator-Trägerkörper aufgebrachte Beschichtung wird ein Stempel vorgegebener Abmessungen aufgesetzt und mit dieser verbunden. Die Verbindung kann dabei durch mechanisches Verankern, Kleben, oder in einer ähnlichen Weise erfolgen. Nun wird der Stempel mit einer Abzugsvorrichtung in Verbindung gebracht, die erkennen lässt, welche Zugkraft auf die Beschichtung einwirkt. Die Zugkraft wird nun schrittweise oder kontinuierlich erhöht, bis wesentliche Teile -der Beschichtung von der Oberfläche des Katalysator- Trägerkörpers losgerissen werden. Der so ermittelte Wert stellt eine Haftzugfes- tigkeit im hier vorliegenden Sinne dar. Die Haftzugfestigkeit kann wie folgt bestimmt werden: Auf der Katalysatorschicht wird ein quaderförmiger Stempel mit einer Grundfläche von A von 1 cm2 über ein doppelseitiges Klebeelement gleicher Fläche A fixiert. Über eine Federwaage wird die Kraftaufnahme bei Zug senkrecht zur Schicht verfolgt. Aus der maximal angelegten Kraft F unmittelbar vor Ablösung der Katalysatorschicht von der Trägerplatte abzüglich der durch den Stempel ausgeübten Gewichtskraft G ergibt sich die Haftzugfestigkeit mit HZF = (F-G)/A. Sollte das Klebeelement auf der Katalysatorschicht eine geringere Haftzugfestigkeit aufweisen, als die Schicht auf der Trägerplatte, so kann nur ein unterer Grenzwert angegeben werden. All- gemein ist aber die Haftzugfestigkeit der Katalysatorschicht in einem solchen Fall ausreichend.
Gemäß noch einer Weiterbildung des Katalysator-Trägerkörpers ist die Beschichtung eine katalytisch aktive Beschichtung zur Partialoxidation von Propen zu Ac- rolein und weiter zu Acrylsäure. Bevorzugt handelt es sich dabei um Metalle oder Salze von Metallen, hierbei insbesondere um Metalloxide. Bevorzugte Metalle sind Übergangsmetalle und Lantanoide. Bevorzugt sind die Metalle der 5. und 6. Nebengruppe, wobei Mo, V, Nb und W besonders bevorzugt und Mo, W und V darüber hinaus bevorzugt sind. In ein anderen Ausführung eines geeigneten Kata- lysators, beinhaltet dieser neben einem oder mehreren der vorstehenden Metall zusätzlich Ni. Im Zusammenhang mit geeigneten Katalysatoren und üblichen Reaktoren, Reaktionsbedingungen und Aufreinigungsmethoden bei der Herstellung von Acrolein und Acrylsäure wird auf „Stets Geforscht", Band 2, Chemieforschung im Degussa-Forschungszentrum Wolfgang 1988, S. 108 - 126, Kapitel „Acrolein und Derivate" Dietrich Arntz und Ewald Noll verwiesen, wobei auf diesen Inahalt als Teil dieser Offenbarung bezug genommen wird. Die Metalle können gleichfalls als Oxid, in Reinform oder als Mischungen, Legierungen oder intermetallische Phasen vorliegen.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Beschichtung neben dem Katalysator mindestens einen inerten und damit nicht katalytisch wirkenden Bestandteil umfasst. Dieser liegt bevorzugt in röntgenamorpher Form vor, wobei Oxide des Aluminiums und des Siliziums besonders bevorzugt sind.
Ferner ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass bei der Beschichtung die organi- sehe Hilfsmittel eingesetzt werden, die vorzugsweise .wasserlöslich sind. Diese werden insbesondere vor dem Trocknen in die Beschichtung eingearbeitet. Dieses kann dadurch erfolgen, dass diese Hilfsmittel vor dem Beschichten der Oberfläche mit den anderen Bestandteilen in Kontakt gebracht werden. So kann beispielsweise eine Aufschlämmung mit den anderen Bestandteilen der Beschichtung als Be- schichtungssuspension mit diesen Hilfsmitteln durch mischen und homogenisieren erfolgen. Als organische Hilfsmittel sind polymer Substanzen bevorzugt. Hierbei haben sich Molekulargewichte (Mn) von mehr als 5.000 g Mol, vorzugsweise mehr als 20.000 g/Mol und besonders bevorzugt mehr als 100.000 g/Mol bewährt. Als Polymere sind wiederum Polyzucker oder deren Derivate bevorzugt. Unter den Polyzuckern sind die verzeigten Polyzucker, insbesondere Cellulose und deren Derivate, bevorzugt. Als Derivate kommen insbesondere die Sauer- ■ stoffderivate wie Ether in betracht. Hierunter sind Celluloseether wie Tylose® besonders bevorzugt. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Katalysator-Trägerkörpers umfasst die Beschichtung wenigstens einen Silizium und Sauerstoff beinhaltenden Bestandteil. Der Silizium und Sauerstoff beinhaltende Bestandteil ist vorzugsweise ein Aerosil. Im Hinblick auf den Katalysator-Trägerkörper wird außerdem vorgeschlagen, dass dieser mit metallischem Material aufgebaut ist. Vorzugsweise weist dieses metallische Material wenigstens eines der folgenden Elemente auf: Aluminium, Eisen, Nickel. Grundsätzlich ist zunächst festzuhalten, dass das metallische Material be- ' sonders gute Eigenschaften hinsichtlich der Wärmeleitung aufweist, also ein schneller Wärmeabtransport bzw. eine schnelle Wärmezufuhr hin zum Katalysator bzw. der katalytisch aktiven Beschichtung möglich ist. Außerdem hat das metalli- sehe Material den Vorteil, dass es eine hohe Gestaltungsfreiheit aufweist. Das bedeutet, dass anwendungsspezifische Parameter (z.B. die jeweils vorliegenden Platzverhältnisse) leicht bei der Herstellung des Katalysator-Trägerkörpers berücksichtigt werden können bzw. auch in gewissem Maße eine Anpassung beim Einbauen in einen Reaktor möglich ist. Aufgrund der im Reaktionsraum herrschenden Bedingungen ist es vorteilhaft, dass der Katalysator-Trägerkörper hoch- temperaturfest und korrosionsbeständig ist. Hierzu wird vorteilhafterweise vorgeschlagen, dass das metallische Material einen ausreichenden Anteil an Aluminium, Eisen und/oder Nickel aufweist. So sind folgende Stähle besonders bevor- zugt: Stahl 1.4571 (V2A) mit einem α (20 bis 400°C) von 18,5*10"6/K; 1.4401 mit einem α (20 bis 400°C) von 18,5*10"6/K; 1.4903 mit einem α (20 bis 400°C) von 14*10"6/K; 1.4713 mit einem α (20 bis 400°C) von 12*10~6/K; Ni- Legierungen 2.4617 mit einem α (20 bis 400°C) von 11,4*10"6/K; 2.4816 (Iconel® 600) mit einem α (20 bis 400°C) von 14,5*10"6/K; sowie Ti-Legierungen 3.7025 und 3.7035 mit einem α (20 bis 400°C) von 9,3*10"6/K.
Insbesondere in diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, dass der Katalysator- Trägerkörper eine mehrwandige Blechkonstruktion mit mindestens einem für eine Substanz durchströmbaren Kanal umfasst. Eine solche mehrwandige Blechkon- struktion stellt mit anderen Worten nicht nur eine einfache Wärmeaustauschwand dar, vielmehr ist sie geeignet, beispielsweise das Kühlmittel in ihrem Inneren hindurchzuführen. Das bedeutet, dass vorzugsweise die gesamte Oberfläche, welche die Blechkonstruktion nach außen hin zur Umgebung begrenzt, zur Beschichtung und somit auch zur Begünstigung der dort stattfindenden chemischen Reaktionen eingesetzt werden kann.
Unter „mehrwandig" ist beispielsweise eine Verbindung von zwei parallelen Blechen zu verstehen, die im Inneren einzelne Stege, Hülsen, Leitflächen, Rohre etc. aufweisen, die einerseits die beiden Bleche beabstanden, andererseits aber auch den Innenraum in Strömungskanäle bzw. Strömungsräume unterteilen. Üblicher- weise sind derartige Blechkonstruktionen mit einem Zulauf und einem Ablauf ausgestattet, so dass ein Kühlmittel bzw. ein Heizmittel hindurchströmen kann. Das Kühlmittel bzw. Heizmittel, welches hier allgemein als Substanz bezeichnet wird, ist in der Regel gasförmig oder flüssig. Es ist aber auch möglich, dass eine solche Substanz Gas- und Flüssigkeitsanteile aufweist, auch können die gasförmigen und/oder flüssigen Substanzen Feststoffe mit sich führen.
Der Kanal selbst ist bevorzugt frei durchströmbar, d. h., dass keine zusätzlichen Materialien darin integriert sind. Da möglichst über den gesamten Querschnitt der Blechkonstruktion der gleiche Strömungswiderstand herrschen sollte, um einen gleichmäßigen Abtransport bzw. eine gleichmäßige Zufuhr von Wärme über die Oberfläche der Blechkonstruktion zu ermöglichen, ist das Applizieren von solchen zusätzlichen Materialien bzw. Bauteilen im Inneren des Kanals in der Regel nachteilig.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Katalysator-Trägerkörpers umfasst dieser eine Mehrzahl von Platten, die für ein Fluid durchströmbare Öffnung bilden. Mit dem Begriff „Öffnungen" sind insbesondere Durchlässe gemeint, die in einem Querschnitt durch eine solche Plattenkonstruktion erkennbar sind. Während vorstehend noch Kanäle durch die Blechkonstruktion gebildet werden, in denen ein Teil-Substanzstrom unabhängig von einem weiteren Teil-Substanzstrom durch die Blechkonstruktion hindurch geführt wird, muss das bei der hier vorgeschlagenen Variante umfassend eine Mehrzahl von Platten mit durchströmbaren Öffnun- gen nicht zwingend der Fall sein. Vielmehr können eine Vielzahl, vorzugsweise miteinander kommunizierender (d.h. miteinander im Strömύngsaustausch befindlicher), Hohlräume zwischen den Platten vorgesehen sein.
Die Platten bilden dabei im wesentlichen flächige Bleche, die ggf. mit einer Struktur versehen ist. Diese Struktur hat bevorzugt eine Strukturhöhe, die klein gegen- über der Länge bzw. Breite des Blechs ist, insbesondere kleiner als 10 %. Solche Strukturen der Platten haben eine Vergrößerung der Oberfläche des Katalysator- Trägerkörpers zur Folge, so dass gleichzeitig mehr Beschichtungsmaterial appli- ziert werden kann. Als Strukturen haben sich beispielsweise Rippen, Wellen, Noppen od. dgl. bewährt.
Bevorzugt ist ein solcher Katalysator-Trägerkörper als sogenanntes „Thermo- blech" ausgeführt. Bei einem „Thermoblech" handelt es sich um Metallplatten, die an vorgegebenen Punkten bzw. an vorgegebenen Linien unter Bildung von Verbindungsbereichen zusammengeschweißt oder in einer anderen Weise fügetechnisch miteinander verbunden sind, wobei zwischen diesen Verbindungsberei- chen Strömungskanäle gebildet sind. Dies erfolgt in der Regel dadurch, dass nach dem Ausbilden der fügetechnischen Verbindungen der Raum zwischen den Metallplatten mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher eine plastische Verformung der nicht miteinander verbundenen Bereiche der Metallbleche zur Folge hat. Dadurch werden kissenähnliche Auswölbungen geformt, die üblicherweise ellipti- sehe Strömungsöffhungsquerschnitte hervorbringen. Solche „Thermobleche" sind vorzugsweise selbsttragend und ermöglichen die Verwirklichung eines kompakten Wärmetauschers mit großer Heizfläche.
Im Falle eines Einsatzes von „Thermoblechen" als Katalysator-Trägerkörper ist dabei in einer Ausführungsform des . erfindungsgemäßen Katalysator- Trägerkörpers, bei der die Beschichtung Risse mit einer Gesamtrisslänge von mindestens 500 m/m2 aufweist, die Beschichtung nicht auf der Innenseite der kissenähnlichen Auswölbungen, sondern auf der Aussenseite dieser Auswölbungen (Variante A) aufgebracht. Dabei wird unter der „Aussenseite" eines Thermoble- ches diejenige Seite des Thermoblech.es verstanden, die in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 2 versehen ist. In der Variante A strömt das Kühlmittel durch die Strömungskanäle, welche im Inneren des „Thermobleches" durch das Zusammenschweißen der Metallplatten an vorgegebenen Punkten bzw. an vorgegebenen Linien gebildet werden. In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Katalysator-Trägerkörpers ist im Falle eines Einsatzes von „Thermoblechen" die Beschichtung auf der Oberfläche der vorstehend genannten Strömungskanäle aufgebracht, so dass in diesem Fall das Kühlmittel durch die Zwischenräume zweier benachbarter „Thermobleche" und somit entlang der äußeren Oberfläche der kissenähnlichen Auswölbungen der „Thermobleche" strömt (Variante B).
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt im Falle eines Einsatzes von „Thermoblechen" als Katalysator-Trägerkörper ist die Variante A.
Gemäß einer Weiterbildung des Katalysator-Trägerkörpers ist dieser mit keramischem Material aufgebaut. Hierzu wird bevorzugt keramisches Material einge- setzt, welches wenigstens eines der folgenden Elemente umfasst: Codierit, Silizi- umcarbid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Titanoxid. Einen Katalysator- Trägerkörper aus keramischem Material kann beispielsweise dann eine Alternative darstellen, wenn relativ kleine Katalysator-Trägerkörper benötigt werden, oder wenn die Katalysator-Trägerkörper einfach in einem Extrudierverfahren herstell- bar sind. Außerdem bieten derartige keramische Katalysator-Trägerkörper die Möglichkeit, die ihnen innewohnende Eigenschaft der Porosität auszunutzen und das Material des Katalysator-Trägerkörpers zur Erhöhung der Haftfestigkeit bezüglich der Beschichtung oder der Effektivität der katalytisch aktiven Beschichtung zu nutzen. Grundsätzlich sind auch angepasste Katalysator-Trägerkörper möglich, die sowohl metallisches als auch keramisches Material umfassen.
Einen weiteren Beitrag zur Lösung der eingangs genannten Aufgaben liefert ein Katalysator-Trägerkörper aufweisend eine Oberfläche, auf der eine mit der Oberfläche verbundene Beschichtung vorgesehen ist, wobei es sich bei dem Katalysa- tor-Trägerkröper um ein Thermoblech handelt und wobei die Beschichtung auf der Aussenseite des Thermobleches angebracht ist. Dabei wird unter der „Aussenseite" eines Thermobleches wiederum diejenige Seite des Thermobleches verstanden, die in der Figur 1 mit dem Bezugszeichen 2 versehen ist. Als Beschichtung sind dabei diejenigen Beschichtungen bevorzugt, die bereits vorstehend als bevor- zugte Beschichtungen genannt worden sind, wobei auch hier eine katalytisch aktive Beschichtung zur Partialoxidation von Propen und Acrolein besonders bevor- zugt ist. Auch die Schichtdicke der Beschichtung sowie deren Haftzugfestigkeit entsprechen vorzugsweise denjenigen Schichtdicken und Haftzugfestigkeiten, die bereist vorstehend im Zusammenhang mit der Beschichtung des Katalysator- Trägerkörpers genannt worden sind.
In einer besonderen Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Katalysator- Trägerkörpers, welcher ein auf der Aussenseite mit einer Beschichtung versehenes Thermoblech umfasst, weist die Beschichtung Risse mit einer Länge auf, wobei diese Länge eine Gesamtrisslänge von höchstens 500 m/m [Meter pro Quadrat- meter], besonders bevorzugt höchstens 250 m/m", noch mehr bevorzugt höchstens 100 m/m2' darüber hinaus bevorzugt höchstens 10 m/m2, weiterhin noch mehr bevorzugt höchstens 1 m/m2 auf, wobei eine Beschichtung ohne Risse am meisten bevorzugt ist. Die Bestimmung der Gesamtrisslänge erfolgt dabei vorzugsweise auf die Eingangs beschriebene Art und Weise.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird .ein Reaktor zur Herstellung von polymerisierbaren Monomeren mit wenigstens einem für ein Fluid durchströmbaren Reaktionsraum vorgeschlagen, wobei der wenigstens eine Reaktionsraum zumindest einen Katalysator-Trägerkörper umfasst, wie er vorstehend be- schrieben wurde. Der Reaktionsraum kann dabei eine Kolonne, ein Behälter oder ein anderer, vorzugsweise abschließbarer Raum sein, der bevorzugt Drücken im Bereich von 1 bis 50 bar, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 40 bar und besonders bevorzugt 10 bis 35 bar standhält. Vorzugsweise weisen derartige Reaktionsräume eine Mehrzahl von Katalysator-Trägerkörpern auf, die insbesondere paral- lel zueinander angeordnet sind und somit zwischen sich Teilvolumen begrenzen, durch welche das Reaktionsgemisch durchgeführt wird. Üblicherweise weist ein Reaktionsraum zur Herstellung von polymerisierbaren Monomeren, wie beispielsweise Acrolein oder Acrylsäure, mindestens zwei Katalysator-Trägerkörper auf, die benachbart zueinander angeordnet sind. Bevorzugt weisen die einzelnen Katalysator-Trägerkörper einen Abstand zueinander auf, der im wesentlichen gleich ist. Damit ist gewährleistet, dass über den gesamten Reaktionsraum eine gleichmäßige Wärmeabfuhr bzw. -zufuhr erfolgt und demnach auch eine homogene Temperaturverteilung vorliegt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Her- Stellung einer Beschichtung auf einer Oberfläche eines Katalysator-Trägerkörpers vorgeschlagen, welches zumindest folgende Schritte umfasst: Herstellen einer Fest-Flüssig-Phase mit einem Katalysator, der geeignet zur Herstellung eines organisch mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisenden Moleküls ist, - Auftragen der Fest-Flüssig-Phase auf einen Katalysator-Trägerkörper,
- - Ausbilden einer Beschichtung, die Risse mit einer Länge aufweist, wobei eine Gesamtrisslänge von mindestens 500 m/m2 [Meter pro Quadratmeter] vorliegt.
Bevorzugt beträgt die Gesamtrisslänge pro Einheitsquerschnittsfläche mindestens 1.000 m/m2, vorzugsweise 2.000 m/m2 und insbesondere mindestens 4.000 m/m2.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Thermoblech als Katalysator-Trägerkörper vorgeschlagen, welches zumindest folgende Schritte umfasst: Herstellen einer Fest-Flüssig-Phase mit einem Katalysator, der geeignet zur Herstellung eines organischen mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisenden Moleküls ist, Auftragen der Fest-Flüssig-Phase auf der Aussenseite des Thermobleches, - Ausbilden einer Beschichtung auf der Aussenseite des Thermobleches.
In diesem Fall beträgt die Gesamtrisslange in der Beschichtung pro Einheitsquerschnittsfläche vorzugsweise höchstens 500 m/m2, besonders bevorzugt höchstens 250 m/m2, noch mehr bevorzugt höchstens 100 m/m2, darüber hinaus bevorzugt höchstens 10 m/m2 und am meisten bevorzugt höchstens 1 m/m2 oder aber keine Risse. Als Fest-Flüssig-Phase ist eine Aufschlämmung bevorzugt, die mindestens den Katalysator und ggf. noch mindestens eine der vorstehend beschriebenen Beimischungen beinhaltet. Hierbei ist es wiederum bevorzugt, dass einer oder mehrere Katalysator-Precurser aus denen das Katalysatorrohpulver gewonnen wird oder mindestens ein Katalysatorrohpulver oder mindestens ein Katalysator-Precursor und mindestens ein Katalysatorrohpulver als solches oder als Aufschlämmung in einer Menge im Bereich von 10 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise von 30 bis 80 Gew.-% und besonders bevorzugt von 40 bis 70 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Fest-Flüssig-Phase, in dieser enthalten ist. Als Flüssige Phase kommen alle dem Fachmann als geeignet bekannten in Betracht. Besonders bevorzugt sind Wasser, Alkohole wie Ethanol,' Aceton oder Hexan oder Mischungen aus mindestens zwei davon, wobei Wasser oder Alkohole besonders bevorzugt sind und Wasser darüber hinaus bevorzugt ist.
Gemäß dem zweiten Verfahrensschritt erfolgt nun das Auftragen der Fest-Flüssig- Phase auf einen Katalysator-Trägerkörper. Das Auftragen umfasst insbesondere auch das Aufsprühen, das Aufdampfen, das Bestreichen, das Applizieren, das Kleben, das Sintern, oder ähnliche Fertigungsverfahren. Weiterhin kann der Kata- lysator durch Einsatz wenigstens eines der folgenden Verfahren aufgebracht werden: CVD, PVD, Sputtern, Reaktivsputtern, galvanische Methoden, oder ähnliches. Dabei ist es grundsätzlich auch möglich, dass mehrere der vorstehend genannten Fertigungsverfahren in Kombination miteinander eingesetzt werden. Auch ist möglich, dass die Fertigungsverfahren mehrfach wiederholt bzw. ab- wechselnd durchgeführt werden. Unter Umständen ist es auch sinnvoll, das Auftragen diskontinuierlich durchzuführen, wobei zwischen den einzelnen Auftrageprozessen Ruhezeiten eingehalten werden oder eine thermische Behandlung stattfinden kann.
Schließlich wird eine Beschichtung generiert, die Risse mit der oben genannten Risshäufigkeit bzw. der genannten Gesamtrisslänge hat. Für den Fall, dass nach einmaliger Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes die Beschichtung noch nicht die erforderliche Gesamtrisslänge aufweist, so wird vorgeschlagen, den zweiten Schritt solange zu wiederholen, bis die hier angegebene Gesamtrisslänge erreicht wird. Vorzugsweise sind hierzu Kombinationen von thermischen Behand- lungen des Katalysator-Trägerkörpers oder mechanische Verformungen des Katalysator-Trägerkörpers mit der Beschichtung hilfreich, wie nachfolgend noch detailliert erläutert wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird der Katalysator- Trägerkörper vor dem Auftragen der Fest-Flüssig-Phase haftverbessemd behandelt. Wie bereits eingangs ausgeführt, ist es vorteilhaft, dass die Oberflächenhaftung zwischen dem Katalysator-Trägerkörper und der Beschichtung relativ hoch bzw. dauerfest ist. Deshalb ist es gleichfalls vorteilhaft, die Oberfläche des Katalysator-Trägerkörpers vor dem Auftragen der Fest-Flüssig-Phase so zu behandeln, dass die Ausbildung von thermisch und dynamisch hochbelastbaren Verbindungen zwischen Katalysator-Trägerkörper und Beschichtung begünstigt wird.
In diesem Zusammenhang wird insbesondere vorgeschlagen, dass als „haftverbessernder" Schritt (insbesondere in Bezug auf Katalysator-Trägerkörper aus metalli- schem Material), wenigstens einer der folgenden Schritte durchgeführt wird:
a) Abrasivstrahlen der Oberfläche, b) Spanen der Oberfläche, c) Reinigen der Oberfläche, d) thermische Behandlung der Oberfläche.
Unter „Abrasivstrahlen" wird vorliegend ein Strahlspanen zum Abtrennen von Spänen mit Hilfe von Strahlmitteln verstanden, die durch Energieträger im Druckoder Schleuderverfahren auf die zu behandelnde Oberfläche gestrahlt werden. Dabei wird das verwendete Strahlmittel (abrasiv wirkende Kömer beispielsweise) beim Druckstrahlen durch flüssige oder gasförmige Energieträger befördert und beschleunigt. Diese Verfahren werden insbesondere dazu eingesetzt, die Oberfläche aufzurauen bzw. zu glätten, eine Veränderung der Festigkeit nahe der Oberfläche zu bewirken oder eine Verformung der Oberfläche hervorzurufen. Es ist dabei auch möglich, dass durch das Abrasivstrahlen mehrere Funktionen gleich- zeitig erfüllt werden. Besonders bevorzugt sind in diesem Fall Abrasivstrahl- Verfahren, bei denen die Oberfläche aufgeraut wird. Beispielhaft sei an dieser Stelle das Sandstrahlen genannt.
Beim „Spanen" der Oberfläche wird ebenfalls die Kontur der Oberfläche des Katalysator-Trägerkörpers behandelt. Während beim Abrasivstrahlen das abrasive Medium bzw. das Strahlmittel durch flüssige oder gasförmige Energieträger „ungebunden" mit der Oberfläche in Kontakt gebracht wird, wird hinsichtlich des Verfahrens „Spanen" ein Mittel eingesetzt, welches gebundene Schneidkanten hat. Das trifft beispielsweise auf bestimmte Schleifmittel zu, bei denen' das Schleifmittel bzw. das Schleifkom fest auf einer Bezugsfläche verankert ist (Schleifpapier, Schleifsteine, Fräser). Auch mit einem solchen Verfahren lassen sich einerseits Verunreinigungen auf der Oberfläche des Katalysator- Trägerkörpers entfernen, die eine Anbindung von' Beschichtung und Katalysator- Trägerkörper behindern, zusätzlich lässt sich wiederum die Kontur, d. h. die Rau- higkeit, der Oberfläche in gewünschtem Umfang beeinflussen. Außerdem ist es bevorzugt, dass die Beschichtung durch zwischen Oberfläche und Beschichtung befindlichen haftvermittelnde Strukturen fester mit der Oberfläche verbunden ist. Derartige Strukturen sind stäbchenförmig ausgebildet und weisen vorzugsweise Widerharken auf, die in die Beschichtung eingreifen und mit der Oberfläche ver- bunden sind. Derartige Strukturen können aus der Oberfläche gearbeitet sein oder aus einem anderen, jedoch besser als die Beschichtung an der Oberfläche haftenden Material als Zwischenschicht ausgebildet sein. Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung des Anhaftvermögens ist eine galvanische Behandlung der Oberfläche, die in Abhängigkeit der angelegten Ströme zu einer Aufrauung der Oberflä- ehe oder den vorstehend genannten stäbchenförmigen Strukturen führt. Mit „Reinigen" der Oberfläche sind alle Verfahren gemeint, die beispielsweise Öl, Lösungsmittel, Schmutz, Oxide oder ähnliche an der Oberfläche haftende Verunreinigungen entfernen können. Beispielhaft seien an dieser Stelle die Verfahren Waschen oder Beizen genannt.
Darüber hinaus ist es auch möglich, die Oberfläche thermisch zu behandeln. Dadurch können Gefügeveränderungen im Material des Katalysator-Trägerkörpers bewirkt werden, die einen positiven Einfluss auf das Anbinden der Beschichtung haben. Gleichzeitig kann auf diese Weise eine störende Feuchtigkeit femgehalten oder ein Kalzinier- Vorgang durchgeführt werden.
Grundsätzlich ist auch eine beliebige Kombination der einzelnen „haftverbessern- den" Verfahren möglich, wobei sich bereits zumindest die folgenden Kombinationen als vorteilhaft herausgestellt haben (die Verfahren sind hier nur mit dem je- weiligen Buchstaben gekennzeichnet): a)+c); a)+c)+d); a)+d); b)+c); b)+c)+d); c)+d).
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass das Auftragen der Fest-Flüssig-Phase wenigstens gemäß einem der folgenden Schritte er- folgt: Aufsprühen, Verstreichen, Gießen, Eintauchen. Vorzugsweise wird zumindest einer der Schritte wenigstens einmal wiederholt. Beim „Aufsprühen" erfolgt das Auftragen der Fest-Flüssig-Phase mittels einer Düse, die bevorzugt feindispers eine gleichmäßige Verteilung der Fest-Flüssig-Phase auf der Oberfläche des Katalysator-Trägerkörpers bewirkt. Beim „Verstreichen" besteht die Mög- lichkeit, dass die Fest-Flüssig-Phase auf die Oberfläche aufgegeben wird und anschließend mit einem geeigneten Werkzeug verteilt wird, es ist jedoch auch möglich, dass die Fest-Flüssig-Phase auf die Verteileinrichtung direkt aufgetragen wird und so mit der Oberfläche des Katalysator-Trägerkörpers in Kontakt kommt. Beim „Gießen" wird die Fest-Flüssig-Phase einfach auf die Oberfläche aufgegos- sen, wobei ggf. durch eine geeignete Bewegung des Katalysator-Trägerkörpers anschließend eine gleichmäßige Verteilung der Fest-Flüssig-Phase bewirkt wird. Schließlich ist auch möglich, dass die Fest-Flüssig-Phase beispielsweise in einem Reservoir bereitgestellt wird, und die Oberfläche des Katalysator-Trägerkörpers dort hineingetaucht wird. Diese Eintauchen erfolgt vorzugsweise bei einem über 50°C heißen Katalysator-Trägerkörper, hierdurch bildet sich eine Kruste gleich- mäßiger Stärke. Eine weiter Methode zum Aufbringen der Katalysatorbeschich- v tung bietet der Siebdruck. Hierdurch kann mittels der Struktur des Siebes und der Maschen die Rissbildung in ihrer räumlichen Ausgestaltung vorbestimmt werden.
Grundsätzlich ist es vorteilhaft, dass der Katalysator-Trägerkörper während des Auftragens eine von einer Raumtemperatur abweichende Temperatur hat, insbesondere in einem Bereich von 40° C bis 800° C, bevorzugt in einem Bereich von 40° C bis 500° C und vorzugsweise in einem Bereich von 40° C bis 250° C. Weiterhin ist vorteilhaft, dass der Katalysator-Trägerkörper während des Auftragens relativ zur Quelle der Fest-Flüssig-Phase bewegt wird, so dass eine gleichmäßige Verteilung der Fest-Flüssig-Phase auf der Oberfläche stattfindet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der Katalysator- Trägerkörper nach dem Auftragen der Fest-Flüssig-Phase getrocknet. Dies findet insbesondere bei Temperaturen von 20° C bis 200° C statt, wobei sich dieser Tro- ckenvorgang bevorzugt über einen Zeitraum von 0,5 Stunden bis 168 Stunden erstreckt. Ganz besonders bevorzugt findet das Trocknen des Katalysator- Trägerkörpers in einer oxidierenden oder einer inerten Atmosphäre, ggf. im Vakuum, statt. Dadurch kann beispielsweise bewirkt werden, dass die Beschichtung jeweils etwas antrocknet, bevor der nächste Aufträge-Schritt beginnt. Dadurch lassen sich besonders große Schichtdicken realisieren. Diese weisen zudem eine relativ gleichmäßige Schichtdicke über die gesamte Oberfläche auf.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt die Ausbildung der Beschichtung durch Kalzinieren. Dabei erfolgt das Kalzinieren vorzugsweise bei Tempera- turen in einem Bereich von 200° C bis 1.000° C, vorzugsweise in einem Bereich von 210 bis 600 °C und besonders bevorzugt in einem Bereich von 350 bis 550 °C, für einen Zeitraum von 0,5 Stunde bis 24 Stunden, vorzugsweise einem Zeitraum von 1 bis 10 Stunden und besonders bevorzugt einem Zeitraum von 1,1. bis 5 Stunden. Der Kalzinier- Vorgang findet ggf. in einer oxidierenden oder einer inerten Atmosphäre statt. Um beispielsweise die gewünschte Gesamtrisslänge zu erreichen, ist es vorteilhaft, die Temperatur während des Kalzinier- Vorgangs zu variieren, insbesondere mit einer relativ hohen Temperaturänderungsgeschwindigkeit. Diesen Abschnitten der Temperaturführung mit hoher Änderungsgeschwindigkeit sind ggf. auch Auslagerungszeiträume, in denen die Temperatur gleichgehalten wird, nachgeschaltet. Bevorzugt erfolgt letztlich eine Abkühlung mit relativ hoher Abkühlgeschwindigkeit, um auch hier die Rissbildung in der Beschichtung zu begünstigen.
Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Auftrage- bzw. Kalzinier- Vorgänge mehrfach durchgeführt werden. Dabei kann es ggf. erforderlich sein, dass die auf- getragene Beschichtung bzw. die bereits thermisch behandelte aufgetragene Beschichtung (erneut) ggf. mit wenigstens einem „haftverbessernden" Schritt behandelt wird, wobei die Beschichtung vorzugsweise anschließend eine Oberfläche mit einer mittleren Oberflächervrauhigkeit kleiner 0,2 mm hat.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird die aufgetragene Beschichtung mit wenigstens einer weiteren Fest-Flüssig-Phase zur Imprägnierung katalytisch aktiver Materialien in Kontakt gebracht.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die imprägnierte Beschichtung einer theπnischen Behandlung unterzogen wird. Dabei ist es besonders vorteilhaft, dass die imprägnierte Beschichtung bei Temperaturen von 200° C bis 1.000° C für einen Zeitraum von 1 Stunde bis 24 Stunden kalziniert werden.
Gemäß noch einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die aufgetragene Beschichtung reduziert wird. Dies erfolgt bevorzugt in einer reduzierenden Atmosphäre, wobei für einen Zeitraum von 0,5 Stunde bis 24 Stunden bevorzugt Temperaturen im Bereich von 50° C bis 650° C vorliegen.
Weiter wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem der Katalysator-Trägerkörper zumindest teilweise elastisch verformt wird, so dass sich Risse in der Beschichtung bilden. Unter einer „elastischen" Verformung sind insbesondere solche zu verstehen, die keine bleibende Verformung des Katalysator-Trägerkörpers zur Folge haben. Dies betrifft beispielsweise Biegebeanspruchungen, wobei das Material des Katalysator-Trägerkörpers nicht über die Elastizitätsgrenze hinaus bean- spracht wird. Unter Umständen kann es jedoch auch sinnvoll sein, dass eine nachträgliche Anpassung des Katalysator-Trägerkörpers mitsamt der Beschichtung erfolgt. Nicht nur. in diesem Zusammenhang ist es möglich, den Katalysator- Trägerkörper zumindest teilweise auch „plastisch" zu verformen, ihm also eine bleibende neue Gestalt zu geben. Die Verformung (elastisch und/oder plastisch) hat wiederum zur Folge, dass Spannungen, insbesondere Zugspannungen, im Katalysator-Trägerkörper bzw. der Beschichtung entstehen, welche die Rissbildung hinsichtlich der Beschichtung begünstigen.
Als weiterer Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines organischen min- destens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisendes organischen Moleküls vorgeschlagen, bei dem ein mindestens eine Doppelbindung ausweisendes organisches Molekühl und Sauerstoff in Gegenwart eines erfindungsgemäßen Katalysator-Trägerkörpers miteinander in Kontakt gebracht werden. Als Doppelbindungen aufweisende Moleküle kommen insbesondere α-Olefine in betracht. Hierunter ist Propylen besonders bevorzugt.
Weiter wird auch vorgeschlagen, dass zur Herstellung eines organischen mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisenden Moleküls ein mindestens eine Doppelbindung aufweisendes organisches Molekül und Sauerstoff in mindes- tens einem Reaktor der oben beschriebenen Art in Kontakt gebracht werden. Außerdem wird ein Verfahren zur Herstellung eines wasseradsorbierenden Polymers vorgeschlagen, wobei eine Acrylsäure, erhältlich als ein mindestens eine Doppelbindung aufweisendes organisches Molekül aus dem erfindungsgemäßen Verfahren, polymerisiert wird.
Hinsichtlich eines Verfahrens zur Herstellung eines wasseradsorbierenden Hygieneartikels wird vorgeschlagen, dass ein wasseradsorbierendes Polymer, vorzugsweise Superabsorber, welches nach dem vorstehenden Verfahren hergestellt wurde, in mindestens einem Hygieneartikelbestandteil eingearbeitet wird. Ein solcher Hygieneartikelbestandteil ist vorzugsweise ein Windel- oder Damenbinden-Core. Superabsorber sind wasserunlösliche, vernetzte Polymere, die in der Lage sind, unter Quellung und Ausbildung von Hydrogelen große Mengen an Wasser, wäss- rigen Flüssigkeiten, insbesondere Körperflüssigkeiten, vorzugsweise Urin oder Blut, aufzunehmen und unter Druck zurückzuhalten. Superabsorber absorbieren vorzugsweise mindestens das 100-fache ihres Eigengewicht an Wasser. Weitere Einzelheiten .zu Superabsorbem sind in „Modem Superabsorbent Polymer Technology", F. L. Buchholz, A. T. Graham, Wiley-VCH, 1998" offenbart. Durch diese charakteristischen Eigenschaften sind diese wasserabsorbierenden Polymere hauptsächlich in Sanitärartikeln wie beispielsweise Babywindeln, Inkonti- nenzprodukten oder Damenbinden eingearbeitet.
Zusätzlich werden Fasern, Formkörper, Filme, Schäume, superabsorbierende Polymere, Detergentien, Spezialpolymere für die Bereiche Abwasserbehandlung, Dispersionsfarben, Kosmetika, Textilien, Lederveredlung oder Papierherstellung oder Hygieneartikel vorgeschlagen, die mindestens auf einem organischen mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisenden Molekül, vorzugsweise (Meth)Acrylsäure, basieren bzw. diese enthalten, die nach dem vorgenannten Verfahren erhältlich sind.
Schließlich wird noch eine Verwendung eines organischen mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisenden Moleküls , vorzugsweise (Meth)Acrylsäure, besonders bevorzugt Acrylsäure, vorgeschlagen, erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines organischen mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisenden Moleküls in oder zur Herstellung von Fasern, Formkörpern, Filmen, Schäumen, superabsorbierenden Polymeren oder Hygieneartikeln, Detergentien oder Spezialpolymere für die Bereiche Abwasserbehandlung, Dispersionsfarben, Kosmetika, Textilien, Lederveredlung oder Papierherstellung.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigen die Figuren besonders bevorzugte Ausfuhrungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Katalysator-Trägerkörpers,
Fig. 2 eine weitere Ausfuhrungsvariante eines Katalysator-Trägerkörpers,
Fig. 3 schematisch den Aufbau eines Reaktors umfassend eine Mehrzahl von Katalysator-Trägerkörpern,
Fig. 4 schematisch eine beschichtete Oberfläche mit Rissen, wie sie bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Katalysator-Trägerkörpers vorliegt,
Fig. 5 schematisch die beschichtete Oberfläche eines Katalysator- Trägerkörpers gemäß noch einer weiteren Ausführungsvariante und
Fig. 6 schematisch ein Detail einer weiteren Ausführungsvariante des Katalysator-Trägerkörpers.
Fig. 1 zeigt schematisch und in einer perspektivischen Darstellung einen Katalysator-Trägerkörper 1, der als mehrwandige Blechkonstruktion 8 ausgeführt ist. Auf der Oberfläche 2 des Katalysator-Trägerkörpers 1 ist eine Beschichtung 3 aufgetragen, die eine Vielzahl von Rissen 4 aufweist. Die Blechkonstruktion 8 umfasst zwei Bleche, die in vorgegebenen Verbindungsbereichen 18 miteinander verbunden sind. Dadurch werden zwischen den Verbindungsbereichen 18, min- destens einen, vorzugsweise mehrere, im wesentlichen parallel zueinander angeordnete Kanäle 9 gebildet. Während die Oberfläche 2 bzw. die Beschichtung 3 im Kontakt mit den Reaktionsmedien (insbesondere einem mindestens eine Doppelbindung aufweisenden organischen Molekül und Sauerstoff) in Kontakt stehen, dienen die Kanäle 9 zur Führung eines Kühlmittelstroms 15, der ein gewünschtes Temperatumiveau bezüglich der katalytisch motivierten Reaktion einstellt. Bezüglich der dargestellten Ausfuhrungsvariante ist ein regelmäßiger Aufbau der Blechkonstruktion 8 gewählt, wobei die nebeneinander liegenden Kanäle 9, die keine Querverbindung zueinander aufweisen, mit jeweils der gleichen Distanz 24 voneinander beabstandet sind. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Fig. 2 zeigt schematisch und in einer Detailansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Katalysator-Trägerkörpers 1. Der dargestellte Katalysator-Trägerkörper 1 umfasst eine Mehrzahl von Platten 10, die für ein Fluid durchströmbare Öffnungen 11 bilden. Während der Katalysator-Trägerkörper 1 nach Fig. 1 jeweils voneinander getrennte Kanäle 9 umfasst, sind hier eine Vielzahl von miteinander verbundenen Hohlräumen geschaffen, die eine Durchmen- gung des zwischen den Platte 10 verlaufenden Kühlmittelstroms 15 ermöglichen. Die Platten 10 sind in bestimmten, hier punktförmig ausgeführten, Verbindungsbereichen 18 miteinander verbunden. Dabei werden kissenformige Hohlräume bzw. Öfftiungen 10 gebildet, so dass ein sogenanntes „Thermoblech" gebildet ist (wie im übrigen in Fig. 1 auch). Der Katalysator-Trägerkörper 1, der hier als Thermoblech 17 ausgeführt ist, ermöglicht ein gleichmäßiges Strömen des Kühlmittelstroms 15 im Inneren des Thermoblechs 17, wie durch die gestrichelten Pfeile angedeutet. Auf der Oberfläche 2 des Katalysator-Trägerkörpers 1 ist die Beschichtung 3 vorgesehen, wobei der Gasstrom 21, der die Reaktionspartner umfasst, möglichst in einer Richtung quer zum Kühlmittelstrom 15 über die Be- Schichtung 3 hinweggeführt wird (Prinzip: „Kreuzstrom-,, und/oder „Gegen- stromwärmetauscher"). Damit -lässt sich ein besonders gleichmäßiges Temperaturniveau über die gesamte Oberfläche 2 erzielen.
Fig. 3 zeigt schematisch und im Detail einen Reaktor 25 mit einem Reaktionsraum 12, der von einer Wand 16 begrenzt ist. Die Wand 16 fixiert eine Mehrzahl von Thermoblechen 17, die in regelmäßigen Abständen 23 zueinander angeordnet sind. Die Thermobleche 17 bilden wiederum Öffnungen 11, durch die der Kühlmittelstrom 15 (wie gekennzeichnet) strömen kann. Der Gasstrom 21, der ein mindestens eine Doppelbindung aufweisendes organisches Molekül und den Sauerstoff umfasst, wird nach Möglichkeit quer dazu an der Beschichtung 3 der Thermobleche 17 entlang geführt. Dadurch wird die exotherme Reaktion befördert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Verbindungsbereiche 18 der Thermobleche 17 so angeordnet, dass die kissenformigen Öffnungen 11 im wesentlichen in einer Ebene 22 liegen. Es ist jedoch auch möglich, die Öffnungen 11 bzw. die Verbindungsbereiche 18 so anzuordnen, dass die Öffnungen I T bezüglich benachbarter Thermobleche 17 versetzt zueinander positioniert sind, beispielsweise um über die gesamte Oberfläche 2 einen gleichbleibenden Abstand 23 zu realisieren. Die Abstände reichen vorzugsweise von 50 μm bis 1,5 cm, bevorzugt von 500 μm bis 5 mm und besonders bevorzugt von 750 μm bis 2 mm.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Aufnahme von einer in Beispiel 2 hergestellten Beschichtung 3 mit Rissen 4. Die Risse 4 weisen dabei jeweils eine Länge 5 auf. Zur Bestimmung der Gesamtrisslänge werden die einzelnen Längen 5 der Risse 4 in einer solchen Aufnahme addiert, wobei die sich daraus ergebende absolute Gesamtrisslänge auf die Bezugsfläche von einem Quadratmeter bezogen wird. Bei der in Fig. 4 dargestellten Aufnahme sind relativ lange Risse zu erkennen, die ggf. miteinander zusammenhängen.
Diese Aufschlämmung wurde auf einen Katalysator-Trägerkörper aufgetragen, der im wesentlichen der Konstruktion aus Fig. 2 entspricht. Hier wurde eine Fläche betrachtet, die 32 mm2 beträgt. In diesem Bildausschnitt wurden die Risse dadurch vermessen, dass sie nachgefahren und aufaddiert wurden. Die Addition der Risslängen in diesem Bildausschnitt ergaben eine absolute Gesamtrisslänge von 27.512 μm. Das entspricht, bezogen auf eine Einheitsfläche
von 1 m 2 eine (relative) Gesamtrisslänge von 848 — 1 . m
Fig. 5 zeigt ebenfalls schematisch eine Aufnahme einer weiteren Beschichtung 3 gemäß Beispiel 3 mit Rissen 4. Die dargestellten Risse 4 sind erkennbar kürzer, dafür sind aber hier eine deutlich höhere Anzahl Risse 4 als in der Fig. 4 zu erkennen.
Die Aufnahme aus Fig. 5 zeigt den Ausschnitt einer Beschichtung 3.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Aufnahme wurde eine etwas abweichende Vergrößerung gewählt, da die Risse 4 hier eine kleinere Länge 5 haben. Ein Vergleich der beiden Maßstäbe aus den Fig. 4 und 5 lässt sich durch die eingezeichnete Referenzlänge von 500 μm durchführen. Die ausgemessene Fläche beträgt in Fig. 5 9, mm2. Als absolute Gesamtrisslänge ergab sich ein Wert von 24.596 μm. Das
heißt mit anderen Worten, dass eine (relative) Gesamtrisslänge von 2.515 — vor- m liegt.
Fig. 6 zeigt schematisch ein Detail einer Ausführungsvariante eines Katalysator- Trägerkörpers 1. Dargestellt ist ein Teil einer Platte 10, auf deren Oberfläche 2 die Beschichtung 3 vorgesehen ist. Die Beschichtung 3 hat mehrere Risse 4, die eine Breite 19 haben und sich über mindestens 80 % der Schichthöhe 6 erstrecken. Die Beschichtung 3 umfasst zudem verschiedene Bestandteile 7, die u. a. eine kataly- tische Reaktion eines mindestens eine Doppelbindung aufweisenden organischen Moleküls mit Sauerstoff begünstigen. Die Platte 10 ist hier mit einer Blechdicke 14 ausgeführt, die im Bereich von 100 μm bis 50 mm liegt.
Auf der der Beschichtung 3 abgewandten Seite der Platte 10 ist das Kühlmittel 20 angeordnet, welches ggf. an der innenliegenden Seite der Platte 10 entlang strömt und somit einen gleichmäßigen Abtransport der durch die katalytische Reaktion entstandenen Wärme sicherstellt.
Femer wird die Erfindung anhand von nicht limitierenden Beispielen näher erläu- tert:
BEISPIELE
1. Herstellung des Katalysatorrohpulvers
Es wurden nach DE OS 16 18 744 als Precurser 424 g Ammonium-para- molybdat, 47 g Ammonium-meta-vanadat und 27 g Ammonium-para-wolframat getrennt in destilliertem Wasser gelöst, die erhaltene Lösungen gemischt und die Mischung mit 236 g Kieselsäuresol versetzt. Die erhaltene Aufschlämmung wurde getrocknet und der feste Kuchen durch Kugelmahlen pulverisiert, um das Katalysatorrohpulver zu erhalten.
2. Vergleichsbeispiel einer Beschichtung (zu Fig. 4)
100g Katalysatorrohpulver und 5g Aerosil 200 (Degussa AG, Deutschland) wurden mit 120g vollentsalztem Wasser unter Rühren vermengt und homogenisiert und anschließend auf eine zu beschichtende Fläche eines Stahlblechs (1.457 nach DIN EN 10 027; Blechdicke 0,5 mm, Fläche 50 * 300 mm) gegossen. Die Fläche ist von seitlichen Begrenzungen mit einer von der Oberfläche der Fläche ausgemessenen Höhe von 1 mm umgrenzt, so dass diese Höhe der Begrenzung die maximale Beschichtungsdicke bestimmt. Die Fläche wurde vor dem Beschichten zunächst entfettet und dann Sandgestrahlt. Über die seitlichen Begrenzungen wurde überstehende Beschichtungsdispersion abgezogen, um eine einheitliche Schichtdicke von 1 mm zu erzielen. Nach Trocknung bei Raumtemperatur wurde kalziniert. Hierzu wurde mit einer Heizrate von 120 K/min bis 550°C aufgeheizt, anschließend wurde mit einer Heizrate von 2 K/min auf 570°C aufgeheizt. Diese Temperatur wurde 30 Minuten gehalten und anschließend mit einer Abkühlrate von 5 K/min über 10 Minuten und anschließend sich exponentiell verlangsamenden Abkühlrate auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Haftung betrug weniger als 10 N/m2.
• 3. Erfindungsgemäße Beschichtung (zu Fig. 4)
Hierzu wurde dem vorstehenden Beispiel gefolgt, wobei zusätzlich 0,5g Tylose® .' (Zelluloseether) zur Herstellung der Beschichtungssuspension verwand wurden. Die Haftung betrug 500 N/m2.
BEZUGSZEICHENLISTE
Katalysator-Trägerkörper
Oberfläche
Beschichτung
Riss
Länge
Schichtdicke
Bestandteil
Blechkonstruktion
Kanal
Platte
Öffnung
Reaktionsraum
Rauhigkeit
Blechdicke
Kühlmittelstrom
Wand
Thermoblech
Verbindungsbereich
Breite
Kühlmittel
Gasstrom
Ebene
Abstand
Distanz
Reaktor

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Katalysator-Trägerkörper (1) aufweisend eine Oberfläche (2), auf der eine mit der Oberfläche verbundene Beschichtung (3) vorgesehen ist, wobei es sich bei dem Katalysator-Trägerkröper (1) um ein Thermoblech handelt und wobei die Beschichtung auf der Aussenseite des Thermobleches angebracht ist.
2. Katalysator-Trägerkörper (1) nach Anspruch 1, wobei die Beschichtung (3) Risse (4) mit einer Länge (5) aufweist, wobei diese Längen eine Gesamtrisslänge von höchstens 500 m/m [Meter pro Quadratmeter] zeigen.
3. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschichtung (3) eine Haftzugfestigkeit von mindestens 500 N/m2 [Newton pro Quadratmeter] aufweist.
4: Katalysator-Trägerkörper (1) aufweisend eine Oberfläche (2) auf der eine mit der Oberfläche verbundene Beschichtung (3) vorgesehen ist, wobei die Beschichtung (3) Risse (4) mit einer Länge (5) aufweist, wobei diese Längen eine Gesamtrisslänge von mindestens 500 m/m2 [Meter pro Quadratmeter] zeigen und wobei die Beschichtung (3) eine Haftzugfestigkeit von mindestens 500 N/m2 [Newton pro Quadratmeter] aufweist.
5. Katalysator-Trägerkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die Beschichtung (3) eine Schichtdicke (6) hat, die mindestens 0,02 mm [Millimeter] beträgt.
6. Katalysator-Trägerkörper (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Beschichtung (3) Risse (4) mit einer Länge (5) aufweist, wobei eine Ge- samtrisslänge von mindestens 1000 m/m2 [Meter pro Quadratmeter] vorliegt.
7. Katalysator-Trägerkörper (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6 , wobei dieser mit einem ersten thermischen Ausdehnungskoeffizienten ausgeführt ist und die Beschichtung (3) einen zweiten thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, wobei die beiden thermischen Ausdehnungskoeffizienten zumindest bei einer Temperatur aus einem Bereich von 20 °C bis 650 °C eine Abweichung von zumindest 10 % aufweisen.
8. Katalysator-Trägerkörper ( 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (3) eine katalytisch aktive Beschichtung (3) zur P artialoxidation von Propen und Acrol ein ist.
9. Katalysator-Trägerkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (3) mindestens einen inerten Bestandteil (7) umfasst.
10. Katalysator-Trägerkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung (3) wenigstens einen Silizium oder Aluminium und Sauerstoff beinhaltende Bestandteil (7) umfasst.
11. Katalysator-Trägerkörper (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10 , wobei der Katalysator-Trägerkörper (1) mit metallischem Material aufgebaut ist.
12. Katalysator-Trägerkörper (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , wobei der Katalysator-Trägerkörper (1) eine mehrwandige Blechkonstruktion (8) mit mindestens einem für ein Fluid durchströmbaren Kanal (9) umfasst.
13. Katalysator-Trägerkörper (1) nach Ansprach 11 oder 12 , wobei der Katalysator-Trägerkörper (1) eine Mehrzahl von Platten (10) umfasst und diese für ein Fluid durchströmbare Öffnungen (11) bilden.
14. Katalysator-Trägerkörper (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10„ wobei , der Katalysator-Trägerkörper (1) mit keramischen Material aufgebaut ist.
15. . Reaktor (25) zur Herstellung von polymerisierbaren Monomeren mit wenigstens einen für ein Fluid durchströmbaren Reaktionsraum (12), wobei der wenigstens eine Reaktionsraum (12) zumindest einen Katalysator-Trägerkörper (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche umfasst.
16. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung (3) auf einer Oberfläche (2) eines Thermobleches als Katalysator-Trägerkörper (1), umfas- send zumindest folgende Schritte: Herstellen einer Fest-Flüssig-Phase mit einem Katalysator, der geeignet zur Herstellung eines organischen mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisenden Moleküls ist, Auftragen der Fest-Flüssig-Phase auf einer Aussenseite des Thermobleches, Ausbilden einer Beschichtung (3) auf der Aussenseite des Thermobleches.
17. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung (3) auf einer Oberflä- ehe (2) eines Katalysator-Trägerkörpers (1), umfassend zumindest folgende Schritte: Herstellen einer Fest-Flüssig-Phase mit einem Katalysator, der geeignet zur Herstellung eines organischen mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisenden Moleküls ist, - Auftragen der Fest-Flüssig-Phase auf einen Katalysator- Trägerkörper (1), Ausbilden einer Beschichtung (3), die Risse (4) mit einer Länge (5) aufweist, wobei eine Gesamtrisslänge von mindestens 500 m/m2 [Meter pro Quadratmeter] vorliegt.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei der Katalysator- Trägerkörper (1) vor dem Auftragen der Fest-Flüssig-Phase haftverbessemd behandelt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei wenigstens einer der folgenden Schritte durchgeführt wird, insbesondere in Bezug auf Katalysator- Trägerkörper (1) aus metallischem Material: a) Abrasivstrahlen der Oberfläche (2); b) Spanen der Oberfläche (2); c) Reinigen der Oberfläche (2); ' d) Thermische Behandlung der Oberfläche (2).
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei das Auftragen der Fest-Flüssig-Phase wenigstens gemäß einem der folgenden Schritte erfolgt: Aufsprühen, Verstreichen, Gießen, Eintauchen.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20 , wobei der Katalysator- Trägerkörper (1) nach dem Auftragen der Fest-Flüssig-Phase getrocknet wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei die Ausbildung der Beschichtung (3) durch Kalzinieren erfolgt.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei die aufgetragene Beschichtung (3) mit wenigstens einer weiteren Fest-Flüssig-Phase zur Imprägnierung katalytisch aktiver Materialien in Kontakt gebracht wird.
24. Verfahren nach Ansprach 23, wobei die imprägnierte Beschichtung (3) einer thermischen Behandlung unterzogen wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 24, wobei die aufgetragene Beschichtung (3) reduziert wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 25, wobei der Katalysator- Trägerkörper (1) zumindest teilweise elastisch verformt wird, so dass sich Risse (4) in der Beschichtung (3) bilden.
27. Verfahren zur Herstellung eines organischen mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisenden Moleküls, wobei ein mindestens eine Doppelbindung aufweisendes organisches Molekül und Sauerstoff in Gegenwart eines Katalysator-Trägerkörpers (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 miteinander in Kontakt gebracht werden.
28. Verfahren zur Herstellung eines organischen mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisenden Moleküls, wobei ein mindestens eine Doppelbindung aufweisendes organisches Molekül und Sauerstoff in mindestens einem Reaktor (25) nach Ansprach 15 in Kontakt gebracht werden.
29. Verfahren zur Herstellung eines wasserabsorbierenden Polymers, wobei eine gereinigte Acrylsäure, erhältlich als ein mindestens eine Döppelbin- düng aufweisendes organisches Molekül aus einem Verfahren nach einem der Ansprüche 27 oder 28, polymerisiert wird.
30. Verfahren zur Herstellung eines wasserabsorbierenden Hygieneartikels, wobei ein wasseräbsorbierendes Polymer, erhältlich nach Ansprach 29, mit mindestens einen Hygieneartikelbestandteil kombiniert wird.
31. Fasern, Formkörper, Filme, Schäume, superabsorbierende Polymere, Detergentien, Spezialpolymere für die Bereiche Abwasserbehandlung, Dispersionsfarben, Kosmetika, Textilien, Lederveredelung oder Papierherstellung oder Hygieneartikel, mindestens basierend auf oder beinhal- tend ein organisches mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisendes Molekül, erhältlich nach einem Verfahren nach Ansprach 27 oder 28.
-32. Verwendung eines organischen mindestens eine Doppelbindung und Sauerstoff aufweisenden Moleküls, erhältlich nach einem Verfahren nach Ansprach 27 oder 28 in oder zur Herstellung von Fasern, Formkörpern, Filmen, Schäumen, superabsorbierenden Polymeren oder Hygieneartikeln, Detergentien oder Spezialpolymere für die Bereiche Abwasserbehandlung, Dispersionsfarben, Kosmetika, Textilien, Lederveredelung o- der Papierherstellung.
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WO (1) WO2005011858A1 (de)
ZA (1) ZA200601079B (de)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005019000A1 (de) 2005-04-22 2006-10-26 Degussa Ag Katalytisch beschichteter Träger, Verfahren zu dessen Herstellung und damit ausgestatteter Reaktor sowie dessen Verwendung
JP2008264766A (ja) * 2007-03-29 2008-11-06 Nippon Shokubai Co Ltd 酸化物触媒および該触媒を用いたアクロレインまたはアクリル酸の製造方法ならびに当該アクリル酸を用いた吸水性樹脂の製造方法
DE102008060888A1 (de) 2008-12-09 2010-06-10 Evonik Stockhausen Gmbh Verfahren zur Herstellung von Acrolein umfassend die Aufarbeitung einer Rohglycerin-Phase
KR101297597B1 (ko) * 2011-04-19 2013-08-19 한국화학연구원 합성가스로부터 탄화수소를 제조하기 위한 반응장치
FR2975922B1 (fr) 2011-06-06 2013-05-31 Arkema France Reacteur a plaques avec injection in situ
CN105150709B (zh) * 2014-06-25 2017-12-29 上海宜瓷龙新材料股份有限公司 一种陶瓷涂料上使用移印或者丝印技术的施工方法
EP3266757B1 (de) 2016-07-08 2019-12-25 Evonik Operations GmbH Herstellung von zumindest 1-hexen und octen aus ethen
US10227279B2 (en) 2016-09-12 2019-03-12 Evonik Degussa Gmbh Dehydrogenation of LPG or NGL and flexible utilization of the olefins thus obtained
US10531174B2 (en) * 2016-10-13 2020-01-07 Bose Corporation Earpiece employing cooling and sensation inducing materials
US10602250B2 (en) 2016-10-13 2020-03-24 Bose Corporation Acoustaical devices employing phase change materials
US10850261B2 (en) 2018-03-14 2020-12-01 Evonik Operations Gmbh Oligomerization catalyst and process for the production thereof
US11253844B2 (en) 2018-03-14 2022-02-22 Evonik Operations Gmbh Oligomerization catalyst and process for the production thereof
US10882028B2 (en) 2018-03-14 2021-01-05 Evonik Operations Gmbh Ni-containing catalyst for the oligomerization of olefins
US10882027B2 (en) 2018-03-14 2021-01-05 Evonik Operations Gmbh Process for producing an oligomerization catalyst
US10633302B2 (en) 2018-07-25 2020-04-28 Evonik Operations Gmbh Process for oligomerization of butene with determination of the proportion of acidic catalysis
US20200166293A1 (en) * 2018-11-27 2020-05-28 Hamilton Sundstrand Corporation Weaved cross-flow heat exchanger and method of forming a heat exchanger
US11186782B2 (en) 2019-01-08 2021-11-30 Evonik Operations Gmbh Catalyst and process for removing mercaptans from hydrocarbon streams
ES2953108T3 (es) 2019-01-08 2023-11-08 Evonik Operations Gmbh Procedimiento para eliminar hidrocarburos poliinsaturados de corrientes de hidrocarburos C4 en presencia de mercaptano, disulfuros e hidrocarburos C5
DE102019120862A1 (de) 2019-08-01 2021-02-04 Benteler Automobiltechnik Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Plattenwärmetauschers sowie Plattenwärmetauscher
US11332421B2 (en) 2019-08-21 2022-05-17 Evonik Operations Gmbh Process for oligomerization of olefins with optimized distillation
US11254631B2 (en) 2019-08-21 2022-02-22 Evonik Operations Gmbh Process for oligomerization of olefins with optimized distillation
CN111569643A (zh) * 2020-04-29 2020-08-25 江苏卓高环保科技有限公司 一种净化pm2.5甲醛的复合净化材料及其制备的空气净化器

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3567773A (en) * 1966-05-21 1971-03-02 Nippon Kayaku Kk Production of unsaturated aliphatic acids
NL7400525A (de) * 1973-01-27 1974-07-30
US4292208A (en) * 1974-05-03 1981-09-29 Alloy Surfaces Company, Inc. Diffusion coating combinations
JPS5556823A (en) * 1978-10-19 1980-04-26 Daikin Ind Ltd Catalytic oxidation apparatus
DE3019731A1 (de) * 1980-05-23 1981-12-03 Röhm GmbH, 6100 Darmstadt Katalytisches oxydations- oder dehydrierungsverfahren
EP0040666B1 (de) * 1980-05-23 1983-09-28 Röhm Gmbh Katalytisches Oxydations- und Dehydrierungsverfahren und Verwendung einer dafür geeigneten Umsetzungsvorrichtung
JPS62247838A (ja) * 1987-04-17 1987-10-28 Babcock Hitachi Kk 板状触媒
DE4214579A1 (de) * 1992-04-30 1993-11-04 Gerd Gaiser Reaktor zur katalytischen behandlung gasfoermiger fluide
JPH09262484A (ja) * 1996-03-29 1997-10-07 Ngk Insulators Ltd 高耐熱衝撃性セラミックハニカム触媒
KR20010089731A (ko) * 1998-12-28 2001-10-08 알프레드 엘. 미첼슨 고강도/고표면적 알루미나 세라믹
JP2001038195A (ja) * 1999-06-28 2001-02-13 Basf Ag 熱交換板を備えた反応器
DE19952964A1 (de) * 1999-11-03 2001-05-10 Basf Ag Verfahren zur katalytischen Gasphasenoxidation zu (Meth)Acrolein und/oder (Meth)Acrylsäure
DE10011568C1 (de) * 2000-03-09 2001-06-13 Gea Canzler Gmbh Wärmetauscherelement
DE10108380A1 (de) * 2001-02-21 2002-09-05 Deg Intense Technologies & Ser Reaktor zur Durchführung von katalysierten Reaktionen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2005011858A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20060276334A1 (en) 2006-12-07
CN1832799A (zh) 2006-09-13
BRPI0413096A (pt) 2006-10-03
WO2005011858A1 (de) 2005-02-10
ZA200601079B (en) 2007-09-26
DE10335510A1 (de) 2005-03-10
JP2007500588A (ja) 2007-01-18

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