Temperaturstabiler Katalysator für die Chlorwasserstoffgasphasenoxidation
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysator für Oxidationsreaktionen, der mindestens einen in der Katalyse von Oxidationsreaktionen aktiven Bestandteil sowie einen Träger dafür umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger Uranoxide umfaßt. Der Katalysator zeichnet sich durch eine, verglichen mit Katalysatoren des Stands der Technik, höhere Stabilität und Aktivität aus.
Es ist bekannt, daß sich Uranoxide als Oxidationskatalysatoren für eine Reihe von Komplett- bzw. Selektivoxidationen eignen. Ein typisches Beispiel für den Einsatz von uranbasierten Katalysatoren ist die CO-Oxidation zu CO2, wie beispielsweise von Campbell at al in J. Molec. Cat. A: Chem., (2006), 245(1-2), 62-68 beschrieben wurde. Weitere von uranhaltigen Mischoxiden katalysierte Oxidationen sind bspw. die von Isobuten zu Acrolein (Corberan et. al., Ind. Eng. Chem. Prod. Res. Dev., (1984), 24, 546, und 1985, 24, 62) und die von Propylen zu Acrolein und Acrylnitril (US 3 308 151 und US 3 198 750). Weiterhin ist noch die Totaloxidation von VOC (volatile organic Compounds) an U3O8, die insbesondere von Hutchings et. al. (Nature, (1996), 384, p341) untersucht wurde, bekannt. Uranoxid als Träger für nanoskalige Goldpartikeln ist beispelsweise in Green Chemistry (2005), 7(11), 768-770 und (2007) 9(3), 267-272 beschrieben. Anwendungen im Bereich der Chlorwasserstoffoxidation werden in diesem Zusammenhang nicht offenbart.
Ruthenium findet, wie allgemein bekannt, insbesondere als Reduktionskatalysator oder als Oxidationskatalysator Anwendung (Handbook of Heterogeneous Catalysis, 1997, S2160 und S2181).
Eine Oxidation unter drastischeren Bedingungen bezüglich Temperatur und Sauerstoffpartialdruck ist das von Deacon 1868 entwickelte Verfahren der katalytischen Chlorwasserstoffoxidation mit Sauerstoff:
4 HCl + O2 => 2 Cl2 + 2 H2O.
Die Oxidation von Chlorwasserstoff zu Chlor ist eine Gleichgewichtsreaktion. Die Lage des Gleichgewichts verschiebt sich mit zunehmender Temperatur zu Ungunsten des gewünschten Endproduktes. Es ist daher vorteilhaft, Katalysatoren mit möglichst hoher Aktivität einzusetzen, die die Reaktion bei niedriger Temperatur ablaufen lassen.
Erste Katalysatoren für die Chlorwasserstoffoxidation mit dem katalytisch aktiven Bestandteil Ruthenium wurden schon 1965 in DE 1 567 788 beschrieben, in diesem Fall ausgehend von RuCl3. Als Träger wurden Al2O3 und SiO2 beansprucht. Die Aktivität dieser Kombination ist relativ niedrig, da diese Träger keine Gitter-Sauerstoffatome für den Oxidationsprozess zur Verfügung stellen können.
Weitere Ru-basierte Katalysatoren mit Rutheniumoxid oder Rutheniummischoxid als aktivem Bestandteil wurden in DE-A 197 48 299 beansprucht. Dabei beträgt der Gehalt an Rutheniumoxid 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-% und der mittlere Teilchendurchmesser von Rutheniumoxid 1,0 nm bis 10,0 nm.
Weitere auf Titanoxid oder Zirkoniumoxid geträgerte Ru-Katalysatoren sind aus DE-A 197 34 412 bekannt. Für die Herstellung der darin beschriebenen Rutheniumchlorid- Katalysatoren, die mindestens eine Verbindung Titandioxid und Zirkondioxid enthalten, wurden eine Reihe von Ru-Ausgangsverbindungen angegeben, wie beispielsweise Ruthenium-Carbonyl-Komplexe, Rutheniumsalze anorganischer Säuren, Ruthenium- Nitrosyl-Komplexe, Ruthenium-Amin-Komplexe, Rutheniumkomplexe organischer Amine oder Ruthenium-Acetylacetonat-Komplexe. In einer bevorzugten Ausführung wurde Titandioxid in Form von Rutil als Träger eingesetzt. Zwar besitzen Ru-Katalysatoren eine recht hohe Aktivität, jedoch neigen sie bei höheren Temperaturen zur Versinterung und damit zur Deaktivierung. Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit ist jedoch eine weitere Steigerung der Aktivität bei guter Langzeitstabilität notwendig.
Die bisher entwickelten geträgerten Ruthenium-Oxidationskatalysatorsystemen besitzen eine unzureichende Aktivität bzw. Stabilität für die Chlorwasserstoffoxidation. Durch eine Erhöhung der Reaktionstemperatur kann zwar die Aktivität gesteigert werden, jedoch führt dies zu Versinterung/Deaktivierung oder zum Verlust des katalytisch aktiven Bestandteils.
In der DE 1 078 100 werden Katalysatoren umfassend Salze oder Oxide von Silber, Uran oder Thorium offenbart, die sich auf inerten Trägern aus Kaolin, Kieselgel, Kieselgur oder Bimsstein befinden. Es wird nicht offenbart, dass die resultierenden Katalysatoren kalziniert werden, wodurch mit einer geringen Stabilität der offenbarten Katalysatoren zu rechnen ist. Außerdem wird nicht offenbart, dass der Träger alleine eine katalytische Aktivität haben kann und aus Uranoxid bestehen kann. Es wird stets eine Zusammensetzung offenbart, die die Anwesenheit von Silber und Salzen oder Oxiden von
seltenen Erden voraussetzt. Demzufolge ist in Ermangelung weiterer Offenbarung davon auszugehen, dass die technische Lehre auf einen Co-katalyti sehen Effekt zielt, der im Zusammenspiel der einzelnen katalytisch aktiven Bestandteile erst einen Umsatz ermöglicht.
Dies ist nachteilig, weil sowohl die Verwendung von Silber und von den Salzen oder Oxiden der seltenen Erden dazu führen, dass der Katalysator wirtschaftlich unvorteilhaft gegenüber Alternativen ohne diese Bestandteile ist. Insbesondere die Verwendung von Silber kann hier in Anbetracht der kontinuierlich steigenden Preise dieses Edelmetalls als besonders nachteilig angesehen werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand also darin, ein Katalysator bereitzustellen, welcher die Oxidation von Chlorwasserstoff mit hoher Aktivität und/oder Stabilität bewerkstelligt und dabei wirtschaftlich vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik erhalten werden kann.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch die gezielte Trägerung von in der Oxidation katalytisch aktiven Metallen, wie beispielsweise Ruthenium, auf Uranoxiden, aufgrund einer besonderen Wechselwirkung zwischen katalytisch aktivem Bestandteil und Träger, eine Reihe von neuen hochaktiven Katalysatoren hergestellt werden können, die eine hohe katalytische Aktivität aufweisen.
Zudem wurde überraschenderweise gefunden, dass die erfindungs gemäßen auf Uranoxiden basierten Katalysatoren eine besondere Stabilität in Sauerstoff- und chlorwasserstoffhaltiger Atmosphäre auch bei hohen Temperaturen aufweisen und dass auf weitere katalytisch aktive Bestandteile bei besonderen auf Uranoxiden basierten Katalysatoren gegebenenfalls verzichtet werden kann, da diese selbst schon eine Aktivität und/oder Stabilität bei der Oxidation von Chlorwasserstoff aufweisen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Katalysator für Oxidationsreaktionen, der mindestens einen in der Katalyse von Oxidationsreaktionen aktiven Bestandteil sowie einen Träger dafür umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger auf einer uranhaltigen Verbindung, insbesondere Uranoxid, basiert.
Bevorzugt ist ein Katalysator, bei dem der Träger ein Uranoxid aufweist. Bevorzugt werden Uranoxide wie beispielsweise UO3, UO2, UO bzw. die aus Gemischen dieser
Spezies resultierenden nichtstöchimoetrischen Phasen wie bspw. U3O5, U2O5> U3O7, U3Og, U4θ9, U]3O34. Besonders bevorzugt sind Uranoxide oder Gemische dieser mit einer stöchiometrischen Zusammensetzung von UO2 ] bis UO2,9.
Als mit Uranoxid kombinierbare Trägermaterialen eignen sich beispielsweise Siliziumdioxid, Titandioxid mit Rutil- oder Anatas-Struktur, Zirkondioxid, Aluminiumoxid oder deren Gemische, bevorzugt Titandioxid, Zirkondioxid, Aluminiumoxid oder deren Gemische, besonders bevorzugt γ- oder δ- Aluminiumoxid oder deren Gemische.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung der vorliegenden Erfindung besteht der Katalysator nur aus einem Träger, der Uranoxid umfasst.
Somit ist in der bevorzugten Weiterentwicklung der mindestens eine in der Katalyse von Oxidationsreaktionen aktive Bestandteil identisch mit mindestens einem Bestandteil des Trägers und ist ein Uranoxid oder ein Gemisch von Uranoxiden.
Dies ist besonders vorteilhaft, weil damit auf die weitere Verwendung teuerer Edelmetalle oder Halbmetalle als weitere aktive Bestandteile des Katalysators verzichtet werden kann.
Bevorzugt wird in dieser Weiterentwicklung ein Träger als Katalysator verwendet, der Uranoxide oder Gemische dieser mit einer stöchiometrischen Zusammensetzung von Uθ2,i bis UO2i9 umfasst Insbesondere diese Stöchiometrien zeigen eine besonders hohe Aktivität und Stabilität.
Die Uranoxide können auch mit den gerade beschriebenen anderen Trägermaterialien kombiniert werden.
Diese bevorzugten Katalysatoren in Form von Trägern umfassend Uranoxid oder Gemische von Uranoxid als Katalysatoren sind besonders vorteilhaft, weil sie überraschenderweise eine außerordentlich hohe Aktivität und Stabilität für Oxidationsreaktionen aufweisen.
Ebenfalls bevorzugt besteht der Katalysator nur aus einem Träger, der Uranoxid umfasst und einem Vorbehandeln unterzogen wird.
Das Vorbehandeln ist üblicherweise ein Vorbehandeln unter den Prozessbedingungen der Verwendung des Katalysators. Da die hier offenbarten Katalysatoren bevorzugt in der
Oxidation von HCl mit Sauerstoff verwendet werden, ist ein Vorbehandeln mit einem stöchiometrischen Gemisch aus Sauerstoff und HCl bevorzugt. Besonders bevorzugt ist ein Vorbehandeln mit einem stöchiometrischen Gemisch aus HCl und Sauerstoff bei mindestens 400°C, bevorzugt mindestens 500°C. Das Vorbehandeln erfolgt üblicherweise mindestens für 10 h. Bevorzugt mindestens für 50 h, besonders bevorzugt mindesten für 100 h.
Das Vorbehandeln kann beliebig lange bei beliebigen Temperaturen erfolgen. Es hat sich gezeigt, dass ein längeres und heißeres Vorbehandeln besser ist als ein kürzeres und kälteres. Es sind auch kürzere und kältere Vorbehandlungen denkbar. Es ist eine Frage der Abwägung, in wiefern ein Mehraufwand im Vorbehandeln, der sich in gesteigerter Aktivität niederschlägt durch diesen Aktivitätsgewinn wieder kompensiert werden kann. Daher sind die gerade angegebenen Temperaturbereiche und Zeitspannen als sinnvolle Empfehlungen, nicht aber als technische Beschränkungen zu verstehen.
Es wurde, wie zuvor bereits beschrieben, überraschend gefunden, dass die Träger/Katalysatoren dieser Erfindung und hier insbesondere die Katalysatoren der bevorzugten Weiterentwicklung, bei denen der Katalysator nur aus einem Träger, der Uranoxid umfasst, besteht, bei Belastung mit hoher Temperatur unter Verfahrensbedingungen im Sinne eines Vorbehandelns an Aktivität gewinnen. Alle bekannten Katalysatoren verhalten sich hierzu im Wesentlichen gegensätzlich.
Wird neben dem Träger umfassend Uranoxid ein weiterer katalytisch aktiver Bestandteil verwendet, so ist ein Katalysator bevorzugt, bei dem der katalytisch aktive Bestandteil in Form einer wässrigen Lösung oder Suspension auf den Träger aufgebracht und das Lösungsmittel anschließend entfernt wird.
Besonders bevorzugt ist ein Katalysator, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der weitere katalytisch aktive Bestandteil als wässrige Lösung oder Suspension von Ruthenium- Halogeniden, -Oxiden, -Hydroxiden oder -Oxyhalogeniden jeweils allein oder in beliebiger Mischung auf den Träger aufgebracht ist und das Lösungsmittel anschließend entfernt wird.
Als weitere katalytisch aktive Bestandteile in Frage kommen alle Bestandteile, die die Chlorwasserstoffoxidation katalysieren. Beispielsweise, eignen sich folgende Elemente
bzw. Verbindungen davon: Ruthenium, Osmium, Rhodium, Iridium, Palladium, Platin, Kupfer, Silber, Gold, Rhenium, Bismut, Kobalt, Eisen, Chrom oder deren Mischungen. In einer bevorzugten Ausführung werden Ruthenium und seine Verbindungen eingesetzt. In einer ganz bevorzugten Ausfuhrung ohne darauf beschränkt zu sein, wird Ruthenium in oxidischer Form oder als Chloridverbindung oder als Oxychloridverbindung eingesetzt.
In einer weiteren Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der weitere katalytisch aktive Bestandteil in einer nicht-oxidischen Form auf den Träger aufgebracht und im Laufe der Reaktion in die oxidierte Form umgewandelt.
Üblicherweise liegt die Beladung mit dem katalytisch aktiven Bestandteil im Bereich von 0,1 bis 80 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 1 bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 25 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse aus Katalysator und Träger.
Der weitere katalytisch aktive Bestandteil kann durch verschiedene Verfahren aufgebracht werden. Beispielsweise und ohne darauf beschränkt zu sein, können Feucht- und Nassimprägnierung eines Trägers mit geeigneten in Lösung vorhandenen Ausgangsverbindungen oder Ausgangsverbindungen in flüssiger oder kollodialer Form, Auf- und Co-Auffällverfahren, sowie Ionenaustausch und Gasphasenbeschichtung (CVD, PVD) eingesetzt werden. Bevorzugt ist eine Kombination aus Imprägnierung und anschließender Auffällung mit reduzierenden (vorzugsweise Wasserstoff, Hydride oder Hydrazinverbindungen) oder alkalischen Substanzen (vorzugsweise NaOH, KOH oder Ammoniak).
Als Promotoren kommen basisch wirkende Metalle in Frage (z.B. Alkali, Erdalkali und Seltenerdmetalle), bevorzugt sind Alkalimetalle insbesondere Na und Cs und Erdalkalimetalle, besonders bevorzugt sind Erdalkalimetalle, insbesondere Sr und Ba und das Seltenerdenmetall Ce.
Die gegebenenfalls zusätzlich zum weiteren aktiven Bestandteil vorhandenen Promotoren können, ohne darauf beschränkt zu sein, durch Imprägnier- und CVD- Verfahren auf den Katalysator aufgebracht werden, bevorzugt ist eine Imprägnierung, insbesondere bevorzugt nach Aufbringen des weiteren katalytisch aktiven Bestandteils.
Zur Stabilisierung der Dispersion des weiteren katalytisch aktiven Bestandteils können beispielsweise ohne darauf beschränkt zu sein, verschiedene Dispersionsstabilisatoren wie
beispielsweise Scandiumverbindungen, Manganoxide und Lanthanoxide eingesetzt werden Die Stabilisatoren werden bevorzugt zusammen mit dem weiteren katalytischen Bestandteil durch Imprägnierung und/oder Fällung aufgebracht.
Die Katalysatoren können unter Normaldruck oder vorzugsweise bei vermindertem Druck unter Stickstoff-, Argon- oder Luftatmosphäre bei 40 bis 2000C getrocknet werden. Die Trocknungsdauer beträgt bevorzugt 10 min bis 24 h.
Die Katalysatoren können unkalziniert oder kalziniert eingesetzt werden. Das Kalzinieren kann in reduzierender, oxidierender oder inerter Phase erfolgen, bevorzugt ist das Kalzinieren in einem Luft- oder im Stickstoffstrom.
Dieses Kalzinieren kann auf den erfindungsgemäßen Katalysator umfassend einen katalytisch aktiven Bestandteil auf einem, der auf einer uranhaltigen Verbindung, insbesondere Uranoxid, basiert, angewendet werden, aber auch auf den Katalysator gemäß der bevorzugten Weiterentwicklung, in der der mindestens eine in der Katalyse von Oxidationsreaktionen aktive Bestandteil zugleich auch der Träger ist.
Das Kalzinieren erfolgt im Falle eines Katalysators gemäß der bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung, in Form von Trägern umfassend Uranoxid oder Gemische von Uranoxid als Katalysatoren, in Anwesenheit von bzw. bei Ausschluss von Sauerstoff in einem Temperaturbereich von 500 bis 12000C, bevorzugt im Bereich 700 bis 10000C.
Das Kalzinieren erfolgt im Falle eines Katalysators umfassend Träger und weiteren katalytisch aktiven Bestandteil in Anwesenheit von oxidierenden Gasen in einem Temperaturbereich von 150 bis 5000C, bevorzugt im Bereich von 1500C bis 3000C.
Bevorzugt wird zur Anwendung der neuen Katalysatoren wie oben bereits beschrieben das als Deacon-Prozess bekannte katalytische Verfahren eingesetzt. Hierbei wird Chlorwasserstoff mit Sauerstoff in einer exothermen Gleichgewichtsreaktion zu Chlor oxidiert, wobei Wasserdampf anfällt. Die Reaktionstemperatur beträgt üblicherweise 150 bis 4500C, der übliche Reaktionsdruck beträgt 1 bis 25 bar. Da es sich um eine Gleichgewichtsreaktion handelt, ist es zweckmäßig, bei möglichst niedrigen Temperaturen zu arbeiten, bei denen der Katalysator noch eine ausreichende Aktivität aufweist. Ferner ist es zweckmäßig, Sauerstoff in überstöchiometrischen Mengen zum Chlorwasserstoff
einzusetzen. Üblich ist beispielsweise ein zwei- bis vierfacher Sauerstoff-Überschuss. Da keine Selektivitätsverluste zu befürchten sind, kann es wirtschaftlich vorteilhaft sein, bei relativ hohem Druck und dementsprechend bei gegenüber Normaldruck längerer Verweilzeit zu arbeiten.
Geeignete bevorzugte Katalysatoren für das Deacon-Verfahren enthalten Rutheniumoxid, Rutheniumchlorid oder andere Rutheniumverbindungen. Geeignete Katalysatoren können beispielsweise durch Aufbringen von Rutheniumchlorid auf den Träger und anschließendes Trocknen oder Trocknen und Kalzinieren erhalten werden. Geeignete Katalysatoren können ergänzend zu oder an Stelle einer Rutheniumverbindung auch Verbindungen anderer Metalle, beispielsweise Gold, Palladium, Platin, Osmium, Iridium, Silber, Kupfer, Chrom, Uran, oder Rhenium enthalten. Geeignete Katalysatoren können ferner Chrom(III)oxid enthalten.
Die katalytische Chlorwasserstoff-Oxidation kann adiabatisch oder bevorzugt isotherm oder annähernd isotherm, diskontinuierlich, bevorzugt aber kontinuierlich als Fließ- oder Festbettverfahren, bevorzugt als Festbettverfahren, besonders bevorzugt in Rohrbündelreaktoren an Heterogenkatalysatoren bei einer Reaktortemperatur von 180 bis 450°C, bevorzugt 200 bis 400°C, besonders bevorzugt 220 bis 350°C und einem Druck von 1 bis 25 bar (1000 bis 25000 hPa), bevorzugt 1,2 bis 20 bar, besonders bevorzugt 1,5 bis 17 bar und insbesondere 2,0 bis 15 bar durchgeführt werden.
Übliche Reaktionsapparate, in denen die katalytische Chlorwasserstoff-Oxidation durchgeführt wird, sind Festbett- oder Wirbelbettreaktoren. Die katalytische Chlorwasserstoff-Oxidation kann bevorzugt auch mehrstufig durchgeführt werden.
Bei der adiabatischen, der isothermen oder annähernd isothermen Fahrweise können auch mehrere, also 2 bis 10, bevorzugt 2 bis 6, besonders bevorzugt 2 bis 5, insbesondere 2 bis 3, in Reihe geschaltete Reaktoren mit Zwischenkühlung eingesetzt werden. Der Chlorwasserstoff kann entweder vollständig zusammen mit dem Sauerstoff vor dem ersten Reaktor oder über die verschiedenen Reaktoren verteilt zugegeben werden. Diese Reihenschaltung einzelner Reaktoren kann auch in einem Apparat zusammengeführt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer für das Verfahren geeigneten Vorrichtung besteht darin, dass man eine strukturierte Katalysatorschüttung einsetzt, bei der die Katalysatoraktivität in Strömungsrichtung ansteigt. Eine solche Strukturierung der Katalysatorschüttung kann durch unterschiedliche Tränkung der Katalysatorträger mit Aktivmasse oder durch unterschiedliche Verdünnung des Katalysators mit einem Inertmaterial erfolgen. Als Inertmaterial können beispielsweise Ringe, Zylinder oder Kugeln aus Titandioxid, Zirkondioxid oder deren Gemischen, Aluminiumoxid, Steatit, Keramik, Glas, Graphit oder Edelstahl eingesetzt werden. Beim bevorzugten Einsatz von Katalysatorformkörpern sollte das Inertmaterial bevorzugt ähnliche äußere Abmessungen haben.
Als Katalysatorformkörper ausgehend von Uranoxid eignen sich Formkörper mit beliebigen Formen, bevorzugt sind Tabletten, Ringe, Zylinder, Sterne, Wagenräder oder Kugeln, besonders bevorzugt sind Kugeln, Ringe, Zylinder oder Sternstränge als Form.
Die Formgebung des Katalysators kann nach oder bevorzugt vor der Tränkung des Trägermaterials erfolgen.
Der Umsatz an Chlorwasserstoff im einfachen Durchgang kann bevorzugt auf 15 bis 90 %, bevorzugt 40 bis 85%, besonders bevorzugt 50 bis 70% begrenzt werden. Nicht umgesetzter Chlorwasserstoff kann nach Abtrennung teilweise oder vollständig in die katalytische Chlorwasserstoff-Oxidation zurückgeführt werden. Das Volumenverhältnis von Chlorwasserstoff zu Sauerstoff am Reaktoreintritt beträgt bevorzugt 1 :1 und 20:1, bevorzugt 2:1 und 8:1, besonders bevorzugt 2:1 und 5:1.
Die Reaktionswärme der katalytischen Chlorwasserstoff-Oxidation kann in vorteilhafter Weise zur Erzeugung von Hochdruck- Wasserdampf genutzt werden. Dieser kann zum Betrieb eines Phosgenierungsreaktors und oder von Destillationskolonnen, insbesondere von Isocyanat-Destillationskolonnen genutzt werden.
Der erfindungsgemäße Katalysator für die Chlorwasserstoffoxidation zeichnet sich durch eine hohe Aktivität bei niedriger Temperatur aus. Ohne an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass das Uranoxid über die Fähigkeit der Bereitstellung von Gitter- Sauerstoffatom positiv zum katalytischen Zyklus beitragen kann.
Beispiele
Beispiel 1: Uran(VI)-Oxid-Träger mit Ru
In einem Becherglas wurde 1 g eines bei 500°C für 4 h vorkalzinierten Uran(VI)-oxids (Fa. Strem Chemicals) in einer Lösung aus 0,053 g Ru(III)-chloridhydrat in 2,8 ml Wasser suspendiert und 60 min bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wurde das Wasser in einem Luftstrom bei 60 °C / 4 h abgetrennt. Das Kalzinieren erfolgte für 16 h bei 250°C im Luftstrom, wodurch ein Rutheniumkatalysator mit theoretisch errechneten (2 Gew.-%) Ru geträgert auf Uran(VI)-oxid erhalten wurde.
Beispiel 2: Uran(IV)-Oxid-Träger mit Ru
Ein 2 Gew.-% Ru- Katalysator auf Uran(FV)-Oxid-Träger wurde analog zu Beispiel 1 hergestellt, mit dem einzigen Unterschied, dass ein bei 500°C für 4 h vorkalziniertes U(IV)-Oxid (Fa. Strem Chemicals) eingesetzt wurde.
Beispiel 3: U3O8 -Träger mit Ru
Ein 2 Gew.-% Ru-Katalysator auf Uran(V/VI)-Oxid-Träger wurde analog zu Beispiel 1 hergestellt, mit dem einzigen Unterschied, dass ein bei 5000C für 4 h vorkalziniertes U(V/VI)-Oxid (Fa. Strem Chemicals) eingesetzt wurde.
Beispiel 4: U-Oxid -Träger mit Ru
1 g Uranylacetat-dihydrat (Fa. Fluka) wurden für 2 h bei 300°C und 4 h bei 800°C kalziniert. Auf 0,3 g des oxidischen U-Trägers wurde analog zu Beispiel 1 RuCl3-Hydrat aufgebracht, so dass der Ru-Gehalt 2 Gew.-% betrug.
Beispiel 5: Reiner Uran(IV)-Oxid-Träger
2 g pulverförmiges Uran(IV)-Oxid (Fa. Strem Chemicals) wurden über Nacht bei 150°C in einem Trockenschrank bei Umgebungsdruck getrocknet und anschließend 2 h unter Luft bei 5000C kalziniert.
Beispiel 6: Reiner Uran(VI)-Oxid-Träger
2 g pulverförmiges Uran(VI)-Oxid (Fa. Strem Chemicals) wurden über Nacht bei 150°C in einem Trockenschrank bei Umgebungsdruck getrocknet und anschließend 2 h unter Luft bei 500°C kalziniert.
Beispiel 7: Gemischter Uran(V/VI)-Oxid-Träger
2 g pulverförmiges eines Uran(V/VI)-Oxides (Fa. Strem Chemicals) wurden über Nacht bei 150°C in einem Trockenschrank bei Umgebungsdruck getrocknet und anschließend 2 h unter Luft bei 500°C kalziniert.
Beispiel 8: Gemischter Uran(V/VI)-Oxid-träger mit Vorbehandeln
Der aus Beispiel 7 erhaltene Katalysator wurde einem Vorbehandeln für 100 h, bei 540°C unter 80 ml/min HCl und 80 ml/min O2 unterzogen. Es resultiert ein vorbehandelter Katalysator gemäß Beispiel 8.
Beispiel 9: Herstellung eines Uran- und Aluminiumoxidträgers
In einem Becherglas wurden 2 g gamma- Al2O3 Formkörper (Durchmesser ca. 1,5 mm, Fa. Saint Gobain, BET von 260 m2/g) mit einer 10 Gew-%igen wässrigen Lösung von Uranylacetat-dihydrat (Fa. Riedel de Haen) durch Besprühen imprägniert. Nach einer Einwirkzeit von 1 h wurde das Wasser in einem Luftstrom bei 800C für 2 h abgetrennt. Der Vorgang wurde so lange wiederholt, bis sich ein Anteil von errechneten 12 Gew.-% Uran auf den Formkörpern ergibt.
Die Formkörper wurden anschließend für vier Stunden bei 800°C im Luftstrom kalziniert.
Beispiel 10: Herstellung und Analyse eines Uran- und Aluminiumoxidträgers
Analog zu Beispiel 9 wurden 40 g Formkörper aus gamma-Al2O3 (Fa. Saint Gobain, BET von 200 m2/g) mit Uran imprägniert und kalziniert.
Eine Untersuchung mittels XRD (Theta/Theta-Reflexionsdiffraktometer SIEMENS D 5000) zeigte das Vorliegen von gamma-Al2O3, sowie U3Og.
Beispiel 11-14: Einsatz der Katalysatoren aus den Beispielen 1-4 in der HCl- Oxidation bei 3000C
0,2 g der gemäß Beispiel 1-4 erhaltenen Katalysatoren wurden gemahlen und als Gemisch mit I g Quarzsand (100-200 μm) in ein Quarzreaktionsrohr (Durchmesser ~ 10 mm) eingebracht.
Das Quarzreaktionsrohr wurde auf 3000C erwärmt und im Folgenden bei dieser Temperatur betrieben.
Es wurde ein Gasgemisch aus 80 ml/min HCl und 80 ml/min Sauerstoff durch das Quarzreaktionsrohr geleitet. Nach 30 Minuten wurde der Produktgasstrom für 10 Minuten in eine 16 Gew.-%ige Kaliumiodidlösung geleitet und das somit entstandende Iod mit einer 0, 1 N Thiosulfatlösung zurücktitriert, um die eingeleitete Chlormenge zu ermitteln.
Es ergaben sich die in Tabelle 1 gezeigten Produktivitäten der Katalysatoren bei 3000C.
Tabelle 1: Produktivitäten der Katalysatoren gemäß der Beispiele 1-4 nach Beispielen 11-14
Beispiele 15-19: Einsatz der Katalysatoren aus den Beispielen 5-9 in der HCl- Oxidation bei 5400C
Es wurden Versuche analog zu jenen der Beispiele 1 1-14 für die Katalysatoren gemäß der Beispiele 5-9 durchgeführt, wobei nun das Quarzreaktionsrohr auf 5400C erwärmt und im Folgenden bei dieser Temperatur betrieben wurde.
Es ergaben sich die in Tabelle 2 gezeigten Produktivitäten der Katalysatoren bei 5400C.
Beispiele 20-24: Einsatz der Katalysatoren aus den Beispielen 5-9 in der HCl- Oxidation bei 6000C
Es wurden Versuche analog zu jenen der Beispiele 11-14 für die Katalysatoren gemäß der Beispiele 5-9 durchgeführt, wobei nun das Quarzreaktionsrohr auf 600°C erwärmt und im Folgenden bei dieser Temperatur betrieben wurde.
Es ergaben sich die in Tabelle 2 gezeigten Produktivitäten der Katalysatoren bei 6000C.
Tabelle 2: Produktivitäten der Katalysatoren gemäß der Beispiele 5-9 nach Beispielen 15-24