EP2276566A1 - Catalyst for the dehydroaromatisation of methane and mixtures containing methane - Google Patents

Catalyst for the dehydroaromatisation of methane and mixtures containing methane

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Publication number
EP2276566A1
EP2276566A1 EP09730456A EP09730456A EP2276566A1 EP 2276566 A1 EP2276566 A1 EP 2276566A1 EP 09730456 A EP09730456 A EP 09730456A EP 09730456 A EP09730456 A EP 09730456A EP 2276566 A1 EP2276566 A1 EP 2276566A1
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EP
European Patent Office
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catalyst
zeolite
ammonium
zsm
mol
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09730456A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Frank Kiesslich
Joana Coelho Tsou
Bilge Yilmaz
Sebastian Ahrens
Thomas Heidemann
Veronika Will
Christian Bechtold
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • B01J29/48Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively containing arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J29/70Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65
    • B01J29/78Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65 containing arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J29/7876MWW-type, e.g. MCM-22, ERB-1, ITQ-1, PSH-3 or SSZ-25
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/76Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by condensation of hydrocarbons with partial elimination of hydrogen
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    • B01J35/61Surface area
    • B01J35/615100-500 m2/g
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    • C07C2529/48Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11 containing arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium

Definitions

  • the present invention relates to a catalyst for the dehydroaromatization of d-C 4 -aliphatic, which is obtainable by treating a zeolite twice from the group MFI and MWW with NH 4 -containing mixtures, each with subsequent drying and calcination.
  • the catalyst contains molybdenum and optionally as further elements Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe and / or Co.
  • Another object of the present invention is a process for the dehydroaromatization of a mixture containing Ci-C 4 -Aliphaten by reaction in the presence of the catalyst.
  • Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene, styrene, xylene and naphthalene are important intermediates in the chemical industry, whose demand is still increasing. As a rule, they are obtained by catalytic reforming of naphtha, which in turn is obtained from petroleum. Recent studies show that global oil reserves are more limited compared to natural gas reserves. Therefore, the production of aromatic hydrocarbons from educts that can be obtained from natural gas, is now an economically interesting alternative.
  • the main component of natural gas is usually methane.
  • DHAM non-oxidative dehydroaromatization
  • H-ZSM-5 zeolites modified with molybdenum have been found to be particularly suitable.
  • the methane conversions were between 3 and 5% with selectivities for benzene and toluene of up to 96%.
  • the doping with lanthanum and vanadium showed no positive effect, the doping with tungsten or zirconium proved to be advantageous.
  • Y. Xu et al. (Journal of Catalysis 216, (2003), pages 386 to 395) describe in a review the problems that occur when using molybdenum-containing H-ZSM-5 catalysts for the dehydroaromatization of methane. In particular, the deactivation of the catalyst by coke deposits is a major problem.
  • Y. Xu et al. summarize some of the possibilities described in the literature for improving the activity and stability of Mo / H-ZSM-5 catalysts by steam dealumination, dealumination by acidic solutions, or silanization.
  • the zeolites were subjected to partial or complete ion exchange by aqueous solutions containing ammonium nitrate and sodium chloride at different concentrations to obtain zeolites which are completely, only partially or not at all in the H form.
  • the zeolites were then doped with Ga, Zn or Cr in conjunction with Ru or Pt and Mo, Cu, Zn and Fe. There were found metal conversions of 0.2 to 7.9% at benzene selectivities from 0 to almost 80%.
  • the coke deposits are a major problem for the industrial use of dehydroaromatization under non-oxidative conditions, as they reduce the activity of the catalyst in a relatively short time, resulting in short production cycles and a high regeneration requirement.
  • the coke deposits are often accompanied by a shortened catalyst life.
  • the regeneration of the catalysts is not without problems, since for an economic process on the one hand regularly the output activities must be restored and on the other hand this must be possible over a large number of cycles.
  • the coke deposits also have an unfavorable effect on the material balance or the yield, since each molecule of starting material which is converted into coke is no longer available for the desired reaction to aromatics.
  • the coke selectivities achieved hitherto in the prior art are in most cases more than 20%, based on the reacted aliphatics.
  • the catalysts according to the invention are particularly suitable for the nonoxidative dehydroaromatization of C 1 -C 4 -aliphatics, ie for the preparation of aromatic hydrocarbon compounds such as benzene and toluene from these alkanes under non-oxidative conditions.
  • the reactant stream used can be used more economically, since less starting material is converted into harmful for the catalyst and the yield-reducing coke.
  • the low selectivity for coke is accompanied by significantly higher conversions and / or higher benzene selectivities in the catalysts according to the invention, which leads to higher overall benzene yields.
  • Another great advantage of the catalysts of the invention is their good regenerability. Even after several reaction and regeneration cycles, the initial activity of the catalyst in the first cycle is usually regained by the regeneration.
  • Non-oxidative conditions in accordance with the present invention mean that the concentration of oxidizing agents such as oxygen or nitrogen oxides in the feedstream E is below 5% by weight, preferably below 1% by weight, particularly preferably below 0.1% by weight. lies. Most preferably, the mixture is free of oxygen. Also particularly preferred is a concentration of oxidizing agents in the mixture E, which is equal to or less than the concentration of oxidizing agents in the source from which the Ci-C 4 -Aliphaten originate.
  • the catalysts according to the invention contain zeolites selected from the structural types MFI and MWW, more preferably ZSM-5 and MCM-22.
  • Zeolites are aluminum silicates which are usually produced in the sodium form. In the Na form, the excess negative charge due to the exchange of 4-valent Si atoms for 3-valent Al atoms in the crystal lattice is compensated by Na ions.
  • the zeolite can also contain other alkali metal and / or alkaline earth metal ions for charge balance.
  • the synthesis of the zeolites of the structures MFI and MWW is known to the person skilled in the art.
  • zeolites can be prepared, for example, starting from alkali aluminate, alkali metal silicate and amorphous SiC> 2 under hydrothermal conditions.
  • the type of channel systems formed in the zeolite can be controlled via organic template molecules, the temperature and other experimental parameters.
  • Step I of the process according to which the catalyst according to the invention is obtainable consists in the conversion of the zeolite into the so-called H-form.
  • a common and preferred process according to the present invention for converting the catalysts into the H form is a two-stage process in which the alkali metal and / or alkaline earth metal ions are first exchanged for ammonium ions. Upon heating the zeolite to about 400 to 500 0 C, the ammonium ion decomposes into volatile ammonia and in the proton remaining in the zeolite.
  • the zeolite is treated with an NH 4 -containing mixture.
  • the NH 4 -containing component of the mixture containing NH 4 at least one ammonium salt selected from the group consisting of ammonium halides, ammonium carbonate, ammonium hydrogencarbonate, ammonium nitrate, ammonium acetate, ammonium phosphate, ammonium hydrogenphosphate, ammonium dihydrogenphosphate, ammonium sulfate and ammonium hydrogensulfate is used.
  • Ammonium nitrate is preferably used as the NH 4 -containing component.
  • the treatment of the zeolite with the NH 4 -containing mixture is carried out according to the known methods suitable for the ammonium exchange of zeolites. These include, for example, soaking, dipping or spraying the zeolite with an ammonium salt solution, the solution generally being used in excess.
  • the solvents used are preferably water or alcohols.
  • the mixture usually contains 1 to 20 wt .-% of the NH 4 component used.
  • the treatment with the NH 4 -containing mixture is usually carried out over a period of several hours and at elevated temperatures. After the action of the NH 4 -containing mixture on the zeolite, excess mixture can be removed and the zeolite washed.
  • the zeolite at 40 to 150 0 C for several hours, usually dried for 4 to 20 hours.
  • the duration of calcination tion is usually 2 to 24 hours, preferably 3 to 10 hours, more preferably 4 to 6 hours.
  • step II of the present process after which the catalyst according to the invention is obtainable, the zeolite is again treated with a NH 4 -containing mixture and then dried.
  • H-form zeolites have usually already undergone a first ammonium exchange by treatment with an NH 4 -containing mixture and subsequent drying and calcination, ie step I of the process after which the catalyst according to the invention is obtainable has already been obtained from the manufacturer of the present invention Zeolite performed. Therefore, according to the invention, commercially available zeolites of the structure types MFI and MWW present in the H form can be used directly in step II of the process according to the invention.
  • the zeolite treated again with NH 4 -containing mixture is additionally calcined between step II and step III. Calcination takes place at the conditions specified for the calcination in step I.
  • the renewed ammonium exchange serves not only to ensure the most complete possible replacement of the alkali metal and / or alkaline earth metal ions with protons, but also causes structural changes in the zeolite.
  • the re-treatment of the zeolite increases e.g. the Si: Al ratio, which implies a change in the ratio of Lewis acidic centers to Bronsted acidic centers.
  • the increase of the Si: Al ratio is caused by dealumination of the zeolite.
  • Exemplary for the changes in the zeolite by the re-treatment is also the increase in the BET area.
  • the catalysts of the present invention contain molybdenum. This is applied wet-chemically or dry-chemically in step IV of the method on the zeolite according to the invention.
  • the molybdenum is applied in the form of aqueous, organic or organic-aqueous solutions of its salts or complexes by impregnating the zeolite with the appropriate solution.
  • a solvent can also serve supercritical CO 2 .
  • the impregnation can be carried out by the incipient-wetness method, in which the porous volume of the zeolite is filled by approximately the same volume of impregnating solution and - optionally after maturation - the carrier dries. You can also work with an excess of solution, the volume of this solution is greater than the porous volume of the zeolite. In this case, the zeolite is mixed with the impregnating solution and stirred for a sufficient time.
  • the zeolite with a solution of the molybdenum salt.
  • molybdenum salt there are also other, known in the art production methods such as precipitation of molybdenum on the zeolites, spraying a solution containing a molybdenum compound, Soltränkung etc. possible.
  • Particularly suitable molybdenum compounds are (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 , MoO 2 , MoO 3 , H 2 MoO 4 , Na 2 MoO 4 , (NH 3 ) 3 Mo (CO) 3 and Mo (CO) 6 .
  • the catalyst is dried at about 80 to 130 0 C usually for 4 to 20 hours in vacuo or in air.
  • the molybdenum can also be applied by dry chemical methods, for example by precipitating the gaseous Mo (CO) 6 gaseous at elevated temperatures from the gas phase on the zeolite.
  • dry chemical methods for example by precipitating the gaseous Mo (CO) 6 gaseous at elevated temperatures from the gas phase on the zeolite.
  • the catalyst contains 0.1 to 20 wt .-%, preferably 0.2 to 15 wt .-%, particularly preferably 0.5 to 10 wt .-%, each based on the total weight of the catalyst, molybdenum.
  • the catalyst contains at least one further element selected from the group Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe and Co, more preferably selected from the group Cu, Ni, Fe , Cr, Nb, Ta and Co, in particular selected from the group consisting of Cu, Ni, Fe, Nb, Ta and Co.
  • catalysts which, in addition to molybdenum, contain Cu as a further element.
  • the catalyst contains, in addition to molybdenum as a further element, Ni.
  • the catalyst according to the invention contains Fe as well as molybdenum as further element.
  • the at least one further element besides molybdenum is present in the catalyst according to the invention in a concentration of at least 0.1% by weight, based on the total weight of the catalyst.
  • the catalysts according to the invention particularly preferably contain at least 0.2% by weight, very particularly preferably at least 0.5% by weight of at least one further element selected from Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu , Ni, Fe and Co, based on the total weight of the catalyst.
  • the maximum amount of the further element or of the further elements contained in the catalyst according to the invention, based in each case on the total weight of the catalyst is 10% by weight, preferably 5% by weight.
  • catalysts which contain Cu as a further element preference is given to catalysts which contain Cu as a further element.
  • catalysts which contain Ni as a further element preference is given to catalysts which contain from 0.1 to 20% by weight of molybdenum and at least 0.1% by weight of Cu, based on the total weight of the catalyst.
  • the Mo and Cu-containing catalysts contain MCM-22 or ZSM-5 as zeolite.
  • catalysts which contain 0.1 to 20% by weight of Mo and at least 0.1% by weight of Ni, particularly preferably 0.1 to 20% by weight of Mo and 0.5 to 2% by weight. % Ni, in each case based on the total weight of the catalyst.
  • the Mo and Ni-containing catalysts contain ZSM-5 as zeolite.
  • the Ni and Cu containing catalysts contain ZSM-5 as zeolite.
  • catalysts which contain 0.1 to 20% by weight and at least 0.1% by weight of Fe, particularly preferably 0.1 to 20% by weight and 0.5 to 20% by weight of Fe , in each case based on the total weight of the catalyst.
  • the catalyst according to the invention contains more than one further element selected from the group consisting of Cu, Ni, Fe, Co, Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn and Ga in addition to Mo.
  • the catalyst particularly preferably contains at least two further elements selected from the group consisting of Cu, Ni, Fe, Co, Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn and Ga in addition to Mo.
  • catalysts which contain at least 0.1% by weight of a further element selected from the group consisting of Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe and Co, preferably selected from the group Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Ta and Cr and at least 0.05 wt .-% of a second further element selected from the group Cu, Ni, Fe, Co, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn and Ga, preferably selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Ta and Cr, in addition to molybdenum, in each case based on the total weight of the catalyst.
  • a further element selected from the group consisting of Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe and Co, preferably selected from the group Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Ta and Cr and at least 0.05 wt .-% of a second further element selected from the group Cu, Ni, Fe, Co,
  • the combinations Mo, Cu, Nb are preferred; Mo, Ni, Nb; Mo, Ni, Ta; Mo, Ni, Fe; Mo, Ni, Cr and Mo, Cu, Fe.
  • the elements Mn, Cr, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe, Nb, Ta and Co are usually applied wet-chemically to the zeolite. These elements are analogous to the for the wet-chemical deposition of molybdenum described procedures applied to the zeolite.
  • the metal salts used here are preferably the nitrates, such as copper nitrate, nickel nitrate, iron nitrate and cobalt nitrate, but other salts known to the person skilled in the art for wet-chemical application can also be used.
  • ammonium metallates include the ammonium metallates, halides, in particular chloride, acetate, alkaline carbonates, formate, tartrate, complexes with ligands such as acetylacetate, amines, amino alcohols, diols, polyols, EDTA, carboxylates such as oxalate and citrate and Hydroxycarbonklaresalze.
  • ligands such as acetylacetate, amines, amino alcohols, diols, polyols, EDTA
  • carboxylates such as oxalate and citrate and Hydroxycarbonklaresalze.
  • the at least one further element can be applied together with the molybdenum.
  • the further element and the molybdenum in succession, with drying taking place after each application. It may also be advantageous to follow a certain sequence when applying.
  • the catalyst contains more than one further element, the molybdenum and the other elements can also be applied together or in succession, with the zeolite being dried in each case between the different applications. Again, it may be advantageous to apply the individual elements and the molybdenum in a certain order.
  • the impregnation with the at least one further element usually takes place before step III. If more than one further element is applied, these may be applied together or in succession, with drying taking place between the individual impregnation stages. It may be advantageous to apply the individual elements in a certain order.
  • the solution with which the molybdenum and optionally the further elements are applied to the zeolite contains at least one complexing agent.
  • the complexing agent is selected from the group of ammonia, acetylacetonate, amines, amino alcohols, EDTA, carboxylates such as oxalate and citrate and Hydroxycarbonklaresalze. Particular preference is given to using EDTA.
  • the presence of the complexing agents in the impregnating solution has an advantageous effect on the catalyst activity.
  • the Mo is applied to the zeolite together with at least one of the further elements in the presence of a complexing agent as impregnating solution, the zeolite is subsequently dried and the second or the further elements are applied by means of an impregnating solution.
  • the catalyst according to the invention contains at least one further element in addition to molybdenum, then the catalyst can be obtained by the steps
  • step IV After application of the Mo and optionally the other elements is carried out in step IV of the process by which the catalyst according to the invention can be produced, a calcination of the catalyst. This is carried out under the conditions described above for the calcination carried out in step I.
  • the catalyst is mixed with a Si-containing binder between step I and II or between step II and III.
  • Si-containing binders are tetraalkoxysilanes, polysiloxanes and colloidal SiO 2 sols.
  • a calcination is carried out under the usual conditions.
  • a shaping step takes place, in which the catalyst composition is processed into shaped bodies according to the processes known to the person skilled in the art.
  • the shaping methods to be mentioned are, for example, spraying of a suspension containing the zeolite or the catalyst mass, tableting, pressing in the moist or dry state and extrusion. Two or more of these methods can also be combined.
  • pore formers and pasting agents can be used for shaping.
  • Possible pasting agents are compounds which improve the mixing, kneading and flow properties.
  • these are preferably organic, in particular hydrophilic polymers such as, for example, cellulose, cellulose derivatives such as methylcellulose, starch such as potato starch, wallpaper pastes, acrylates, polyacrylates, polymethacrylates, polyvinyl alcohols, polyvinylpyrrolidone, polyisobutylene, polytetrahydrofuran, polyglycol ethers, fatty acid compounds, wax emulsions, water or mixtures of two or more of these compounds.
  • hydrophilic polymers such as, for example, cellulose, cellulose derivatives such as methylcellulose, starch such as potato starch, wallpaper pastes, acrylates, polyacrylates, polymethacrylates, polyvinyl alcohols, polyvinylpyrrolidone, polyisobutylene, polytetrahydrofuran, polyglycol ether
  • pore formers which can be dispersed, suspended or emulsified in water or aqueous solvent mixtures are, for example, polyalkylene oxides, polystyrene, polyacrylates, polymethacrylates, polyolefins, polyamides, polyesters, carbohydrates, cellulose, cellulose derivatives such as, for example, methylcellulose. Cement fibers, PuIp, graphite or mixtures of two or more of these compounds. Pore formers and / or pasting agents are preferably removed after deformation by at least one suitable drying and / or calcining step from the shaped body obtained.
  • the geometry of the catalysts obtainable according to the invention can be, for example, spherical (hollow or full), cylindrical (hollow or full), ring, saddle, star, honeycomb or tablet shape.
  • extrudates are for example in strand, Trilob, Quatrolob, star or hollow cylindrical shape in question.
  • the catalyst mass to be molded can be extruded, calcined and the extrudates thus obtained can be broken and processed into chips or powders.
  • the grit can be separated into different sieve fractions.
  • a preferred sieve fraction has the grain size 0.25 to 0.5 mm.
  • the catalyst is used as a shaped body or grit.
  • the catalyst is used as a powder.
  • the catalyst powder may contain Si-containing binder, but also be present free of Si-containing binder.
  • the catalyst according to the invention contains an Si-containing binder, this is present in a concentration of 5 to 60 wt .-%, based on the total weight of the catalyst, preferably from 10 to 40 wt .-%, particularly preferably from 15 to 30 wt .-%.
  • Another object of the present invention is a process for preparing a molybdenum and zeolite-containing catalyst as described above comprising the steps I. treating a zeolite selected from the group consisting of MFI and MWW with an NH 4 -containing mixture, followed by drying and calcination of the zeolite,
  • the process according to the invention for preparing the catalyst comprises the steps
  • This activation can be carried out with a C 1 -C 4 alkane, such as, for example, methane, ethane, propane, butane or a mixture thereof, preferably butane.
  • the activation is carried out at a temperature of 250 to 650 ° C., preferably at 350 to 550 ° C., and at a pressure of 0.5 to 5 bar, preferably at 0.5 to 2 bar.
  • the GHSV gas hourly space velocity
  • the GHSV gas hourly space velocity
  • the feed stream E is added.
  • the activation is carried out at a temperature of 250 to 650 ° C., preferably at 350 to 550 ° C., and at a pressure of 0.5 to 5 bar, preferably at 0.5 to 2 bar.
  • GHSV Gas Hourly Space Velocity
  • the catalyst is activated with a H 2 -containing gas stream which may additionally contain inert gases such as N 2 , He, Ne and Ar.
  • Another object of the present invention is a process for the dehydroaromatization of a Ci-C 4 -Aliphaten-containing Eduktstroms E by reacting the Eduktstroms E in the presence of a molybdenum and zeolite-containing catalyst as described above, by the steps
  • the reactant stream E contains at least one aliphatic having 1 to 4 carbon atoms. These aliphates include methane, ethane, propane, n-butane, i-butane, propene, 1- and 2-butene, and isobutene.
  • the reactant stream E comprises at least 50 mol%, preferably at least 60 mol%, more preferably at least 70 mol%, even more preferably at least 80 mol%, in particular at least 90 mol%, of dC 4 -aliphatic ,
  • the saturated alkanes are particularly preferably used; the starting material stream E then preferably contains at least 50 mol%, preferably at least 60 mol%, particularly preferably at least 70 mol%, more preferably at least 80 mol%, in particular at least 90 mol% % Alkanes with 1 to 4 C atoms.
  • the reactant stream E preferably contains at least 50 mol%, preferably at least 60 mol%, particularly preferably at least 70 mol%, more preferably at least 80 mol%, in particular at least 90 mol% methane.
  • natural gas is used as the source of the Ci-C 4 -Aliphaten.
  • the typical composition of natural gas is as follows: 75 to 99 mol% methane, 0.01 to 15 mol% ethane, 0.01 to 10 mol% propane, up to 6 mol% butane and higher hydrocarbons, up to 30 mol% of carbon dioxide, up to 30 mol% of hydrogen sulfide, up to 15 mol% of nitrogen and up to 5 mol% of helium.
  • the natural gas can be purified and enriched prior to use in the process according to the invention by methods known to those skilled in the art. Purification includes, for example, the removal of any hydrogen sulfide or carbon dioxide present in natural gas and other undesirable compounds in the subsequent process.
  • the dC contained in the feed stream E 4 -aliphatics may also originate from other sources len, such as petroleum refining have been incurred.
  • the dC 4 aliphatics may also have been produced regeneratively (eg biogas) or synthetically (eg Fischer-Tropsch synthesis).
  • the feed stream E may additionally contain ammonia, traces of lower alcohols and further admixtures typical of biogas.
  • LPG liquid petroleum gas
  • LNG Liquefied Natural Gas
  • hydrogen, steam, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen and one or more noble gases can be admixed with the reactant stream E.
  • the reaction is carried out at a GHSV (Gas Hourly Space Velocity) of 100 to 10,000 h -1 , preferably 200 to 3000 h -1 .
  • the catalysts used in the dehydroaromatization according to the invention can be regenerated with decreasing activity by customary methods known to the person skilled in the art.
  • Particularly preferred according to the present invention is the regeneration of the catalysts with hydrogen. This can be done, for example, by adding hydrogen to the educt stream E.
  • the ratio of reactant stream E to the hydrogen stream is usually in the range from 1: 1000 to 1: 1, preferably 1: 500 to 1: 5, but the ratio is preferably chosen such that a gas stream is used for the regeneration, which is at least 95 mol. Contains% hydrogen. However, it may also be advisable to alternately direct reactant stream E and hydrogen over the catalyst.
  • the catalysts according to the invention which contain at least one further element selected from the group Cu, Ni, Fe and Co, can be easily regenerated by means of hydrogen.
  • the dehydroaromatization of dC 4 -aliphatic compounds can in principle be carried out in all types of reactors known from the prior art.
  • a suitable reactor form is the fixed bed, tube or shell and tube reactor.
  • the catalyst is as a fixed bed in a reaction tube or in a bundle of reaction tubes.
  • the catalysts according to the invention can be used as fluidized bed, moving bed or fluidized bed in the appropriate reactor types suitable for this purpose and the process according to the invention for dehydroaromatization can be carried out with the catalysts present in this way.
  • 100 g of a commercially available ZSM-5 zeolite in H form are mixed with 100 g of ammonium nitrate and 900 g of water and heated for 2 hours in a stirred apparatus at 80 0 C. After cooling, the suspension is filtered and washed with water. The filter cake is dried at 120 0 C overnight.
  • a ZSM-5 zeolite 100 g of a ZSM-5 zeolite are mixed with 10 g of sodium carboxymethylcellulose and, after addition of 30 g of an Si-containing binder (Silres® MSE 100 from Wacker Silicons), kneaded for 60 minutes with the portionwise addition of about 100 ml of water.
  • the mass thus obtained is extruded through a die having a round cross section (diameter 2 mm) and dried the extrudates obtained at 120 0 C and calcined 5 hours at 500 0 C.
  • the strands thus obtained are broken and separated a sieve fraction of 0.25 to 0.5 mm, which is then used accordingly.
  • the microstructure of the untreated and NH 4 NOs-treated H-ZSM-5 PZ2-25 zeolites was determined by means of nitrogen sorption (Quantachrom Autosorb). The nitrogen was adsorbed at -196 ° C, the Ausgastemperatur was 200 0 C, the Ausgaszeit 14 hours.
  • the pore volume (total) indicates the pore volume of all pores with a diameter below 335.47 nm. Pores with a diameter of 0 to 2 nm are regarded as micropores, pores with a diameter of 2 to 50 nm as mesopores and pores with a pore diameter> 50 nm (IU-PAC) as macroporous.
  • Table 3 shows the results of the characterization of the zeolite microstructure.
  • 100 g of optionally pretreated with NH 4 according to A and / or B zeolite carrier are placed in a tray.
  • Approximately 12 g of ammonium heptamolybdate tetrahydrate (> 98%, ABCR) are made up with water to the appropriate volume of water absorption (about 100 ml) of the zeolite and stirred until complete dissolution.
  • the solution is then added with stirring to the zeolite and the mass further mixed for 15 min at room temperature.
  • the mass is then heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 or 5 h.
  • a (optionally pretreated with NH 4 NO 3 according to A and / or B) zeolite are impregnated according to C with molybdenum, but finally only dried and not calcined.
  • the corresponding Mo-loaded zeolite is placed in a dish.
  • Ni is to be impregnated instead of Cu, instead of the copper (II) nitrate of 2,5-hydrate, 5.4 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) are used as Ni. Saiz used.
  • iron (III) nitrate nonahydrate > 99%, Riedel-de-Haen
  • Cr chromium III nitrate nonahydrate
  • a zeolite (optionally pretreated with NH 4 NO 3 according to A and / or B) are placed in a dish.
  • Ni is to be impregnated instead of Cu, instead of the copper (II) nitrate 2.5 hydrate, 5.4 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) are used as Ni salt used.
  • iron (III) nitrate nonahydrate > 99%, Riedel-de- Haen
  • Cr chromium (III) nitrate nonahydrate > 99%, Riedel-Haen
  • the solution is then added with stirring to the zeolite and the mass further mixed for 15 min at room temperature.
  • the mass is then heated in a drying oven to 120 0 C and dried overnight, but not calcined. Subsequently, the already Cu-loaded catalyst is impregnated according to C with Mo.
  • zeolite 100 g of (optionally pretreated with NH 4 NO 3 according to A and / or B) zeolite are placed in a shell. Approximately 12 g of ammonium heptamolybdate tetrahydrate (> 98%, ABCR) and 4.1 g of copper (II) nitrate of 2,5-hydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) are mixed with water to the appropriate volume of Water absorption (about 100 ml) of the zeolite filled and stirred until complete dissolution.
  • ammonium heptamolybdate tetrahydrate > 98%, ABCR
  • copper (II) nitrate of 2,5-hydrate > 99%, Riedel-de-Haen
  • Ni is to be impregnated instead of Cu, instead of the copper (II) nitrate of 2,5-hydrate, 5.4 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) are used as Ni -SaIz used.
  • Ni is to be impregnated instead of Cu
  • copper (II) nitrate of 2,5-hydrate instead of the copper (II) nitrate of 2,5-hydrate
  • Ni nickel nitrate hexahydrate
  • Riedel-de-Haen nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) are used as Ni -SaIz used.
  • Fe iron (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen)
  • Cr chromium (III) nitrate nonahydrate > 99%, Fa. Riedel-de-Haen
  • the solution is then added with stirring
  • Example 4 6% by weight of Mo on H-ZSM-5 (powder) (not according to the invention)
  • Example 5 6% by weight of Mo on H-ZSM-5 (powder) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the thus obtained carrier according to C and tested according to G.
  • Example 6 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (powder) (not according to the invention)
  • Example 7 6% by weight of Mo on H-ZSM-5 (chippings) (not according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to C and tested according to G.
  • Example 8 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings) (not according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the support thus obtained by F and tested according to G.
  • Example 9 6% by weight of Mo on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to C and tested according to G.
  • Example 10 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to D and tested according to G.
  • Example 11 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to F and tested according to G.
  • Example 12 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to E and tested according to G.
  • Example 13 6% by weight Mo / 1% by weight Ni on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to F, with 20 g of zeolite, about 2.4 g of the molybdate compound and about 1.06 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Riedel). de-Haen) were used with about 20 ml of water.
  • the catalyst was tested according to G.
  • Example 14 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-MCM-22 (chippings) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to F and tested according to G.
  • Selectivity Benzene Percentage of benzene, based on converted methane in percent
  • Selectivity Coke Percentage of coke deposits, based on converted methane in percent
  • the catalysts according to the invention each containing a zeolite which has been treated twice with a NH 4 -containing solution (treatment according to A, Examples 5 and 9 to 13), show high benzene selectivities with low coke selectivities and high methane conversions.
  • the two catalysts of the invention differ in the zeolite used; in Example 11, a ZSM-5 zeolite, in Example 14, an MCM-22 zeolite was used. Both catalysts show extremely low coke selectivities compared to the catalysts not according to the invention shown in Table 4, wherein, when comparing with the values in Table 4, it should be taken into account that the data shown there after 7 h reaction time, those from Table 5 after 5 h Response time were recorded.
  • the catalyst containing Mo and Cu on MCM-22 has a significantly higher selectivity for benzene and a slightly reduced selectivity to coke compared to the ZSM-5-containing catalyst.
  • Example 15 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to F, with 10 g of zeolite, about 1, 2 g of the molybdate compound and 0.41 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) were used with about 100 ml of water.
  • the catalyst was tested according to G.
  • Example 16 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to H, with 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.6 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) and approx. 1, 6 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) with about 19 ml of water were used.
  • the catalyst was tested according to G.
  • Example 17 6% by weight Mo / 1% by weight Ni on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to F, with 20 g of zeolite, about 2.4 g of the molybdate compound and 1, 1 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) were used with about 20 ml of water.
  • the catalyst was tested according to G.
  • Example 18 6% by weight Mo / 1% by weight Ni on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to H, with 20 g of zeolite, about 2.4 g of the molybdate compound, 1, 1 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) and about 1, 6 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) with about 20 ml of water were used.
  • the catalyst was tested according to G.
  • Example 19 6% by weight of Mo on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to C, with 15 g of zeolite and about 1, 8 g of the molybdate compound with about 15 ml of water were used.
  • the catalyst was tested according to G.
  • Example 20 6% by weight Mo / 1% by weight Fe on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to D, using 15 g of zeolite and about 1, 8 g of the molybdate compound with about 17 ml of water were used.
  • the catalyst was tested according to G. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C and dried overnight. Then about 1, 2 g of iron (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Fa.
  • Example 21 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to F, with 100 g of zeolite, about 12 g of the molybdate compound and 4.1 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Riedel-de Haen) were used with about 100 ml of water.
  • the catalyst was tested according to G.
  • Example 22 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to H, with 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound and 0.6 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Fa. Riedel). de-Haen) and About 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 17 ml of hot water.
  • the catalyst was tested according to G.
  • Example 23 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings, NH 3 ) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to H, with 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.6 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) were used with about 17 ml of a 25% aqueous ammonia solution.
  • the catalyst was tested according to G.
  • Example 24 6% by weight Mo / 1% by weight Cu / 1% by weight Fe on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to I, with 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.6 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) and about 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 17 ml of hot water. The mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight.
  • Example 25 6% by weight Mo / 1% by weight Ni on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to H, with 50 g of zeolite, about 5.9 g of the molybdate compound, 2.7 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Riedel-de Haen) and about 4.1 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Aldrich) were used with about 17 ml of hot water.
  • the catalyst was tested according to G.
  • Example 26 6% by weight Mo / 0.5% by weight Fe on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the thus obtained grit according to D.
  • About 15 g of the chippings were impregnated with about 1.8 g of ammonium heptamolybdate tetrahydrate (> 99%, from Aldrich) in about 17 ml of water.
  • the mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight.
  • Example 27 6% by weight Mo / 1% by weight Cr on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to D, using 15 g of zeolite and about 1, 8 g of the molybdate compound with about 17 ml of water were used. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C and dried overnight. Then about 1, 3 g of chromium (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Fa.
  • Example 28 6% by weight Mo / 1% by weight Ni / 0.5% by weight Fe on H-ZSM-5 (chippings,
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to I, initially 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.8 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen ) and about 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 17 ml of hot water.
  • the mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight. Thereafter, about 0.6 g of iron (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) was dissolved in a further ca.17 ml of water, the solution was then added with stirring to the zeolite and the Mass 15 min. further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
  • Example 29 6% by weight Mo / 1% by weight Ni / 1% by weight Fe on H-ZSM-5 (chippings,
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to I, initially 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.8 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen ) and about 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 17 ml of hot water.
  • the mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight. Thereafter, about 1.2 g of iron (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) were dissolved in a further ca.17 ml of water, the solution was then added to the zeolite with stirring and the Mass 15 min. further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
  • Example 30 6% by weight Mo / 1% by weight Ni / 1% by weight Cr on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to I, initially 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.8 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen ) and about 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 17 ml of hot water.
  • the mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight. Then about 1, 3 g of chromium (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) dissolved in a further ca 17 ml of water, the solution was then added with stirring to the zeolite and the mass 15 minute further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
  • Example 31 6% by weight Mo / 1% by weight Cu / 0.5% by weight Nb on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
  • the catalyst was 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.6 g of copper (II) nitrate pentahemihydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) and ca 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, from Aldrich) were used with about 17 ml of hot water.
  • the hot solution was added to the zeolite with stirring and the mass was stirred for 15 min. further mixed at room temperature.
  • the mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight. Subsequently, about 0.3 g of ammonium nitrate (V) oxalate (> 99%, from Aldrich) were dissolved in a further ca. 13 ml of water, the solution was then added to the zeolite with stirring and the mixture was stirred for 15 min. further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
  • V ammonium nitrate
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to I, initially 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.8 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen ) and about 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 10 ml of hot water.
  • the hot solution was added to the zeolite with stirring and the mass was stirred for 15 min. further mixed at room temperature.
  • the mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight.
  • about 0.3 g of ammonium niobate (V) oxalate (> 99%, from Aldrich) were dissolved in a further ca.13 ml of water, the solution was then added with stirring to the zeolite and the mixture was stirred for 15 min. further mixed at room temperature.
  • the mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h.
  • the catalyst was tested according to G.
  • Example 33 6% by weight Mo / 1% by weight Cu / 0.5% by weight Nb on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
  • the catalyst was prepared from the resulting grit according to I, initially 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.6 g of copper (II) nitrate pentahemihydrate (> 99%, Fa. Riedel -de-Haen ) and about 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 17 ml of hot water.
  • II copper
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • the hot solution was added to the zeolite with stirring and the mass was stirred for 15 min. further mixed at room temperature.
  • the mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight.
  • about 0.3 g of ammonium niobate (V) oxalate (> 99%, from Aldrich) were dissolved in a further ca.13 ml of water, the solution was then added with stirring to the zeolite and the mixture was stirred for 15 min. further mixed at room temperature.
  • the mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h.
  • the catalyst was tested according to G.
  • Example 34 6% by weight Mo / 1% by weight Ni / 0.5% by weight Ta on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
  • Nb or Ta By adding Nb or Ta to a catalyst of the invention containing Ni and Mo, improved benzene yields are achieved, as well as the addition of Nb to a catalyst of the invention containing Cu and Mo.

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Abstract

The invention relates to a catalyst for the dehydroaromatisation of C1-C4-aliphates, that can be obtained by the double treatment of a zeolith from the groups MFI and MWW with mixtures containing NH4, respectively with subsequent drying and calcining. The catalyst contains molybdenum and optionally, Cu, Ni, Fe, Co, Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn and/or Ga as additional elements. The invention also relates to a method for the dehydroaromatisation of a mixture containing C1-C4-aliphates by reacting in the presence of a catalyst.

Description

Katalysator zur Dehydroaromatisierung von Methan und methanhaltigen Gemischen Catalyst for the dehydroaromatization of methane and methane-containing mixtures
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysator zur Dehydroaromatisierung von d- C4-Aliphaten, der durch zweimaliges Behandeln eines Zeoliths aus der Gruppe MFI und MWW mit NH4-haltigen Mischungen jeweils mit anschließender Trocknung und Kalzinierung erhältlich ist. Der Katalysator enthält Molybdän und gegebenenfalls als weitere Elemente Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe und/oder Co.The present invention relates to a catalyst for the dehydroaromatization of d-C 4 -aliphatic, which is obtainable by treating a zeolite twice from the group MFI and MWW with NH 4 -containing mixtures, each with subsequent drying and calcination. The catalyst contains molybdenum and optionally as further elements Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe and / or Co.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Dehydroaromatisierung eines Ci-C4-Aliphaten enthaltenden Gemisches durch Umsetzung in Gegenwart des Katalysators.Another object of the present invention is a process for the dehydroaromatization of a mixture containing Ci-C 4 -Aliphaten by reaction in the presence of the catalyst.
Aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Styrol, XyIoI und Naphthalin stellen bedeutende Zwischenprodukte in der chemischen Industrie dar, deren Bedarf nach wie vor steigt. In der Regel werden sie durch katalytische Reformierung aus Naphtha gewonnen, das seinerseits aus Erdöl erhalten wird. Neuere Unter- suchungen zeigen, dass die weltweiten Erdölvorräte im Vergleich zu den Erdgasvorräten stärker begrenzt sind. Daher ist die Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffen aus Edukten, die aus Erdgas gewonnen werden können, eine inzwischen auch wirtschaftlich interessante Alternative. Die Hauptkomponente von Erdgas stellt üblicherweise Methan dar.Aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene, styrene, xylene and naphthalene are important intermediates in the chemical industry, whose demand is still increasing. As a rule, they are obtained by catalytic reforming of naphtha, which in turn is obtained from petroleum. Recent studies show that global oil reserves are more limited compared to natural gas reserves. Therefore, the production of aromatic hydrocarbons from educts that can be obtained from natural gas, is now an economically interesting alternative. The main component of natural gas is usually methane.
Eine mögliche Reaktionsroute zur Gewinnung von Aromaten aus Aliphaten stellt die nicht-oxidative Dehydroaromatisierung (DHAM) dar. Die Umsetzung erfolgt hierbei unter nicht-oxidativen Bedingungen, insbesondere unter Ausschluss von Sauerstoff. Bei der DHAM findet eine Dehydrierung und Cyclisierung der Aliphaten zu den entspre- chenden Aromaten unter Freisetzung von Wasserstoff statt.A possible reaction route for the production of aromatics from aliphatics is the non-oxidative dehydroaromatization (DHAM). The reaction takes place here under non-oxidative conditions, in particular with the exclusion of oxygen. In the case of DHAM, dehydrogenation and cyclization of the aliphatic compounds to the corresponding aromatics with liberation of hydrogen takes place.
Zur Katalyse der nicht-oxidativen Dehydroaromatisierung haben sich H-ZSM-5- Zeolithe, die mit Molybdän modifiziert werden, als besonders geeignet erwiesen.For catalysis of non-oxidative dehydroaromatization, H-ZSM-5 zeolites modified with molybdenum have been found to be particularly suitable.
D. Wang et al. beschreiben (Journal of Catalysis 169, (1997), Seiten 347 bis 358) die nicht-oxidative Umsetzung von Methan zu Benzol an H-ZSM-5-Katalysatoren, die 2 Gew.-% Molybdän enthalten. Es wurden Methanumsätze zwischen 4 und 8 % bei Benzolselektivitäten von ca. 60 % erreicht. L. Wang et al. (Applied Catalysis A: General 152, (1997), Seiten 173 bis 182) führten die nicht-oxidative Dehydroaromatisierung an Molybdän-haltigen H-ZSM-5- Katalysatoren durch und untersuchten den Einfluss unterschiedlicher Vorbehandlungsmethoden sowie die Dotierung des Katalysators mit weiteren Metallen. Die Me- thanumsätze lagen zwischen 3 und 5 % bei Selektivitäten für Benzol und Toluol von bis zu 96 %. Die Dotierung mit Lanthan und Vanadium zeigte keinen positiven Effekt, die Dotierung mit Wolfram bzw. Zirkonium erwies sich als vorteilhaft.D. Wang et al. (Journal of Catalysis 169, (1997), pages 347 to 358) describe the non-oxidative conversion of methane to benzene over H-ZSM-5 catalysts containing 2% by weight of molybdenum. Methane conversions between 4 and 8% were achieved with benzene selectivities of approx. 60%. L. Wang et al. (Applied Catalysis A: General 152, (1997), pages 173 to 182) carried out the non-oxidative dehydroaromatization on molybdenum-containing H-ZSM-5 catalysts and investigated the influence of different pretreatment methods and the doping of the catalyst with other metals. The methane conversions were between 3 and 5% with selectivities for benzene and toluene of up to 96%. The doping with lanthanum and vanadium showed no positive effect, the doping with tungsten or zirconium proved to be advantageous.
Y. Zhang et al. (Journal of Natural Gas Chemistry 12, (2003), Seiten 145 bis 149) un- tersuchten den Einfluss der Vorbehandlung von Mo/H-ZSM-5, das mit Kupfer dotiert sowie undotiert eingesetzt wurde, auf die Hydroaromatisierung von Methan. Die Gegenwart des Kupfers steigerte den Methanumsatz deutlich von 7,5 auf 10,5 Gew.-% bei gleichbleibender Benzolselektivität.Y. Zhang et al. (Journal of Natural Gas Chemistry 12, (2003), pages 145 to 149) investigated the effect of pretreatment of Mo / H-ZSM-5 doped with copper and used undoped on the hydroaromatization of methane. The presence of copper increased the methane conversion significantly from 7.5 to 10.5 wt .-% with constant benzene selectivity.
Y. Xu et al. (Journal of Catalysis 216, (2003), Seiten 386 bis 395) beschreiben in einem Übersichtsartikel die Probleme, die bei Verwendung von Molybdän-haltigen H-ZSM-5- Katalysatoren zur Dehydroaromatisierung von Methan auftreten. Insbesondere stellt die Deaktivierung des Katalysators durch Koksablagerungen ein großes Problem dar. Y. Xu et al. fassen einige in der Literatur beschriebene Möglichkeiten zur Verbesserung der Aktivität und Stabilität von Mo/H-ZSM-5-Katalysatoren durch Dampfdealuminie- rung, die Dealuminierung durch saure Lösungen oder Silanisierung zusammen.Y. Xu et al. (Journal of Catalysis 216, (2003), pages 386 to 395) describe in a review the problems that occur when using molybdenum-containing H-ZSM-5 catalysts for the dehydroaromatization of methane. In particular, the deactivation of the catalyst by coke deposits is a major problem. Y. Xu et al. summarize some of the possibilities described in the literature for improving the activity and stability of Mo / H-ZSM-5 catalysts by steam dealumination, dealumination by acidic solutions, or silanization.
S. Qi und W. Yang (Catalysis Today 98, (2004), Seiten 639 bis 645) berichten, dass der Methanumsatz und die Benzolselektivität an einem Mo/H-ZSM-5-Zeolithkatalysator u.a. durch Zusatz von Kupfer erhöht werden kann. So steigt der Umsatz an Methan von 18 auf 20 % bei Benzolselektivitäten von bis etwa 95 %. Die Dotierung hat zudem einen positiven Einfluss auf die Stabilität und die Verkokungsneigung des Katalysators.S. Qi and W. Yang (Catalysis Today 98, (2004), pp. 639-645) report that methane conversion and selectivity to benzene on a Mo / H-ZSM-5 zeolite catalyst, and the like. can be increased by the addition of copper. Thus, the conversion of methane increases from 18 to 20% with benzene selectivities of up to about 95%. The doping also has a positive influence on the stability and the coking tendency of the catalyst.
S. Li et al. (Applied Catalysis A: General 187, (1999), Seiten 199 bis 206) untersuchten die nicht-oxidative Dehydroaromatisierung von Methan an Kupfer-dotieren Mo/H-ZSM- 5-Katalysatoren im Vergleich zu den nicht dotierten Katalysatoren. Kommerziell erhältlicher H-ZSM-5-Zeolith wurde kalziniert, in Wasser ausgekocht und mit Ammoniumnitrat ein lonenaustausch durchgeführt. Anschließend wurde der Zeolith getrocknet und kalziniert. Im Falle des Kupfer-dotierten Zeoliths wurden die Kupfer-Ionen ebenfalls mittels lonenaustauschs aufgebracht. Der derartig vorbehandelte Zeolith wurde anschließend mechanisch mit der entsprechenden Menge Molybdänoxid gemischt und kalziniert. Durch die Dotierung des Katalysators mit Kupfer stieg der Methanumsatz von 7,4 auf 10,1 %, die Benzolselektivitäten stiegen von 92,7 auf 94,8 %. Die Abnahme der Katalysatoraktivität verlangsamte sich infolge der Dotierung mit Kupfer. B. M. Weckhuysen et al., (Journal of Catalysis 175, (1998) Seiten 338 bis 346) untersuchten die Umsetzung von Methan zu Benzol in Gegenwart von mit Übergangsmetallen dotierten H-ZSM-5-Zeolithen. Für diese Untersuchung wurden an kommerziell erhältlichen H-ZSM-5-Katalysatoren unterschiedliche Vorbehandlungen durchgeführt. Die Zeolithe wurden mittels wässriger Lösungen, die Ammoniumnitrat und Natriumchlorid in unterschiedlichen Konzentrationen enthielten, einem teilweisen bzw. vollständigen lonenaustausch unterzogen, um Zeolithe zu erhalten, die vollständig, nur teilweise oder überhaupt nicht in der H-Form liegen. Die Zeolithe wurden anschließend mit Ga, Zn oder Cr in Verbindung mit Ru oder Pt sowie Mo, Cu, Zn und Fe dotiert. Es wurden Me- thanumsätze von 0,2 bis 7,9 % bei Benzolselektivitäten von 0 bis knapp 80 % gefunden.S. Li et al. (Applied Catalysis A: General 187, (1999), pages 199 to 206) investigated the non-oxidative dehydroaromatization of methane over copper-doped Mo / H-ZSM-5 catalysts compared to the non-doped catalysts. Commercially available H-ZSM-5 zeolite was calcined, boiled in water and ion exchanged with ammonium nitrate. Subsequently, the zeolite was dried and calcined. In the case of the copper-doped zeolite, the copper ions were also deposited by ion exchange. The thus pretreated zeolite was then mechanically mixed with the appropriate amount of molybdenum oxide and calcined. By doping the catalyst with copper, the methane conversion increased from 7.4 to 10.1%, the benzene selectivity increased from 92.7 to 94.8%. The decrease in catalyst activity slowed as a result of doping with copper. BM Weckhuysen et al., (Journal of Catalysis 175, (1998) pages 338-346) examined the conversion of methane to benzene in the presence of transition metal-doped H-ZSM-5 zeolites. For this study, various pretreatments were carried out on commercially available H-ZSM-5 catalysts. The zeolites were subjected to partial or complete ion exchange by aqueous solutions containing ammonium nitrate and sodium chloride at different concentrations to obtain zeolites which are completely, only partially or not at all in the H form. The zeolites were then doped with Ga, Zn or Cr in conjunction with Ru or Pt and Mo, Cu, Zn and Fe. There were found metal conversions of 0.2 to 7.9% at benzene selectivities from 0 to almost 80%.
Von der gleichen Gruppe (B. M. Weckhuysen et al., Catalysis Letters 52 (1998), Seiten 31 bis 36) stammt eine Untersuchung an Mo/H-ZSM-5-Katalysatoren über den bei der DHAM von Methan auf dem Katalysator abgelagerten Koks. Dabei wurde als Katalysatorträger kommerziell erhältlicher H-ZSM-5 Zeolith verwendet, der durch NH4- Austausch und Kalzinierung vollständig in die H-Form überführt und anschließend mit Mo imprägniert und erneut kalziniert wurde.From the same group (BM Weckhuysen et al., Catalysis Letters 52 (1998), pages 31 to 36), a study on Mo / H-ZSM-5 catalysts on the deposited in the DHAM of methane on the coke coke. In this case, commercially available H-ZSM-5 zeolite was used as the catalyst support, which was completely converted into the H form by NH 4 exchange and calcination and then impregnated with Mo and recalcined.
Die Koksablagerungen stellen ein großes Problem für die technische Anwendung der Dehydroaromatisierung unter nicht-oxidativen Bedingungen dar, da sie in relativ kurzer Zeit die Aktivität des Katalysators herabsetzen, was zu kurzen Produktionszyklen und einem hohen Regenerierungsbedarf führt. Häufig geht mit den Koksablagerungen zudem eine verkürzte Lebensdauer des Katalysators einher. Auch die Regenerierung der Katalysatoren ist nicht unproblematisch, da für ein wirtschaftliches Verfahren zum einen regelmäßig die Ausgangsaktivitäten wieder herstellbar sein müssen und zum anderen dies über eine große Anzahl von Zyklen möglich sein muss.The coke deposits are a major problem for the industrial use of dehydroaromatization under non-oxidative conditions, as they reduce the activity of the catalyst in a relatively short time, resulting in short production cycles and a high regeneration requirement. In addition, the coke deposits are often accompanied by a shortened catalyst life. Also, the regeneration of the catalysts is not without problems, since for an economic process on the one hand regularly the output activities must be restored and on the other hand this must be possible over a large number of cycles.
Die Koksablagerungen wirken sich außerdem ungünstig auf die Stoffbilanz bzw. die Ausbeute aus, da jedes Molekül Edukt, das in Koks umgewandelt wird, nicht mehr für die gewünschte Reaktion zu Aromaten zur Verfügung steht. Die bisher im Stand der Technik erreichten Koksselektivitäten liegen in den meisten Fällen bei über 20 % bezogen auf den umgesetzten Aliphaten.The coke deposits also have an unfavorable effect on the material balance or the yield, since each molecule of starting material which is converted into coke is no longer available for the desired reaction to aromatics. The coke selectivities achieved hitherto in the prior art are in most cases more than 20%, based on the reacted aliphatics.
Es besteht daher Bedarf an Katalysatoren für die nicht-oxidative Umsetzung von CrC4- Aliphaten, die eine geringere Verkokungsneigung und eine höhere Langzeitstabilität als die aus dem Stand der Technik bekannten Katalysatoren aufweisen. Die Katalysatoren sollen zudem gut regenerierbar sein, um lange Katalysatorlebenszeiten zu ermöglichen. Gelöst wird die Aufgabe durch einen Molybdän und Zeolith enthaltenden Katalysator zur Dehydroaromatisierung eines Ci-C4-Aliphaten enthaltenden Eduktstroms E, der durch die SchritteThere is therefore a need for catalysts for the non-oxidative reaction of CrC 4 -aliphatic compounds, which have a lower tendency to coke and a higher long-term stability than the catalysts known from the prior art. The catalysts should also be easy to regenerate to allow long catalyst lifetimes. The object is achieved by a molybdenum and zeolite-containing catalyst for the dehydroaromatization of a C-C 4 -aliphatic-containing reactant stream E, by the steps
I. Behandeln eines Zeoliths ausgewählt aus der Gruppe MFI und MWW mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschließendem Trocknen und Kalzinieren des Zeo- lithen,I. treating a zeolite selected from the group consisting of MFI and MWW with an NH 4 -containing mixture, followed by drying and calcination of the zeolite,
II. erneutes Behandeln des Zeolithen mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschließendem Trocknen des Zeolithen, III. Aufbringen des Molybdäns und IV. KalzinierenII. Re-treating the zeolite with an NH 4 -containing mixture with subsequent drying of the zeolite, III. Application of molybdenum and IV. Calcination
erhältlich ist.is available.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren eignen sich insbesondere zur nicht-oxidativen Dehydroaromatisierung von Ci-C4-Aliphaten, d.h. zur Herstellung von aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen wie Benzol und Toluol aus diesen Alkanen unter nicht- oxidativen Bedingungen. Auf den erfindungsgemäßen Katalysatoren lagert sich deutlich weniger Koks ab als auf den aus dem Stand der Technik bekannten Katalysatoren. Dadurch erhöht sich einerseits die Einsatzzeit der Katalysatoren, bevor eine Regenerierung des Katalysators notwendig wird; andererseits kann der eingesetzte Eduktstrom wirtschaftlicher genutzt werden, da weniger Edukt in für den Katalysator schädlichen und die Ausbeute erniedrigenden Koks umgewandelt wird. Die niedrige Selektivität zu Koks geht bei den erfindungsgemäßen Katalysatoren mit deutlich höhe- ren Umsätzen und/oder höheren Benzolselektivitäten einher, was insgesamt zu höheren Benzolausbeuten führt. Ein weiterer großer Vorteil der erfindungsgemäßen Katalysatoren besteht in ihrer guten Regenerierbarkeit. Auch nach mehreren Reaktions- und Regenerierungszyklen wird die Anfangsaktivität des Katalysators im ersten Zyklus üblicherweise durch die Regenerierung wieder erreicht.The catalysts according to the invention are particularly suitable for the nonoxidative dehydroaromatization of C 1 -C 4 -aliphatics, ie for the preparation of aromatic hydrocarbon compounds such as benzene and toluene from these alkanes under non-oxidative conditions. Significantly less coke deposits on the catalysts according to the invention than on the catalysts known from the prior art. As a result, on the one hand increases the service life of the catalysts, before a regeneration of the catalyst is necessary; On the other hand, the reactant stream used can be used more economically, since less starting material is converted into harmful for the catalyst and the yield-reducing coke. The low selectivity for coke is accompanied by significantly higher conversions and / or higher benzene selectivities in the catalysts according to the invention, which leads to higher overall benzene yields. Another great advantage of the catalysts of the invention is their good regenerability. Even after several reaction and regeneration cycles, the initial activity of the catalyst in the first cycle is usually regained by the regeneration.
Nicht-oxidative Bedingungen heißt gemäß der vorliegenden Erfindung, dass die Konzentration von Oxidationsmitteln wie Sauerstoff oder Stickoxiden im Eduktstrom E unterhalb von 5 Gew.-%, bevorzugt unterhalb von 1 Gew.-%, besonders bevorzugt unterhalb von 0,1 Gew.-% liegt. Ganz besonders bevorzugt ist das Gemisch frei von Sauer- stoff. Ebenfalls besonders bevorzugt ist eine Konzentration an Oxidationsmitteln im Gemisch E, die gleich groß oder geringer ist als die Konzentration an Oxidationsmitteln in der Quelle, aus der die Ci-C4-Aliphaten stammen.Non-oxidative conditions in accordance with the present invention mean that the concentration of oxidizing agents such as oxygen or nitrogen oxides in the feedstream E is below 5% by weight, preferably below 1% by weight, particularly preferably below 0.1% by weight. lies. Most preferably, the mixture is free of oxygen. Also particularly preferred is a concentration of oxidizing agents in the mixture E, which is equal to or less than the concentration of oxidizing agents in the source from which the Ci-C 4 -Aliphaten originate.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren enthalten Zeolithe ausgewählt aus den Struktur- typen MFI und MWW, besonders bevorzugt ZSM-5 und MCM-22. Bei Zeolithen handelt es sich um Aluminiumsilikate, die bei ihrer Herstellung üblicherweise in der Natrium- form anfallen. In der Na-Form wird die wegen des Austausches von 4-wertigen Si- Atomen gegen 3-wertige AI-Atomen im Kristallgitter vorhandene überschüssige negative Ladung durch Na-Ionen ausgeglichen. Statt allein Natrium kann der Zeolith zum Ladungsausgleich auch weitere Alkali- und/oder Erdalkaliionen enthalten. Die Synthe- se der Zeolithe der Strukturen MFI und MWW ist dem Fachmann bekannt. Diese Zeo- lithe können beispielsweise ausgehend von Alkalialuminat, Alkalisilikat und amorphem SiC>2 unter hydrothermalen Bedingungen hergestellt werden. Hierbei kann über organische Templat-Moleküle, über die Temperatur und weitere experimentelle Parameter die Art der gebildeten Kanalsysteme im Zeolithen gesteuert werden.The catalysts according to the invention contain zeolites selected from the structural types MFI and MWW, more preferably ZSM-5 and MCM-22. Zeolites are aluminum silicates which are usually produced in the sodium form. In the Na form, the excess negative charge due to the exchange of 4-valent Si atoms for 3-valent Al atoms in the crystal lattice is compensated by Na ions. Instead of sodium alone, the zeolite can also contain other alkali metal and / or alkaline earth metal ions for charge balance. The synthesis of the zeolites of the structures MFI and MWW is known to the person skilled in the art. These zeolites can be prepared, for example, starting from alkali aluminate, alkali metal silicate and amorphous SiC> 2 under hydrothermal conditions. Here, the type of channel systems formed in the zeolite can be controlled via organic template molecules, the temperature and other experimental parameters.
Schritt I des Verfahrens, nach dem der erfindungsgemäße Katalysator erhältlich ist, besteht in der Überführung des Zeoliths in die so genannte H-Form. Das bedeutet, die im Zeolith enthaltenden Alkali- und/oder Erdalkaliionen werden gegen Protonen ausgetauscht. Ein übliches und gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugtes Verfahren zum Überführen der Katalysatoren in die H-Form ist ein zweistufiger Prozess, bei dem die Alkali- und/oder Erdalkaliionen zunächst gegen Ammoniumionen ausgetauscht werden. Beim Erhitzen des Zeoliths auf etwa 400 bis 5000C zersetzt sich das Ammoniumion in flüchtigen Ammoniak und in das im Zeolith verbleibende Proton.Step I of the process according to which the catalyst according to the invention is obtainable consists in the conversion of the zeolite into the so-called H-form. This means that the alkali and / or alkaline earth metal ions contained in the zeolite are exchanged for protons. A common and preferred process according to the present invention for converting the catalysts into the H form is a two-stage process in which the alkali metal and / or alkaline earth metal ions are first exchanged for ammonium ions. Upon heating the zeolite to about 400 to 500 0 C, the ammonium ion decomposes into volatile ammonia and in the proton remaining in the zeolite.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Schritt I des Verfahrens, nach dem der erfindungsgemäße Katalysator erhältlich ist, der Zeolith mit einer NH4-haltigen Mischung behandelt. Als NH4-haltige Komponente der NH4-haltigen Mischung wird mindestens ein Ammoniumsalz, ausgewählt aus der Gruppe Ammoniumhalogenide, Ammonium- carbonat, Ammoniumhydrogencarbonat, Ammoniumnitrat, Ammoniumacetat, Ammoni- umphosphat, Ammoniumhydrogenphosphat, Ammoniumdihydrogenphosphat, Ammoniumsulfat und Ammoniumhydrogensulfat eingesetzt. Bevorzugt wird als NH4-haltige Komponente Ammoniumnitrat verwendet.According to the present invention, in step I of the process, after which the catalyst according to the invention is obtainable, the zeolite is treated with an NH 4 -containing mixture. As the NH 4 -containing component of the mixture containing NH 4 , at least one ammonium salt selected from the group consisting of ammonium halides, ammonium carbonate, ammonium hydrogencarbonate, ammonium nitrate, ammonium acetate, ammonium phosphate, ammonium hydrogenphosphate, ammonium dihydrogenphosphate, ammonium sulfate and ammonium hydrogensulfate is used. Ammonium nitrate is preferably used as the NH 4 -containing component.
Die Behandlung des Zeolithen mit der NH4-haltigen Mischung erfolgt nach den bekann- ten, zum Ammoniumaustausch von Zeolithen geeigneten Methoden. Dazu zählt beispielsweise das Tränken, Tauchen oder Besprühen des Zeolithen mit einer Ammoniumsalzlösung, wobei die Lösung im Allgemeinen im Überschuss angewendet wird. Als Lösungsmittel werden vorzugsweise Wasser oder Alkohole verwendet. Die Mischung enthält üblicherweise 1 bis 20 Gew.-% der eingesetzten NH4-Komponente. Die Be- handlung mit der NH4-haltigen Mischung wird üblicherweise über einen Zeitraum von mehreren Stunden und bei erhöhten Temperaturen durchgeführt. Nach dem Einwirken der NH4-haltigen Mischung auf den Zeolithen kann überschüssige Mischung entfernt und der Zeolith gewaschen werden. Anschließend wird der Zeolith bei 40 bis 150 0C für mehrere Stunden, üblicherweise 4 bis 20 Stunden getrocknet. Daran schließt sich die Kalzinierung des Zeolithen bei Temperaturen von 300 bis 700 0C, bevorzugt von 350 bis 650 0C und besonders bevorzugt von 500 bis 600 0C an. Die Dauer der Kalzinie- rung beträgt üblicherweise 2 bis 24 Stunden, bevorzugt 3 bis 10 Stunden, besonders bevorzugt 4 bis 6 Stunden.The treatment of the zeolite with the NH 4 -containing mixture is carried out according to the known methods suitable for the ammonium exchange of zeolites. These include, for example, soaking, dipping or spraying the zeolite with an ammonium salt solution, the solution generally being used in excess. The solvents used are preferably water or alcohols. The mixture usually contains 1 to 20 wt .-% of the NH 4 component used. The treatment with the NH 4 -containing mixture is usually carried out over a period of several hours and at elevated temperatures. After the action of the NH 4 -containing mixture on the zeolite, excess mixture can be removed and the zeolite washed. Subsequently, the zeolite at 40 to 150 0 C for several hours, usually dried for 4 to 20 hours. This is followed by the calcination of the zeolite at temperatures of 300 to 700 0 C, preferably from 350 to 650 0 C and particularly preferably from 500 to 600 0 C. The duration of calcination tion is usually 2 to 24 hours, preferably 3 to 10 hours, more preferably 4 to 6 hours.
Gemäß Schritt Il des vorliegenden Verfahrens, nach dem der erfindungsgemäße Kata- lysator erhältlich ist, wird der Zeolith erneut mit einer NH4-haltigen Mischung behandelt und anschließend getrocknet. Die erneute Behandlung des Zeolithen mit der NH4- haltigen Mischung gemäß Schritt Il des Verfahrens, nach dem der erfindungsgemäße Katalysator erhältlich ist, erfolgt gemäß der vorstehenden Beschreibung zu Schritt I.According to step II of the present process, after which the catalyst according to the invention is obtainable, the zeolite is again treated with a NH 4 -containing mixture and then dried. The renewed treatment of the zeolite with the NH 4 -containing mixture according to step II of the process, after which the catalyst according to the invention is obtainable, takes place according to the above description for step I.
Kommerziell erhältliche Zeolithe in der H-Form haben üblicherweise bereits einen ersten Ammoniumaustausch durch Behandeln mit einer NH4-haltigen Mischung und anschließendem Trocknen und Kalzinieren durchlaufen, d. h., Schritt I des Verfahrens, nach dem der erfindungsgemäße Katalysator erhältlich ist, wurde bereits vom Hersteller des Zeoliths durchgeführt. Deshalb können erfindungsgemäß kommerziell erworbe- ne, in der H-Form vorliegende Zeolithe der Strukturtypen MFI und MWW direkt in Schritt Il des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden.Commercially available H-form zeolites have usually already undergone a first ammonium exchange by treatment with an NH 4 -containing mixture and subsequent drying and calcination, ie step I of the process after which the catalyst according to the invention is obtainable has already been obtained from the manufacturer of the present invention Zeolite performed. Therefore, according to the invention, commercially available zeolites of the structure types MFI and MWW present in the H form can be used directly in step II of the process according to the invention.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens, nach dem der erfindungsgemäße Katalysator erhältlich ist, wird der erneut mit NH4-haltiger Mischung behandelte Zeolith zwischen Schritt Il und Schritt III zusätzlich kalziniert. Die Kalzinierung erfolgt bei den für die Kalzinierung in Schritt I angegebenen Bedingungen.According to one embodiment of the process according to which the catalyst according to the invention is obtainable, the zeolite treated again with NH 4 -containing mixture is additionally calcined between step II and step III. Calcination takes place at the conditions specified for the calcination in step I.
Der erneute Ammoniumaustausch dient erfindungsgemäß nicht nur dazu, einen möglichst vollständigen Austausch der Alkali- und/oder Erdalkaliionen gegen Protonen sicherzustellen, sondern bewirkt darüber hinaus strukturelle Veränderungen des Zeolithen. So erhöht die erneute Behandlung des Zeolithen z.B. das Si : AI-Verhältnis, womit eine Änderung im Verhältnis der Lewissäure-aciden Zentren zu Brönstedtsäure- aciden Zentren verbunden ist. Die Erhöhung des Si : AI-Verhältnisses wird durch eine Dealuminierung des Zeolithen verursacht. Beispielhaft für die Veränderungen des Zeo- liths durch die erneute Behandlung ist auch die Vergrößerung der BET-Fläche.According to the invention, the renewed ammonium exchange serves not only to ensure the most complete possible replacement of the alkali metal and / or alkaline earth metal ions with protons, but also causes structural changes in the zeolite. Thus, the re-treatment of the zeolite increases e.g. the Si: Al ratio, which implies a change in the ratio of Lewis acidic centers to Bronsted acidic centers. The increase of the Si: Al ratio is caused by dealumination of the zeolite. Exemplary for the changes in the zeolite by the re-treatment is also the increase in the BET area.
Die Katalysatoren der vorliegenden Erfindung enthalten Molybdän. Dieses wird erfindungsgemäß nasschemisch oder trockenchemisch in Schritt IV des Verfahrens auf den Zeolithen aufgebracht.The catalysts of the present invention contain molybdenum. This is applied wet-chemically or dry-chemically in step IV of the method on the zeolite according to the invention.
Nasschemisch wird das Molybdän in Form wässriger, organischer oder organisch- wässriger Lösungen seiner Salze oder Komplexe durch Imprägnieren des Zeolithen mit der entsprechenden Lösung aufgebracht. Als Lösungsmittel kann auch überkritisches CO2 dienen. Die Imprägnierung kann nach der incipient-wetness-Methode erfolgen, bei der das poröse Volumen des Zeolithen durch in etwa gleiches Volumen an Imprägnierlösung aufgefüllt wird und man - gegebenenfalls nach einer Reifung - den Träger trocknet. Man kann auch mit einem Überschuss an Lösung arbeiten, wobei das Volumen dieser Lösung größer ist als das poröse Volumen des Zeolithen. Hierbei wird der Zeolith mit der Imprägnierlösung gemischt und ausreichend lange gerührt. Weiterhin ist es möglich, den Zeolithen mit einer Lösung des Molybdänsalzes zu besprühen. Es sind auch andere, dem Fachmann bekannte Herstellmethoden wie Ausfällen des Molybdäns auf den Zeolithen, Aufsprühen einer Lösung enthaltend eine Molybdänverbindung, Soltränkung etc. möglich. Als Molybdänverbindung besonders geeignet sind (NH4)6Mo7O24, MoO2, MoO3, H2MoO4, Na2MoO4, (NH3)3Mo(CO)3 und Mo(CO)6. Nach dem Aufbringen des Molybdäns auf den Zeolithen wird der Katalysator bei etwa 80 bis 1300C üblicherweise 4 bis 20 Stunden im Vakuum oder an Luft getrocknet.Wet-chemically, the molybdenum is applied in the form of aqueous, organic or organic-aqueous solutions of its salts or complexes by impregnating the zeolite with the appropriate solution. As a solvent can also serve supercritical CO 2 . The impregnation can be carried out by the incipient-wetness method, in which the porous volume of the zeolite is filled by approximately the same volume of impregnating solution and - optionally after maturation - the carrier dries. You can also work with an excess of solution, the volume of this solution is greater than the porous volume of the zeolite. In this case, the zeolite is mixed with the impregnating solution and stirred for a sufficient time. Furthermore, it is possible to spray the zeolite with a solution of the molybdenum salt. There are also other, known in the art production methods such as precipitation of molybdenum on the zeolites, spraying a solution containing a molybdenum compound, Soltränkung etc. possible. Particularly suitable molybdenum compounds are (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 , MoO 2 , MoO 3 , H 2 MoO 4 , Na 2 MoO 4 , (NH 3 ) 3 Mo (CO) 3 and Mo (CO) 6 . After applying the molybdenum to the zeolite, the catalyst is dried at about 80 to 130 0 C usually for 4 to 20 hours in vacuo or in air.
Erfindungsgemäß kann das Molybdän auch auf trockenchemischem Wege aufgebracht werden, beispielsweise indem das bei höheren Temperaturen gasförmige Mo(CO)6 aus der Gasphase auf dem Zeolithen abgeschieden wird.According to the invention, the molybdenum can also be applied by dry chemical methods, for example by precipitating the gaseous Mo (CO) 6 gaseous at elevated temperatures from the gas phase on the zeolite.
Erfindungsgemäß enthält der Katalysator 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,2 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, Molybdän.According to the invention, the catalyst contains 0.1 to 20 wt .-%, preferably 0.2 to 15 wt .-%, particularly preferably 0.5 to 10 wt .-%, each based on the total weight of the catalyst, molybdenum.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Katalysator mindestens ein weiteres Element ausgewählt aus der Gruppe Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe und Co, besonders bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe Cu, Ni, Fe, Cr, Nb, Ta und Co, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe Cu, Ni, Fe, Nb, Ta und Co. Besonders bevorzugt sind dabei Katalysatoren, die neben Molybdän als weiteres Element Cu ent- halten. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält der Katalysator neben Molybdän als weiteres Element Ni. Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße Katalysator neben Molybdän als weiteres Element Fe.According to a preferred embodiment, the catalyst contains at least one further element selected from the group Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe and Co, more preferably selected from the group Cu, Ni, Fe , Cr, Nb, Ta and Co, in particular selected from the group consisting of Cu, Ni, Fe, Nb, Ta and Co. Particularly preferred are catalysts which, in addition to molybdenum, contain Cu as a further element. In a further preferred embodiment, the catalyst contains, in addition to molybdenum as a further element, Ni. According to a further preferred embodiment, the catalyst according to the invention contains Fe as well as molybdenum as further element.
Das mindestens eine weitere Element neben Molybdän liegt im Katalysator erfin- dungsgemäß in einer Konzentration von mindestens 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, vor. Besonders bevorzugt enthalten die erfindungsgemäßen Katalysatoren mindestens 0,2 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt mindestens 0,5 Gew.-% mindestens eines weiteren Elements, ausgewählt aus Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe und Co, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators. Die Höchstmenge des im erfindungsgemäßen Katalysator enthaltenen weiteren Elements oder der weiteren Elemente liegt, jeweils auf das Gesamtgewicht des Katalysators bezogen, bei 10 Gew.-%, bevorzugt bei 5 Gew.-%.The at least one further element besides molybdenum is present in the catalyst according to the invention in a concentration of at least 0.1% by weight, based on the total weight of the catalyst. The catalysts according to the invention particularly preferably contain at least 0.2% by weight, very particularly preferably at least 0.5% by weight of at least one further element selected from Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu , Ni, Fe and Co, based on the total weight of the catalyst. The maximum amount of the further element or of the further elements contained in the catalyst according to the invention, based in each case on the total weight of the catalyst, is 10% by weight, preferably 5% by weight.
Bevorzugt sind erfindungsgemäß Katalysatoren, die als weiteres Element Cu enthal- ten. Ebenfalls bevorzugt sind Katalysatoren, die als weiteres Element Ni enthalten, sowie Katalysatoren, die als weiteres Element Fe enthalten. Insbesondere bevorzugt sind erfindungsgemäß Katalysatoren, die 0,1 bis 20 Gew.-% Molybdän und mindestens 0,1 Gew.-% Cu, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, enthalten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er- findung enthalten die Mo- und Cu-haltigen Katalysatoren als Zeolith MCM-22 oder ZSM-5.According to the invention, preference is given to catalysts which contain Cu as a further element. Likewise preferred are catalysts which contain Ni as a further element, and also catalysts which contain Fe as a further element. According to the invention, particular preference is given to catalysts which contain from 0.1 to 20% by weight of molybdenum and at least 0.1% by weight of Cu, based on the total weight of the catalyst. According to a preferred embodiment of the present invention, the Mo and Cu-containing catalysts contain MCM-22 or ZSM-5 as zeolite.
Weiterhin bevorzugt sind erfindungsgemäß Katalysatoren, die 0,1 bis 20 Gew.-% Mo und mindestens 0,1 Gew.-% Ni enthalten, besonders bevorzugt 0,1 bis 20 Gew.-% Mo und 0,5 bis 2 Gew.-% Ni, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators.Further preferred according to the invention are catalysts which contain 0.1 to 20% by weight of Mo and at least 0.1% by weight of Ni, particularly preferably 0.1 to 20% by weight of Mo and 0.5 to 2% by weight. % Ni, in each case based on the total weight of the catalyst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die Mo- und Ni-haltigen Katalysatoren ZSM-5 als Zeolith.According to a preferred embodiment of the present invention, the Mo and Ni-containing catalysts contain ZSM-5 as zeolite.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die Ni- und Cu-haltigen Katalysatoren ZSM-5 als Zeolith.According to a preferred embodiment of the present invention, the Ni and Cu containing catalysts contain ZSM-5 as zeolite.
Ebenso bevorzugt sind erfindungsgemäß Katalysatoren, die 0,1 bis 20 Gew.-% und mindestens 0,1 Gew.-% Fe enthalten, besonders bevorzugt 0,1 bis 20 Gew.-% und 0,5 bis 20 Gew.-% Fe, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators.Likewise preferred according to the invention are catalysts which contain 0.1 to 20% by weight and at least 0.1% by weight of Fe, particularly preferably 0.1 to 20% by weight and 0.5 to 20% by weight of Fe , in each case based on the total weight of the catalyst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält der erfindungsgemäße Katalysator mehr als ein weiteres Element ausgewählt aus der Gruppe Cu, Ni, Fe, Co, Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn und Ga neben Mo.According to another embodiment, the catalyst according to the invention contains more than one further element selected from the group consisting of Cu, Ni, Fe, Co, Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn and Ga in addition to Mo.
Besonders bevorzugt enthält der Katalysator mindestens zwei weitere Elemente ausgewählt aus der Gruppe Cu, Ni, Fe, Co, Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn und Ga neben Mo.The catalyst particularly preferably contains at least two further elements selected from the group consisting of Cu, Ni, Fe, Co, Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn and Ga in addition to Mo.
Insbesondere bevorzugt sind Katalysatoren, die mindestens 0,1 Gew.-% eines weite- ren Elements ausgewählt aus der Gruppe Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe und Co, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Ta und Cr und mindestens 0,05 Gew.-% eines zweiten weiteren Elements ausgewählt aus der Gruppe Cu, Ni, Fe, Co, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn und Ga, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Ta und Cr, neben Molybdän enthalten, jeweils bezogen auf das Ge- samtgewicht des Katalysators.Particular preference is given to catalysts which contain at least 0.1% by weight of a further element selected from the group consisting of Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe and Co, preferably selected from the group Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Ta and Cr and at least 0.05 wt .-% of a second further element selected from the group Cu, Ni, Fe, Co, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn and Ga, preferably selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Nb, Ta and Cr, in addition to molybdenum, in each case based on the total weight of the catalyst.
Erfindungsgemäß bevorzugt sind die Kombinationen Mo, Cu, Nb; Mo, Ni, Nb; Mo, Ni, Ta; Mo, Ni, Fe; Mo, Ni, Cr und Mo, Cu, Fe.According to the invention, the combinations Mo, Cu, Nb are preferred; Mo, Ni, Nb; Mo, Ni, Ta; Mo, Ni, Fe; Mo, Ni, Cr and Mo, Cu, Fe.
Die Elemente Mn, Cr, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe, Nb, Ta und Co werden üblicherweise nasschemisch auf den Zeolithen aufgebracht. Diese Elemente werden analog zu den für das nasschemische Aufbringen von Molybdän beschriebenen Vorgehensweisen auf den Zeolithen aufgebracht. Als Metallsalze werden dabei bevorzugt die Nitrate wie Kupfernitrat, Nickelnitrat, Eisennitrat und Kobaltnitrat verwendet, aber auch andere, dem Fachmann für die nasschemische Aufbringung bekannte Salze können eingesetzt werden. Dazu gehören die Ammoniummetallate, Halogenide, insbesondere Chlorid, Acetat, alkalische Carbonate, Formiat, Tartrat, Komplexe mit Liganden wie Acetylace- tonat, Amine, Aminoalkohole, Diole, Polyole, EDTA, Carboxylate wie Oxalat und Citrat sowie Hydroxycarbonsäuresalze. Es ist ebenso möglich, die Elemente als feines Car- bidpulver auf den Träger aufzubringen, da allgemein davon ausgegangen wird, dass Molybdäncarbid die reaktive Species im Katalysator bei der Dehydroaromatisierung bildet.The elements Mn, Cr, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe, Nb, Ta and Co are usually applied wet-chemically to the zeolite. These elements are analogous to the for the wet-chemical deposition of molybdenum described procedures applied to the zeolite. The metal salts used here are preferably the nitrates, such as copper nitrate, nickel nitrate, iron nitrate and cobalt nitrate, but other salts known to the person skilled in the art for wet-chemical application can also be used. These include the ammonium metallates, halides, in particular chloride, acetate, alkaline carbonates, formate, tartrate, complexes with ligands such as acetylacetate, amines, amino alcohols, diols, polyols, EDTA, carboxylates such as oxalate and citrate and Hydroxycarbonsäuresalze. It is also possible to apply the elements to the support as a fine carbon dioxide powder, since it is generally believed that molybdenum carbide forms the reactive species in the catalyst upon dehydroaromatization.
Wird das Molybdän in Schritt III nasschemisch aufgebracht, kann das mindestens eine weitere Element gemeinsam mit dem Molybdän aufgebracht werden. Es ist aber auch möglich, das weitere Element und das Molybdän nacheinander aufzubringen, wobei nach jedem Aufbringen eine Trocknung erfolgt. Es kann auch von Vorteil sein, beim Aufbringen eine gewisse Reihenfolge einzuhalten. Enthält der Katalysator mehr als ein weiteres Element, können das Molybdän sowie die weiteren Elemente ebenfalls gemeinsam oder aber nacheinander aufgebracht werden, wobei der Zeolith zwischen den verschiedenen Auftragungen jeweils getrocknet wird. Auch hierbei kann es von Vorteil sein, die einzelnen Elemente und das Molybdän in einer gewissen Reihenfolge aufzubringen.If the molybdenum is applied wet-chemically in step III, the at least one further element can be applied together with the molybdenum. However, it is also possible to apply the further element and the molybdenum in succession, with drying taking place after each application. It may also be advantageous to follow a certain sequence when applying. If the catalyst contains more than one further element, the molybdenum and the other elements can also be applied together or in succession, with the zeolite being dried in each case between the different applications. Again, it may be advantageous to apply the individual elements and the molybdenum in a certain order.
Wird das Molybdän in Schritt III auf trocken-chemischem Wege aufgetragen, so erfolgt die Imprägnierung mit dem mindestens einen weiteren Element üblicherweise vor Schritt III. Falls mehr als ein weiteres Element aufgebracht wird, können diese gemeinsam oder aber nacheinander aufgetragen werden, wobei zwischen den einzelnen Imprägnierstufen eine Trocknung erfolgt. Es kann von Vorteil sein, die einzelnen Elemente in einer gewissen Reihenfolge aufzutragen.If the molybdenum is applied by dry-chemical means in step III, the impregnation with the at least one further element usually takes place before step III. If more than one further element is applied, these may be applied together or in succession, with drying taking place between the individual impregnation stages. It may be advantageous to apply the individual elements in a certain order.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Lösung, mit der das Molybdän und gegebenenfalls die weiteren Elemente auf den Zeolith aufgebracht werden, mindestens einen Komplexbildner. Bevorzugt wird der Komplexbildner ausgewählt aus der Gruppe Ammoniak, Acetylacetonat, Amine, Aminoalkohole, EDTA, Carboxyla- te wie Oxalat und Citrat sowie Hydroxycarbonsäuresalze. Besonders bevorzugt wird EDTA eingesetzt. Die Gegenwart der Komplexbildner in der Imprägnierlösung wirkt sich vorteilhaft auf die Katalysatoraktivität aus.In a preferred embodiment of the invention, the solution with which the molybdenum and optionally the further elements are applied to the zeolite contains at least one complexing agent. Preferably, the complexing agent is selected from the group of ammonia, acetylacetonate, amines, amino alcohols, EDTA, carboxylates such as oxalate and citrate and Hydroxycarbonsäuresalze. Particular preference is given to using EDTA. The presence of the complexing agents in the impregnating solution has an advantageous effect on the catalyst activity.
Enthält der erfindungsgemäße Katalysator gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mindestens zwei weitere Elemente ausgewählt aus der GruppeContains the catalyst according to the invention according to one of the embodiments described above, at least two further elements selected from the group
Fe, Co, Ni, Cu, Cr, Nb, Ta, Mn, Zr, V, Zn und Ga, wird gemäß einer bevorzugten Aus- führungsform der vorliegenden Erfindung das Mo gemeinsam mit mindestens einem der weiteren Elemente in Gegenwart eines Komplexbildners als Imprägnierlösung auf den Zeolithen aufgebracht, der Zeolith anschließend getrocknet und das zweite bzw. die weiteren Elemente mit Hilfe einer Imprägnierlösung aufgebracht.Fe, Co, Ni, Cu, Cr, Nb, Ta, Mn, Zr, V, Zn and Ga is, according to a preferred According to the present invention, the Mo is applied to the zeolite together with at least one of the further elements in the presence of a complexing agent as impregnating solution, the zeolite is subsequently dried and the second or the further elements are applied by means of an impregnating solution.
Enthält der erfindungsgemäße Katalysator wie vorstehend beschrieben neben Molybdän mindestens ein weiteres Element, so ist der Katalysator erhältlich durch die SchritteIf, as described above, the catalyst according to the invention contains at least one further element in addition to molybdenum, then the catalyst can be obtained by the steps
I. Behandeln eines Zeoliths ausgewählt aus der Gruppe MFI und MWW mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschließendem Trocknen und Kalzinieren des Zeolithen,I. treating a zeolite selected from the group consisting of MFI and MWW with an NH 4 -containing mixture, followed by drying and calcination of the zeolite,
II. erneutes Behandeln des Zeolithen mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschließendem Trocknen des Zeolithen, III. Aufbringen des Molybdäns und mindestens eines weiteren Elements ausgewählt aus der Gruppe Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe und Co, und IV. Kalzinieren.II. Re-treating the zeolite with an NH 4 -containing mixture with subsequent drying of the zeolite, III. Applying the molybdenum and at least one further element selected from the group Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe and Co, and IV. Calcining.
Nach Aufbringen des Mo und gegebenenfalls der weiteren Elemente erfolgt in Schritt IV des Verfahrens, nach dem der erfindungsgemäße Katalysator herstellbar ist, eine Kalzinierung des Katalysators. Diese wird unter den vorstehend für die in Schritt I erfolgende Kalzinierung beschriebenen Bedingungen durchgeführt.After application of the Mo and optionally the other elements is carried out in step IV of the process by which the catalyst according to the invention can be produced, a calcination of the catalyst. This is carried out under the conditions described above for the calcination carried out in step I.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Katalysator zwischen Schritt I und Il oder zwischen Schritt Il und III mit einem Si- haltigen Bindemittel vermischt. Als Si-haltige Bindemittel eignen sich insbesondere Tetraalkoxysilane, Polysiloxane und kolloidale Siθ2-Sole.According to a further preferred embodiment of the present invention, the catalyst is mixed with a Si-containing binder between step I and II or between step II and III. Particularly suitable as Si-containing binders are tetraalkoxysilanes, polysiloxanes and colloidal SiO 2 sols.
Werden die Si-haltigen Bindemittel vor Schritt II, also vor der erneuten Behandlung des Zeolithen mit einer NH4-haltigen Mischung, mit dem Zeolithen vermischt, erfolgt vor Schritt Il eine Kalzinierung unter den üblichen Bedingungen. Erfindungsgemäß erfolgt nach Zugabe des Si-haltigen Bindemittels ein Formgebungsschritt, in dem die Katalysatormasse gemäß den dem Fachmann bekannten Verfahren zu Formkörpern verarbeitet werden. Als formgebende Verfahren sind dabei beispielsweise Versprühen einer den Zeolithen bzw. die Katalysatormasse enthaltenden Suspension, Tablettieren, Ver- pressen im feuchten oder trockenen Zustand und Extrudieren zu nennen. Zwei oder mehrere dieser Verfahren können auch kombiniert werden. Für das Verformen können Hilfsmittel wie Porenbildner und Anteigungsmittel oder auch andere, dem Fachmann bekannte Zusatzstoffe eingesetzt werden. Mögliche Anteigungsmittel sind solche Ver- bindungen, die zur Verbesserung der Misch-, Knet- und Fließeigenschaften führen. Vorzugsweise sind dies im Rahmen der vorliegenden Erfindung organische, insbeson- dere hydrophile Polymere wie beispielsweise Cellulose, Cellulosederivate wie Methyl- cellulose, Stärke wie Kartoffelstärke, Tapetenkleister, Acrylate, Polyacrylate, PoIy- methacrylate, Polyvinylalkohole, Polyvinalpyrrolidon, Polyisobutylen, Polytetrahydrofu- ran, Polyglykolether, Fettsäureverbindungen, Wachsemulsionen, Wasser oder Mi- schungen aus zwei oder mehr dieser Verbindungen. Als Porenbildner sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise in Wasser oder wässrigen Lösungsmittelgemischen dispergier-, suspendier- oder emulgierbare Verbindungen wie Polyalkylen- oxide, Polystyrol, Polyacrylate, Polymethacrylate, Polyolefine, Polyamide, Polyester, Kohlenhydrate, Cellulose, Cellulosederivate wie beispielsweise Methylcellulose, Zu- ckernaturfasern, PuIp, Graphit oder Mischungen aus zwei oder mehr dieser Verbindungen zu nennen. Porenbildner und/oder Anteigungsmittel werden nach der Verformung bevorzugt durch mindestens einen geeigneten Trocknungs- und/oder Kalzinie- rungsschritt aus dem erhaltenen Formkörper entfernt.If the Si-containing binders are mixed with the zeolite before step II, ie before re-treatment of the zeolite with an NH 4 -containing mixture, prior to step II a calcination is carried out under the usual conditions. According to the invention, after the addition of the Si-containing binder, a shaping step takes place, in which the catalyst composition is processed into shaped bodies according to the processes known to the person skilled in the art. In this case, the shaping methods to be mentioned are, for example, spraying of a suspension containing the zeolite or the catalyst mass, tableting, pressing in the moist or dry state and extrusion. Two or more of these methods can also be combined. Auxiliaries such as pore formers and pasting agents or else other additives known to the person skilled in the art can be used for shaping. Possible pasting agents are compounds which improve the mixing, kneading and flow properties. In the context of the present invention, these are preferably organic, in particular hydrophilic polymers such as, for example, cellulose, cellulose derivatives such as methylcellulose, starch such as potato starch, wallpaper pastes, acrylates, polyacrylates, polymethacrylates, polyvinyl alcohols, polyvinylpyrrolidone, polyisobutylene, polytetrahydrofuran, polyglycol ethers, fatty acid compounds, wax emulsions, water or mixtures of two or more of these compounds. In the context of the present invention, pore formers which can be dispersed, suspended or emulsified in water or aqueous solvent mixtures are, for example, polyalkylene oxides, polystyrene, polyacrylates, polymethacrylates, polyolefins, polyamides, polyesters, carbohydrates, cellulose, cellulose derivatives such as, for example, methylcellulose. Cement fibers, PuIp, graphite or mixtures of two or more of these compounds. Pore formers and / or pasting agents are preferably removed after deformation by at least one suitable drying and / or calcining step from the shaped body obtained.
Die Geometrie der erfindungsgemäß erhältlichen Katalysatoren kann beispielsweise kugelförmig (hohl oder voll), zylindrisch (hohl oder voll), ring-, sattel-, stern-, bienenwa- ben- oder tablettenförmig sein. Weiterhin kommen Extrudate beispielsweise in Strang-, Trilob-, Quatrolob, Stern- oder Hohlzylinderform in Frage. Weiterhin kann die zu formende Katalysatormasse extrudiert, kalziniert und die so erhaltenen Extrudate gebro- chen und zu Splitt oder Pulver verarbeitet werden. Der Splitt kann in verschiedene Siebfraktionen getrennt werden. Eine bevorzugte Siebfraktion hat die Korngröße 0,25 bis 0,5 mm.The geometry of the catalysts obtainable according to the invention can be, for example, spherical (hollow or full), cylindrical (hollow or full), ring, saddle, star, honeycomb or tablet shape. Furthermore, extrudates are for example in strand, Trilob, Quatrolob, star or hollow cylindrical shape in question. Furthermore, the catalyst mass to be molded can be extruded, calcined and the extrudates thus obtained can be broken and processed into chips or powders. The grit can be separated into different sieve fractions. A preferred sieve fraction has the grain size 0.25 to 0.5 mm.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Katalysator als Formkörper oder Splitt eingesetzt.According to a preferred embodiment of the invention, the catalyst is used as a shaped body or grit.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Katalysator als Pulver eingesetzt. Das Katalysatorpulver kann dabei Si-haltiges Bindemittel enthalten, aber auch frei von Si-haltigem Bindemittel vorliegen.According to another preferred embodiment, the catalyst is used as a powder. The catalyst powder may contain Si-containing binder, but also be present free of Si-containing binder.
Wenn der erfindungsgemäße Katalysator ein Si-haltiges Bindemittel enthält, liegt dies in einer Konzentration von 5 bis 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators vor, bevorzugt von 10 bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt von 15 bis 30 Gew.-%.If the catalyst according to the invention contains an Si-containing binder, this is present in a concentration of 5 to 60 wt .-%, based on the total weight of the catalyst, preferably from 10 to 40 wt .-%, particularly preferably from 15 to 30 wt .-%.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Molybdän und Zeolith enthaltenden Katalysators wie vorstehend beschrieben umfassend die Schritte I. Behandeln eines Zeoliths ausgewählt aus der Gruppe MFI und MWW mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschließendem Trocknen und Kalzinieren des Zeo- lithen,Another object of the present invention is a process for preparing a molybdenum and zeolite-containing catalyst as described above comprising the steps I. treating a zeolite selected from the group consisting of MFI and MWW with an NH 4 -containing mixture, followed by drying and calcination of the zeolite,
II. erneutes Behandeln des Zeolithen mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschlie- ßendem Trocknen des Zeolithen,II. Re-treating the zeolite with an NH 4 -containing mixture, followed by drying of the zeolite,
III. Aufbringen des Molybdäns undIII. Applying the molybdenum and
IV. Kalzinieren.IV. Calcining.
Enthält der erfindungsgemäße Katalysator wie vorstehend beschrieben neben Molyb- dän mindestens ein weiteres Element, so umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des Katalysators die SchritteIf, in addition to molybdenum, the catalyst according to the invention contains at least one further element as described above, the process according to the invention for preparing the catalyst comprises the steps
I. Behandeln eines Zeoliths ausgewählt aus der Gruppe MFI und MWW mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschließendem Trocknen und Kalzinieren des Zeo- lithen,I. treating a zeolite selected from the group consisting of MFI and MWW with an NH 4 -containing mixture, followed by drying and calcination of the zeolite,
II. erneutes Behandeln des Zeolithen mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschließendem Trocknen des Zeolithen,II. Re-treating the zeolite with an NH 4 -containing mixture, followed by drying of the zeolite,
III. Aufbringen des Molybdäns und mindestens eines weiteren Elements ausgewählt aus der Gruppe Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe und Co, und IV. Kalzinieren.III. Applying the molybdenum and at least one further element selected from the group Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe and Co, and IV. Calcining.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Katalysators zur Dehydroaromatisierung eines Cr C4-Aliphaten enthaltenden Eduktstroms E.Likewise provided by the present invention is the use of the above-described catalyst according to the invention for the dehydroaromatization of a feedstock stream E C containing Cr C 4 -aliphatic compounds.
Es kann von Vorteil sein, den zur Dehydroaromatisierung von Ci-C4-Aliphaten verwendeten Katalysator vor der eigentlichen Reaktion zu aktivieren.It may be advantageous to activate the catalyst used for the dehydroaromatization of C 1 -C 4 -aliphates before the actual reaction.
Diese Aktivierung kann mit einem d-C4-Alkan, wie z.B. Methan, Ethan, Propan, Butan oder einem Gemisch hiervon, vorzugsweise Butan, erfolgen. Die Aktivierung wird bei einer Temperatur von 250 bis 6500C, vorzugsweise bei 350 bis 5500C, und einem Druck von 0,5 bis 5 bar, vorzugsweise bei 0,5 bis 2 bar, durchgeführt. Üblicherweise liegt die GHSV (Gas Hourly Space Velocity) bei der Aktivierung bei 100 bis 4000 h"1, vorzugsweise bei 500 bis 2000 h"1.This activation can be carried out with a C 1 -C 4 alkane, such as, for example, methane, ethane, propane, butane or a mixture thereof, preferably butane. The activation is carried out at a temperature of 250 to 650 ° C., preferably at 350 to 550 ° C., and at a pressure of 0.5 to 5 bar, preferably at 0.5 to 2 bar. Usually, the GHSV (gas hourly space velocity) at activation is 100 to 4000 h -1 , preferably 500 to 2000 h -1 .
Es ist aber auch möglich eine Aktivierung durchzuführen, indem der Eduktstrom E das d-C4-Alkan, oder ein Gemisch hiervon, per se schon enthält oder das d-C4-Alkan, oder ein Gemisch hiervon, dem Eduktstrom E zugesetzt wird. Die Aktivierung wird bei einer Temperatur von 250 bis 6500C, vorzugsweise bei 350 bis 5500C, und einem Druck von 0,5 bis 5 bar, vorzugsweise bei 0,5 bis 2 bar, durchgeführt. Üblicherweise liegt die GHSV (Gas Hourly Space Velocity) bei der Aktivierung bei 100 bis 4000 h"1, vorzugsweise bei 500 bis 2000 h"1.However, it is also possible to carry out an activation by the reactant stream E thereof, the dC 4 alkane, or a mixture, per se already contains or dC 4 alkane, or a mixture thereof, the feed stream E is added. The activation is carried out at a temperature of 250 to 650 ° C., preferably at 350 to 550 ° C., and at a pressure of 0.5 to 5 bar, preferably at 0.5 to 2 bar. Usually is the GHSV (Gas Hourly Space Velocity) when activated at 100 to 4000 h "1 , preferably at 500 to 2000 h " 1 .
In einer weiteren Ausgestaltungsform ist es auch möglich zusätzlich zu dem CrC4- Alkan noch Wasserstoff beizufügen. Die Aktivierung kann auch nur mit Methan als Cr C4-Alkan durchgeführt werden.In another embodiment, it is also possible to add hydrogen in addition to the CrC 4 alkane. The activation can also be carried out only with methane as Cr C 4 alkane.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Katalysator mit einem H2 enthaltenden Gasstrom aktiviert, der zusätzlich Inertgase wie N2, He, Ne und Ar enthalten kann.According to a preferred embodiment of the present invention, the catalyst is activated with a H 2 -containing gas stream which may additionally contain inert gases such as N 2 , He, Ne and Ar.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Dehydroaroma- tisierung eines Ci-C4-Aliphaten enthaltenden Eduktstroms E durch Umsetzung des Eduktstroms E in Gegenwart eines Molybdän und Zeolith enthaltenden Katalysators wie vorstehend beschrieben, der durch die SchritteAnother object of the present invention is a process for the dehydroaromatization of a Ci-C 4 -Aliphaten-containing Eduktstroms E by reacting the Eduktstroms E in the presence of a molybdenum and zeolite-containing catalyst as described above, by the steps
I. Behandeln eines Zeoliths ausgewählt aus der Gruppe MFI und MWW mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschließendem Trocknen und Kalzinieren des Zeo- lithen, II. erneutes Behandeln des Zeolithen mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschließendem Trocknen des Zeolithen,I. treating a zeolite selected from the group MFI and MWW with an NH 4 -containing mixture, followed by drying and calcination of the zeolite, II. Re-treating the zeolite with an NH 4 -containing mixture, followed by drying of the zeolite,
III. Aufbringen des Molybdäns,III. Applying the molybdenum,
IV. KalzinierenIV. Calcining
erhältlich ist.is available.
Ebenso ist das Verfahren zur Dehydroaromatisierung eines CrC4-Aliphaten enthaltenden Eduktstroms E durch Umsetzung des Eduktstroms E in Gegenwart eines Molybdän und Zeolith enthaltenden Katalysators wie vorstehend beschrieben, der durch die SchritteLikewise, the process for the dehydroaromatization of a feed stream E containing CrC 4 -aliphatic compounds by reacting the feed stream E in the presence of a catalyst containing molybdenum and zeolite as described above, by the steps
I. Behandeln eines Zeoliths ausgewählt aus der Gruppe MFI und MWW mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschließendem Trocknen und Kalzinieren des Zeolithen,I. treating a zeolite selected from the group consisting of MFI and MWW with an NH 4 -containing mixture, followed by drying and calcination of the zeolite,
II. erneutes Behandeln des Zeolithen mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschlie- ßendem Trocknen des Zeolithen,II. Re-treating the zeolite with an NH 4 -containing mixture, followed by drying of the zeolite,
III. Aufbringen des Molybdäns und mindestens eines weiteren Elements ausgewählt aus der Gruppe Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe und Co, undIII. Applying the molybdenum and at least one further element selected from the group Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe and Co, and
IV. Kalzinieren,IV. Calcining,
erhältlich ist, Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Erfindungsgemäß enthält der Eduktstrom E mindestens einen Aliphaten mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen. Zu diesen Aliphaten gehören Methan, Ethan, Propan, n-Butan, i-Butan, Propen, 1- und 2-Buten und Isobuten. In einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Eduktstrom E mindestens 50 mol-%, bevorzugt mindestens 60 mol-%, be- sonders bevorzugt mindestens 70 mol-%, außerordentlich bevorzugt mindestens 80 mol-%, insbesondere mindestens 90 mol-% d-C4-Aliphaten.is available, subject of the present invention. According to the invention, the reactant stream E contains at least one aliphatic having 1 to 4 carbon atoms. These aliphates include methane, ethane, propane, n-butane, i-butane, propene, 1- and 2-butene, and isobutene. In one embodiment of the invention, the reactant stream E comprises at least 50 mol%, preferably at least 60 mol%, more preferably at least 70 mol%, even more preferably at least 80 mol%, in particular at least 90 mol%, of dC 4 -aliphatic ,
Unter den Aliphaten werden besonders bevorzugt die gesättigten Alkane verwendet, der Eduktstrom E enthält dann bevorzugt mindestens 50 mol-%, bevorzugt mindestens 60 mol-%, besonders bevorzugt mindestens 70 mol-% außerordentlich bevorzugt mindestens 80 mol-%, insbesondere mindestens 90 mol-% Alkane mit 1 bis 4 C-Atomen.Among the aliphatics, the saturated alkanes are particularly preferably used; the starting material stream E then preferably contains at least 50 mol%, preferably at least 60 mol%, particularly preferably at least 70 mol%, more preferably at least 80 mol%, in particular at least 90 mol% % Alkanes with 1 to 4 C atoms.
Unter den Alkanen sind Methan und Ethan bevorzugt, insbesondere Methan. Gemäß dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Eduktstrom E bevor- zugt mindestens 50 mol-%, bevorzugt mindestens 60 mol-%, besonders bevorzugt mindestens 70 mol-% außerordentlich bevorzugt mindestens 80 mol-%, insbesondere mindestens 90 mol-% Methan.Among the alkanes, methane and ethane are preferred, especially methane. According to this embodiment of the present invention, the reactant stream E preferably contains at least 50 mol%, preferably at least 60 mol%, particularly preferably at least 70 mol%, more preferably at least 80 mol%, in particular at least 90 mol% methane.
Bevorzugt wird als Quelle der Ci-C4-Aliphaten Erdgas eingesetzt. Die typische Zu- sammensetzung von Erdgas sieht folgendermaßen aus: 75 bis 99 mol-% Methan, 0,01 bis 15 mol-% Ethan, 0,01 bis 10 mol-% Propan, bis zu 6 mol-% Butan und höhere Kohlenwasserstoffe, bis zu 30 mol-% Kohlendioxid, bis zu 30 mol-% Schwefelwasserstoff, bis zu 15 mol-% Stickstoff und bis zu 5 mol-% Helium. Das Erdgas kann vor dem Einsatz in dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Fachmann bekannten Methoden gereinigt und angereichert werden. Zur Reinigung gehört beispielsweise die Entfernung von gegebenenfalls im Erdgas vorhandenen Schwefelwasserstoff oder Kohlendioxid und weiterer, im anschließenden Verfahren unerwünschten Verbindungen.Preferably, natural gas is used as the source of the Ci-C 4 -Aliphaten. The typical composition of natural gas is as follows: 75 to 99 mol% methane, 0.01 to 15 mol% ethane, 0.01 to 10 mol% propane, up to 6 mol% butane and higher hydrocarbons, up to 30 mol% of carbon dioxide, up to 30 mol% of hydrogen sulfide, up to 15 mol% of nitrogen and up to 5 mol% of helium. The natural gas can be purified and enriched prior to use in the process according to the invention by methods known to those skilled in the art. Purification includes, for example, the removal of any hydrogen sulfide or carbon dioxide present in natural gas and other undesirable compounds in the subsequent process.
Die in dem Eduktstrom E enthaltenen d-C4-Aliphaten können auch aus anderen Quel- len stammen, beispielsweise bei der Erdölraffination angefallen sein. Die d-C4- Aliphaten können auch regenerativ (z.B. Biogas) oder synthetisch (z.B. Fischer- Tropsch-Synthese) hergestellt worden sein.The dC contained in the feed stream E 4 -aliphatics may also originate from other sources len, such as petroleum refining have been incurred. The dC 4 aliphatics may also have been produced regeneratively (eg biogas) or synthetically (eg Fischer-Tropsch synthesis).
Falls als Ci-C4-Aliphaten-Quelle Biogas verwendet wird, kann der Eduktstrom E zu- sätzlich noch Ammoniak, Spuren von niederen Alkoholen und weitere, für Biogas typische Beimischungen enthalten.If biogas is used as the Ci-C 4 -aliphatic source, the feed stream E may additionally contain ammonia, traces of lower alcohols and further admixtures typical of biogas.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als Eduktstrom E LPG (Liquid Petroleum Gas) eingesetzt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann als Eduktstrom E LNG (Liquified Natural Gas) eingesetzt werden. Dem Eduktstrom E kann zusätzlich Wasserstoff, Wasserdampf, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickstoff sowie ein oder mehrere Edelgase beigemischt werden.In a further embodiment of the process according to the invention, it is possible to use LPG (liquid petroleum gas) as feed stream E. According to a further embodiment of the process according to the invention, it is possible to use LNG (Liquefied Natural Gas) as starting material stream E. In addition, hydrogen, steam, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen and one or more noble gases can be admixed with the reactant stream E.
Erfindungsgemäß wird die Dehydroaromatisierung von Ci-C4-Aliphaten in Gegenwart der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Katalysatoren bei Temperaturen von 400 bis 1000 0C, bevorzugt von 500 bis 9000C, besonders bevorzugt von 600 bis 8000C, insbesondere von 650 bis 750 0C, bei einem Druck von 0.5 bis 100 bar, bevorzugt bei 1 bis 50 bar, besonders bevorzugt bei 1 bis 30 bar, insbesondere 1 bis 10 bar, durchgeführt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Umsetzung bei einer GHSV (Gas Hourly Space Velocity) von 100 bis 10 000 h"1, vorzugsweise von 200 bis 3000 h"1 durchgeführt.According to the invention, the dehydroaromatization of Ci-C 4 -aliphatics in the presence of the above-described inventive catalysts at temperatures of 400 to 1000 0 C, preferably from 500 to 900 0 C, more preferably from 600 to 800 0 C, in particular from 650 to 750 0 C, at a pressure of 0.5 to 100 bar, preferably at 1 to 50 bar, more preferably at 1 to 30 bar, in particular 1 to 10 bar performed. According to the present invention, the reaction is carried out at a GHSV (Gas Hourly Space Velocity) of 100 to 10,000 h -1 , preferably 200 to 3000 h -1 .
Selbstverständlich können die erfindungsgemäß bei der Dehydroaromatisierung einge- setzten Katalysatoren bei nachlassender Aktivität nach üblichen, dem Fachmann bekannten Methoden regeneriert werden. Insbesondere bevorzugt gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Regeneration der Katalysatoren mit Wasserstoff. Dies kann beispielsweise durch Zusatz von Wasserstoff zu dem Eduktstrom E erfolgen. Das Verhältnis von Eduktstrom E zum Wasserstoffstrom liegt üblicherweise im Bereich von 1 : 1000 bis 1 : 1 , bevorzugt 1 : 500 bis 1 : 5, bevorzugt wird das Verhältnis jedoch so gewählt, dass zur Regenerierung ein Gasstrom eingesetzt wird, der mindestens 95 mol-% Wasserstoff enthält. Es kann sich aber auch anbieten, abwechselnd Eduktstrom E und Wasserstoff über den Katalysator zu leiten.Of course, the catalysts used in the dehydroaromatization according to the invention can be regenerated with decreasing activity by customary methods known to the person skilled in the art. Particularly preferred according to the present invention is the regeneration of the catalysts with hydrogen. This can be done, for example, by adding hydrogen to the educt stream E. The ratio of reactant stream E to the hydrogen stream is usually in the range from 1: 1000 to 1: 1, preferably 1: 500 to 1: 5, but the ratio is preferably chosen such that a gas stream is used for the regeneration, which is at least 95 mol. Contains% hydrogen. However, it may also be advisable to alternately direct reactant stream E and hydrogen over the catalyst.
Insbesondere die erfindungsgemäßen Katalysatoren, die mindestens ein weiteres Element ausgewählt aus der Gruppe Cu, Ni, Fe und Co enthalten, lassen sich mittels Wasserstoff gut regenerieren.In particular, the catalysts according to the invention, which contain at least one further element selected from the group Cu, Ni, Fe and Co, can be easily regenerated by means of hydrogen.
Die Dehydroaromatisierung von d-C4-Aliphaten kann grundsätzlich in allen aus dem Stand der Technik bekannten Reaktortypen durchgeführt werden. Eine geeignete Reaktorform ist der Festbett-, Rohr- oder Rohrbündelreaktor. Bei diesen befindet sich der Katalysator als Festbett in einem Reaktionsrohr oder in einem Bündel von Reaktionsrohren. Ebenso können die erfindungsgemäßen Katalysatoren als Wirbelschicht, Wanderbett oder Fließbett in den entsprechenden, dafür geeigneten Reaktortypen einge- setzt werden und das erfindungsgemäße Verfahren zur Dehydroaromatisierung mit den derart vorliegenden Katalysatoren durchgeführt werden.The dehydroaromatization of dC 4 -aliphatic compounds can in principle be carried out in all types of reactors known from the prior art. A suitable reactor form is the fixed bed, tube or shell and tube reactor. In these, the catalyst is as a fixed bed in a reaction tube or in a bundle of reaction tubes. Likewise, the catalysts according to the invention can be used as fluidized bed, moving bed or fluidized bed in the appropriate reactor types suitable for this purpose and the process according to the invention for dehydroaromatization can be carried out with the catalysts present in this way.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. A Behandeln eines Zeoliths mit einer NH4-haltigen MischungIn the following, the present invention is explained in more detail by means of exemplary embodiments. A treating a zeolite with a NH 4 -containing mixture
100 g eines kommerziell erhältlichen ZSM-5-Zeolithen in H-Form werden mit 100 g Ammoniumnitrat und 900 g Wasser versetzt und 2 Stunden in einer Rührapparatur bei 80 0C erhitzt. Nach dem Abkühlen wird die Suspension filtriert und mit Wasser gewaschen. Der Filterkuchen wird bei 120 0C über Nacht getrocknet.100 g of a commercially available ZSM-5 zeolite in H form are mixed with 100 g of ammonium nitrate and 900 g of water and heated for 2 hours in a stirred apparatus at 80 0 C. After cooling, the suspension is filtered and washed with water. The filter cake is dried at 120 0 C overnight.
B Vermischen des Zeoliths mit einem Si-haltigen Bindemittel und FormgebungB mixing the zeolite with a Si-containing binder and shaping
100 g eines ZSM-5-Zeolithen werden mit 10 g Natriumcarboxymethylcellulose vermischt und nach Zugabe von 30 g eines Si-haltigen Binders (Silres® MSE 100 der Firma Wacker Silicons) unter portionsweiser Zugabe von ca. 100 ml Wasser 60 Minuten lang verknetet. Die so erhaltene Masse wird über eine Matrize mit rundem Querschnitt (2 mm Durchmesser) verstrangt und die erhaltenen Extrudate bei 120 0C getrocknet und 5 Stunden bei 500 0C kalziniert. Die so erhaltenen Stränge werden gebrochen und eine Siebfraktion mit 0,25 bis 0,5 mm abgetrennt, die dann entsprechend weiter verwendet wird.100 g of a ZSM-5 zeolite are mixed with 10 g of sodium carboxymethylcellulose and, after addition of 30 g of an Si-containing binder (Silres® MSE 100 from Wacker Silicons), kneaded for 60 minutes with the portionwise addition of about 100 ml of water. The mass thus obtained is extruded through a die having a round cross section (diameter 2 mm) and dried the extrudates obtained at 120 0 C and calcined 5 hours at 500 0 C. The strands thus obtained are broken and separated a sieve fraction of 0.25 to 0.5 mm, which is then used accordingly.
Beispiele 1 und 2:Examples 1 and 2:
Anhand zweier unterschiedlicher H-ZSM-5 Zeolithen wird der Einfluss der NH4- Behandlung und der Formgebung untersucht. In Tabelle 1 werden das Si : AI- Verhältnisse des Zeoliths mit der Bezeichnung H-ZSM-5 PZ2-50 in der H-Form ohne Behandlung mit NH4-Behandlung, mit NH4-Behandlung und Bildung von Splitt sowie einer Probe, die zunächst zu Splitt verarbeitet wurde und anschließend mit NH4 behandelt wurde, ausgeführt, in Tabelle 2 sind die Ergebnisse für den Zeolithen H-ZSM-5 PZ2-25 aufgeführt. Das Si : AI-Verhältnis wurde mittels Elementaranalyse bestimmt.Two different H-ZSM-5 zeolites are used to investigate the influence of NH 4 treatment and shaping. In Table 1, the Si: Al ratios of the zeolite H-ZSM-5 PZ2-50 in the H-form without treatment with NH 4 treatment, with NH 4 treatment and formation of chippings and a sample, the was first processed into chips and then treated with NH 4 , carried out in Table 2, the results for the zeolite H-ZSM-5 PZ2-25 are listed. The Si: Al ratio was determined by elemental analysis.
Tabelle 1Table 1
Tabelle 2 Table 2
Beispiel 3 Example 3
Charakterisierung der MikrostrukturCharacterization of the microstructure
Die Mikrostruktur der unbehandelten und mit NH4NOs behandelten H-ZSM-5 PZ2-25- Zeolithen wurde mittels Stickstoffsorption ermittelt (Quantachrom Autosorb). Dabei wurde der Stickstoff bei -196°C adsorbiert, die Ausgastemperatur betrug 200 0C, die Ausgaszeit 14 Stunden. Das Porenvolumen (gesamt) gibt das Porenvolumen aller Poren mit einem Durchmesser unterhalb von 335,47 nm an. Als Mikroporen gelten Poren mit einem Durchmesser von 0 bis 2 nm, als Mesoporen Poren mit einem Durchmesser von 2 bis 50 nm und als makroporös Poren mit einem Porendurchmesser > 50 nm (IU- PAC).The microstructure of the untreated and NH 4 NOs-treated H-ZSM-5 PZ2-25 zeolites was determined by means of nitrogen sorption (Quantachrom Autosorb). The nitrogen was adsorbed at -196 ° C, the Ausgastemperatur was 200 0 C, the Ausgaszeit 14 hours. The pore volume (total) indicates the pore volume of all pores with a diameter below 335.47 nm. Pores with a diameter of 0 to 2 nm are regarded as micropores, pores with a diameter of 2 to 50 nm as mesopores and pores with a pore diameter> 50 nm (IU-PAC) as macroporous.
In Tabelle 3 sind die Ergebnisse der Charakterisierung der Mikrostruktur der Zeolithe gezeigt.Table 3 shows the results of the characterization of the zeolite microstructure.
Tabelle 3Table 3
Die Behandlung mit NH4NOs erhöht die BET-Fläche sowie das Si : AI-Verhältnis deut- lieh. Das Mikroporenvolumen zeigt sich durch die Vorbehandlung relativ wenig verändert, die Splitterzeugung reduziert den Anteil an Meso- und Makroporen deutlich. Unter C bis I werden die Imprägnierung des Zeoliths mit Molybdän und gegebenenfalls weiterer Elemente sowie die Testmethode für den Katalysator beschrieben.Treatment with NH 4 NOs significantly increases the BET surface area and the Si: Al ratio. The micropore volume is relatively little changed by the pretreatment, the fragmentation significantly reduces the proportion of meso and macropores. Under C to I, the impregnation of the zeolite with molybdenum and optionally other elements and the test method for the catalyst are described.
C Imprägnierung des gegebenenfalls nach A und/oder B vorbehandelten Zeolithen mit wässriger Ammoniumheptamolybdat-Lösung (Mo-Lösung)C Impregnation of the zeolite optionally pretreated after A and / or B with aqueous ammonium heptamolybdate solution (Mo solution)
100 g des gegebenenfalls mit NH4 gemäß A und/oder B vorbehandelten Zeolith- Trägers werden in einer Schale vorgelegt. Ca. 12 g Ammoniumheptamolybdat- Tetrahydrat (> 98%, Fa. ABCR) werden mit Wasser auf das entsprechende Volumen der Wasseraufnahme (ca. 100 ml) des Zeoliths aufgefüllt und bis zur vollständigen Auflösung gerührt. Die Lösung wird anschließend unter Rühren zu dem Zeolith gegeben und die Masse 15 min bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wird anschließend im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und anschließend 4 oder 5 h bei 500 0C kalziniert.100 g of optionally pretreated with NH 4 according to A and / or B zeolite carrier are placed in a tray. Approximately 12 g of ammonium heptamolybdate tetrahydrate (> 98%, ABCR) are made up with water to the appropriate volume of water absorption (about 100 ml) of the zeolite and stirred until complete dissolution. The solution is then added with stirring to the zeolite and the mass further mixed for 15 min at room temperature. The mass is then heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 or 5 h.
D Schrittweise Imprägnierung des gegebenenfalls nach A und/oder B vorbehandelten Zeolithen mit Mo-Lösung, Trocknen und Imprägnierung mit wässriger, Ni-, Cu-, Cr- oder Fe-SaIz enthaltender LösungD Stepwise impregnation of the optionally pretreated after A and / or B zeolite with Mo solution, drying and impregnation with aqueous, Ni, Cu, Cr or Fe-SaIz-containing solution
100 g eines (gegebenenfalls mit NH4NO3 gemäß A und/oder B vorbehandelten) Zeoliths werden entsprechend C mit Molybdän imprägniert, jedoch abschließend nur getrocknet und nicht kalziniert. Der entsprechende, Mo-beladene Zeolith wird in einer Schale vorgelegt. Für die Tränkung mit Cu werden 4,1 g Kupfer(ll)nitrat 2,5-hydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) mit Wasser auf das entsprechende Volumen der Wasser- aufnähme (ca. 100 ml) des Zeoliths aufgefüllt und bis zur vollständigen Auflösung gerührt. Die Lösung wird anschließend unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wird anschließend im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und anschließend 4 o- der 5 h bei 500 0C kalziniert. Soll anstelle von Cu mit Ni getränkt werden, so werden anstelle des Kupfer(ll)nitrat 2,5-hydrats 5,4 g Nickel(ii)nitrat-hexahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) als Ni-SaIz verwendet. Für Tränkung mit Fe wird Ei- sen(lll)nitratnonahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) und für die Tränkung mit Cr Chrom(lll)nitratnonahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) verwendet.100 g of a (optionally pretreated with NH 4 NO 3 according to A and / or B) zeolite are impregnated according to C with molybdenum, but finally only dried and not calcined. The corresponding Mo-loaded zeolite is placed in a dish. For impregnation with Cu, 4.1 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) with water to the appropriate volume of water absorption (about 100 ml) Zeolite filled and stirred until complete dissolution. The solution is then added with stirring to the zeolite and the mass further mixed for 15 min at room temperature. The mass is then heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then 4 o- 5 hours at 500 0 C calcined. If Ni is to be impregnated instead of Cu, instead of the copper (II) nitrate of 2,5-hydrate, 5.4 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) are used as Ni. Saiz used. For impregnation with Fe, iron (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) and for impregnation with Cr chromium (III) nitrate nonahydrate (> 99%, from Riedel-de-Haen) are used ,
E Schrittweise Imprägnierung des gegebenenfalls nach A und/oder B vorbehandelten Zeolithen mit einer wässrigen, ein Ni-, Cu-, Cr- oder Fe-SaIz enthaltenden Lösung, Trocknen und Imprägnierung mit Mo-LösungE Stepwise impregnation of the optionally pretreated after A and / or B zeolites with an aqueous solution containing a Ni, Cu, Cr or Fe-SaIz, drying and impregnation with Mo solution
100 g eines (gegebenenfalls mit NH4NO3 gemäß A und/oder B vorbehandelten) Zeo- liths werden in einer Schale vorgelegt. Ca. 4,1 g Kupfer(ll)nitrat 2,5-hydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) werden mit Wasser auf das entsprechende Volumen der Wasseraufnahme (ca. 100 ml) des Zeoliths aufgefüllt und bis zur vollständigen Auflösung gerührt. Soll anstelle von Cu mit Ni getränkt werden, so werden anstelle des Kupfer(ll)nitrat 2,5- hydrats 5,4g Nickel(ll)nitrat-hexahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) als Ni-SaIz ver- wendet. Für Tänkungen mit Fe wird Eisen(lll)nitrat-nonahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de- Haen) und für eine Tränkungen mit Cr Chrom(lll)nitrat-nonahydrat (> 99%, Fa. Riedel- de-Haen) verwendet. Die Lösung wird anschließend unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wird anschließend im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt und über Nacht getrocknet, jedoch nicht kalziniert. Anschließend wird der bereits Cu-beladene Katalysator entsprechend C mit Mo imprägniert.100 g of a zeolite (optionally pretreated with NH 4 NO 3 according to A and / or B) are placed in a dish. Approximately 4.1 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) are made up with water to the appropriate volume of water absorption (about 100 ml) of the zeolite and stirred until complete dissolution. If Ni is to be impregnated instead of Cu, instead of the copper (II) nitrate 2.5 hydrate, 5.4 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) are used as Ni salt used. For nodding with Fe, iron (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Riedel-de- Haen) and for impregnation with Cr chromium (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Riedel-Haen ) used. The solution is then added with stirring to the zeolite and the mass further mixed for 15 min at room temperature. The mass is then heated in a drying oven to 120 0 C and dried overnight, but not calcined. Subsequently, the already Cu-loaded catalyst is impregnated according to C with Mo.
F Imprägnierung des gegebenenfalls nach A und/oder B vorbehandelten Zeolithen mit einer Lösung, die Ammoniumheptamolybdat und ein Salz eines weiteren Elements (Ni, Cu, Cr, Fe) enthältF Impregnation of the optionally pretreated after A and / or B zeolite with a solution containing ammonium heptamolybdate and a salt of another element (Ni, Cu, Cr, Fe)
100 g des (gegebenenfalls mit NH4NO3 gemäß A und/oder B vorbehandelten) Zeoliths werden in einer Schale vorgelegt. Ca. 12 g Ammoniumheptamolybdat-tetrahydrat (> 98%, Fa. ABCR) und 4,1 g Kupfer(ll)nitrat 2,5-hydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) werden mit Wasser auf das entsprechende Volumen der Wasseraufnahme (ca. 100 ml) des Zeoliths aufgefüllt und bis zur vollständigen Auflösung gerührt. Soll anstelle von Cu mit Ni getränkt werden, so werden anstelle des Kupfer(ll)nitrat 2,5-hydrats 5,4g Ni- ckel(ll)nitrat-hexahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) als Ni-SaIz verwendet. Für Tränkungen mit Fe wird Eisen(lll)nitrat-nonahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) und für eine Tränkung mit Cr Chrom(lll)nitrat-nonahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) verwendet. Die Lösung wird anschließend unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wird anschließend im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und anschließend 4 oder 5 h bei 500 0C kalziniert.100 g of (optionally pretreated with NH 4 NO 3 according to A and / or B) zeolite are placed in a shell. Approximately 12 g of ammonium heptamolybdate tetrahydrate (> 98%, ABCR) and 4.1 g of copper (II) nitrate of 2,5-hydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) are mixed with water to the appropriate volume of Water absorption (about 100 ml) of the zeolite filled and stirred until complete dissolution. If Ni is to be impregnated instead of Cu, instead of the copper (II) nitrate of 2,5-hydrate, 5.4 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) are used as Ni -SaIz used. For impregnations with Fe, iron (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) and for impregnation with Cr chromium (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen ) used. The solution is then added with stirring to the zeolite and the mass further mixed for 15 min at room temperature. The mass is then heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 or 5 h.
G Katalytischer Test unter StandardbedingungenG Catalytic test under standard conditions
Ca. 1 ,6 g des Katalysators werden im Reaktorrohr (Innendurchmesser = 4 mm) unter Heliumatmosphäre auf 500 0C erwärmt. Bei dieser Temperatur wird Methan zugeschal- tet und der Katalysator 30 min bei dieser Temperatur gehalten, bevor er unter Methan enthaltend 10 Vol-% Helium auf die Reaktionstemperatur von 700 0C gebracht wird. Der Katalysator wird dann für ca. 10 h bei 700 0C, 1 bar, 10 Vol-% He in Methan und einer GHSV von 500 h"1 betrieben.Approximately 1, 6 g of the catalyst are heated in the reactor tube (inner diameter = 4 mm) under helium atmosphere at 500 0 C. At this temperature, methane is switched on and the catalyst is kept at this temperature for 30 minutes, before being brought to the reaction temperature of 700 ° C. under methane containing 10% by volume of helium. The catalyst is then operated for about 10 h at 700 0 C, 1 bar, 10 vol% He in methane and a GHSV of 500 h "1 operated.
Nach dieser Zeit kann optional eine Regenerierung mit H2 erfolgen. Hierzu wird kurz mit Helium inertisiert, anschließend bei einer Reaktionstemperatur von 700 0C bis 740 °C und einem Druck von 1 bis 5 bar reiner Wasserstoff 2 bis 3 h durch den Reaktor geführt, anschließend erneut mit He inertisiert und die Reaktionsmischung bei 700 0C, 1 bar, 10 Vol-% He in Methan aufgegeben.After this time, an optional regeneration with H 2 can take place. For this purpose, it is briefly inertized with helium, then at a reaction temperature of 700 0 C to 740th ° C and a pressure of 1 to 5 bar pure hydrogen for 2 to 3 hours through the reactor, then again rendered inert with He and the reaction mixture at 700 0 C, 1 bar, by volume% He abandoned in methane 10th
H Imprägnierung des gegebenenfalls nach A und/oder B vorbehandelten Zeolithen gemäß F, wobei der heißen wässrigen Imprägnierlösung ein Komplexbildner zugegeben wurde.H Impregnation of optionally pretreated after A and / or B zeolites according to F, wherein the complexing agent was added to the hot aqueous impregnating solution.
I Imprägnierung des gegebenenfalls nach A und/oder B vorbehandelten Zeolithen gemäß H, Trocknen des Zeolithen und weitere Imprägnierung mit einer wässrigen Lösung, die ein Fe-, Cr- oder Nb-SaIz oder Ta-Carbid enthält.I impregnation of the optionally pretreated after A and / or B zeolites according to H, drying the zeolite and further impregnation with an aqueous solution containing a Fe, Cr or Nb SaIz or Ta carbide.
Beispiel 4: 6 Gew.-% Mo auf H-ZSM-5 (Pulver) (nicht erfindungsgemäß)Example 4: 6% by weight of Mo on H-ZSM-5 (powder) (not according to the invention)
Der Katalysator wurde entsprechend C auf einem kommerziellen H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) präpariert und entsprechend G getestet.The catalyst was prepared according to C on a commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) and tested according to G.
Beispiel 5: 6 Gew.-% Mo auf H-ZSM-5 (Pulver) (erfindungsgemäß)Example 5: 6% by weight of Mo on H-ZSM-5 (powder) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) Träger wurde gemäß A vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Träger entsprechend C präpariert und entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) support was pretreated according to A. The catalyst was prepared from the thus obtained carrier according to C and tested according to G.
Beispiel 6: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cu auf H-ZSM-5 (Pulver) (nicht erfindungsgemäß)Example 6: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (powder) (not according to the invention)
Der Katalysator wurde entsprechend F auf einem kommerziellen H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) präpariert und entsprechend G getestet.The catalyst was prepared according to F on a commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) and tested according to G.
Beispiel 7: 6 Gew.-% Mo auf H-ZSM-5 (Splitt) (nicht erfindungsgemäß)Example 7: 6% by weight of Mo on H-ZSM-5 (chippings) (not according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) Träger wurde gemäß B zu Splitt verformt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend C präpariert und entsprechend G getestet. Beispiel 8: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cu auf H-ZSM-5 (Splitt) (nicht erfindungsgemäß)A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) carrier was subjected to chipping according to B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to C and tested according to G. Example 8: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings) (not according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) Träger wurde gemäß B zu Splitt verformt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Träger entsprechend F präpariert und entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) carrier was subjected to chipping according to B. The catalyst was prepared from the support thus obtained by F and tested according to G.
Beispiel 9: 6 Gew.-% Mo auf H-ZSM-5 (Splitt) (erfindungsgemäß)Example 9: 6% by weight of Mo on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) Träger wurde gemäß A vorbehandelt und anschließend gemäß B zu Splitt verformt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend C präpariert und entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) carrier was pretreated according to A and then deformed to chippings according to B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to C and tested according to G.
Beispiel 10: 6 Gew.-% Mo/ 1 Gew.-% Cu auf H-ZSM-5 (Splitt) (erfindungsgemäß)Example 10: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) Träger wurde gemäß A vorbehandelt und anschließend gemäß B zu Splitt verformt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend D präpa- riert und entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) carrier was pretreated according to A and then deformed to chippings according to B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to D and tested according to G.
Beispiel 11 : 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cu auf H-ZSM-5 (Splitt) (erfindungsgemäß)Example 11: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) Träger wurde gemäß A vorbehandelt und anschließend gemäß B zu Splitt verformt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend F präpariert und entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) carrier was pretreated according to A and then deformed to chippings according to B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to F and tested according to G.
Beispiel 12: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cu auf H-ZSM-5 (Splitt) (erfindungsgemäß)Example 12: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) Träger wurde gemäß A vorbehandelt und anschließend gemäß B zu Splitt verformt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend E präpariert und entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) carrier was pretreated according to A and then deformed to chippings according to B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to E and tested according to G.
Beispiel 13: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Ni auf H-ZSM-5 (Splitt) (erfindungsgemäß)Example 13: 6% by weight Mo / 1% by weight Ni on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend F präpariert, wobei 20 g Zeolith, ca. 2,4 g der Molyb- datverbindung und ca. 1 ,06 g Nickel(ll)nitrat-hexahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) mit ca. 20 ml Wasser eingesetzt wurden. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to F, with 20 g of zeolite, about 2.4 g of the molybdate compound and about 1.06 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Riedel). de-Haen) were used with about 20 ml of water. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 14: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cu auf H-MCM-22 (Splitt) (erfindungsgemäß)Example 14: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-MCM-22 (chippings) (according to the invention)
Ein Zeolith H-MCM-22 (SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) Träger wurde gemäß A vorbehandelt und anschließend gemäß B zu Splitt verformt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend F präpariert und entsprechend G getestet.A zeolite H-MCM-22 (SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) carrier was pretreated according to A and then deformed according to B to grit. The catalyst was prepared from the resulting grit according to F and tested according to G.
Tabelle 4: Vergleich der katalytischen Performance der Katalysatoren aus Beispielen 1 bis 13 (Zeolith: H-ZSM-5 mit SiO2 : AI2O3 = ca. 50)TABLE 4 Comparison of the catalytic performance of the catalysts from Examples 1 to 13 (zeolite: H-ZSM-5 with SiO 2 : Al 2 O 3 = approx. 50)
Umsatz: Anteil an umgesetztem Methan, bezogen auf eingesetztes Methan in Prozent Sales: Proportion of converted methane, based on methane used in percent
Selektivität Benzol: Anteil an Benzol, bezogen auf umgesetztes Methan in Prozent Selektivität Koks: Anteil an Koksablagerungen, bezogen auf umgesetztes Methan in ProzentSelectivity Benzene: Percentage of benzene, based on converted methane in percent Selectivity Coke: Percentage of coke deposits, based on converted methane in percent
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren, die jeweils einen Zeolith enthalten, der zweimal mit einer NH4-haltigen Lösung behandelt wurde (Behandlung gemäß A, Beispiele 5 und 9 bis 13), zeigen hohe Benzolselektivitäten bei niedrigen Koksselektivitäten und hohen Methanumsätzen.The catalysts according to the invention, each containing a zeolite which has been treated twice with a NH 4 -containing solution (treatment according to A, Examples 5 and 9 to 13), show high benzene selectivities with low coke selectivities and high methane conversions.
Tabelle 5: Vergleich der katalytischen Performance der Katalysatoren aus den Beispielen 1 1 (Zeolith: H-ZSM-5) und 14 (Zeolith: H-MCM-22)TABLE 5 Comparison of the catalytic performance of the catalysts from Examples 1 1 (zeolite: H-ZSM-5) and 14 (zeolite: H-MCM-22)
Die beiden erfindungsgemäßen Katalysatoren unterscheiden sich in dem verwendeten Zeolithen; in Beispiel 11 wurde ein ZSM-5-Zeolith, in Beispiel 14 ein MCM-22-Zeolith eingesetzt. Beide Katalysatoren zeigen im Vergleich zu den in Tabelle 4 gezeigten, nicht erfindungsgemäßen Katalysatoren extrem niedrige Koksselektivitäten, wobei bei dem Vergleich mit den Werten in Tabelle 4 zu berücksichtigen ist, dass die dort gezeigten Daten nach 7 h Reaktionszeit, diejenigen aus Tabelle 5 nach 5 h Reaktionszeit aufgenommen wurden. Der Mo und Cu auf MCM-22 enthaltende Katalysator weist eine deutlich höhere Selektivität für Benzol und eine leicht verminderte Selektivität zu Koks im Vergleich zu dem ZSM-5-haltigem Katalysator auf.The two catalysts of the invention differ in the zeolite used; in Example 11, a ZSM-5 zeolite, in Example 14, an MCM-22 zeolite was used. Both catalysts show extremely low coke selectivities compared to the catalysts not according to the invention shown in Table 4, wherein, when comparing with the values in Table 4, it should be taken into account that the data shown there after 7 h reaction time, those from Table 5 after 5 h Response time were recorded. The catalyst containing Mo and Cu on MCM-22 has a significantly higher selectivity for benzene and a slightly reduced selectivity to coke compared to the ZSM-5-containing catalyst.
Beispiel 15: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cu auf H-ZSM-5 (Splitt) (erfindungsgemäß)Example 15: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend F präpariert, wobei 10 g Zeolith, ca. 1 ,2 g der Molyb- datverbindung und 0,41 g Kupfer(ll)nitrat-2,5-hydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) mit ca. 100 ml Wasser eingesetzt wurden. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to F, with 10 g of zeolite, about 1, 2 g of the molybdate compound and 0.41 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) were used with about 100 ml of water. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 16: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cu auf H-ZSM-5 (Splitt, EDTA) (erfindungsgemäß)Example 16: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend H präpariert, wobei 15 g Zeolith, ca. 1 ,8 g der Mo- lybdatverbindung, 0,6 g Kupfer(ll)nitrat-2,5-hydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) und ca. 1 ,6 g Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, > 99,9%, Fa. Aldrich) mit ca. 19 ml Wasser eingesetzt wurden. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to H, with 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.6 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) and approx. 1, 6 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) with about 19 ml of water were used. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 17: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Ni auf H-ZSM-5 (Splitt) (erfindungsgemäß)Example 17: 6% by weight Mo / 1% by weight Ni on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend F präpariert, wobei 20 g Zeolith, ca. 2,4 g der Molybdatverbindung und 1 ,1 g Nickel(ll)nitrat-hexahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) mit ca. 20 ml Wasser eingesetzt wurden. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM, SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) support was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to F, with 20 g of zeolite, about 2.4 g of the molybdate compound and 1, 1 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) were used with about 20 ml of water. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 18: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Ni auf H-ZSM-5 (Splitt, EDTA) (erfindungsgemäß)Example 18: 6% by weight Mo / 1% by weight Ni on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend H präpariert, wobei 20 g Zeolith, ca. 2,4 g der Molybdatverbindung, 1 ,1 g Nickel(ll)nitrat-hexahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) und ca. 1 ,6 g Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, > 99,9%, Fa. Aldrich) mit ca. 20 ml Wasser eingesetzt wurden. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to H, with 20 g of zeolite, about 2.4 g of the molybdate compound, 1, 1 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) and about 1, 6 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) with about 20 ml of water were used. The catalyst was tested according to G.
Tabelle 6: Vergleich der katalytischen Performance der Katalysatoren aus den Beispielen 15 bis 18 (Einfluss des Komplexbildners, Zeolith: H-ZSM-5 mit SiO2 : AI2O3 = ca.25:1 )TABLE 6 Comparison of the catalytic performance of the catalysts from Examples 15 to 18 (influence of complexing agent, zeolite: H-ZSM-5 with SiO 2 : Al 2 O 3 = approx. 25: 1)
Die Zugabe des Komplexbildners EDTA bei der Imprägnierung der Katalysatoren mit den Metallen Mo und Cu bzw. Ni bewirkt eine deutliche Erhöhung der Benzolselektivitäten The addition of the complexing agent EDTA in the impregnation of the catalysts with the metals Mo and Cu or Ni causes a significant increase in the Benzolselektivitäten
Beispiel 19: 6 Gew.-% Mo auf H-ZSM-5 (Splitt) (erfindungsgemäß)Example 19: 6% by weight of Mo on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend C präpariert, wobei 15 g Zeolith und ca. 1 ,8 g der Molybdatverbindung mit ca. 15 ml Wasser eingesetzt wurden. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM, SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) support was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to C, with 15 g of zeolite and about 1, 8 g of the molybdate compound with about 15 ml of water were used. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 20: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Fe auf H-ZSM-5 (Splitt) (erfindungsgemäß)Example 20: 6% by weight Mo / 1% by weight Fe on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend D präpariert, wobei 15 g Zeolith und ca. 1 ,8 g der Molybdatverbindung mit ca. 17 ml Wasser eingesetzt wurden. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet. Die Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt und über Nacht getrocknet. Daraufhin wurden ca. 1 ,2 g Eisen(lll)nitrat-nonahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) in weiteren ca. 17 ml Wasser gelöst, die Lösung wurde anschließend unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und dann 4 h bei 500 0C kalziniert. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to D, using 15 g of zeolite and about 1, 8 g of the molybdate compound with about 17 ml of water were used. The catalyst was tested according to G. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C and dried overnight. Then about 1, 2 g of iron (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) dissolved in a further 17 ml of water, the solution was then added with stirring to the zeolite and the mass 15 minutes. further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 21 : 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cu auf H-ZSM-5 (Splitt) (erfindungsgemäß)Example 21: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend F präpariert, wobei 100 g Zeolith, ca. 12 g der Molybdatverbindung und 4,1 g Kupfer(ll)nitrat-2,5-hydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) mit ca. 100 ml Wasser eingesetzt wurden. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to F, with 100 g of zeolite, about 12 g of the molybdate compound and 4.1 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Riedel-de Haen) were used with about 100 ml of water. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 22: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cu auf H-ZSM-5 (Splitt, EDTA) (erfindungsgemäß)Example 22: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend H präpariert, wobei 15 g Zeolith, ca. 1 ,8 g der Molybdatverbindung und 0,6 g Kupfer(ll)nitrat-2,5-hydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) und ca. 1 ,2 g Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, > 99,9%, Fa. Aldrich) mit ca. 17 ml heißem Wasser eingesetzt wurden. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to H, with 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound and 0.6 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Fa. Riedel). de-Haen) and About 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 17 ml of hot water. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 23: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cu auf H-ZSM-5 (Splitt, NH3) (erfindungs- gemäß)Example 23: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu on H-ZSM-5 (chippings, NH 3 ) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend H präpariert, wobei 15 g Zeolith, ca. 1 ,8 g der Mo- lybdatverbindung, 0,6 g Kupfer(ll)nitrat-2,5-hydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) mit ca. 17 ml einer 25%igen wässrigen Ammoniaklösung eingesetzt wurden. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to H, with 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.6 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) were used with about 17 ml of a 25% aqueous ammonia solution. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 24: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cu/ 1 Gew.-% Fe auf H-ZSM-5 (Splitt, ED- TA) (erfindungsgemäß)Example 24: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu / 1% by weight Fe on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend I präpariert, wobei 15 g Zeolith, ca. 1 ,8 g der Molyb- datverbindung, 0,6 g Kupfer(ll)nitrat-2,5-hydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) und ca. 1 ,2 g Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, > 99,9%, Fa. Aldrich) mit ca. 17 ml heißem Wasser eingesetzt wurden. Die so erhaltene Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt und über Nacht getrocknet. Daraufhin wurden ca. 1 ,2 g Eisen(lll)nitrat- nonahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de- Haen) in weiteren ca. 17 ml Wasser gelöst, die Lö- sung anschließend unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und dann 4 h bei 500 0C kalziniert. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to I, with 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.6 g of copper (II) nitrate 2.5 hydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) and about 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 17 ml of hot water. The mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight. Thereafter, about 1.2 g of iron (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Riedel-de- Haen) were dissolved in a further 17 ml of water, the solution was then added to the zeolite with stirring and the Mass 15 min. further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 25: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Ni auf H-ZSM-5 (Splitt, EDTA) (erfindungsgemäß)Example 25: 6% by weight Mo / 1% by weight Ni on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend H präpariert, wobei 50 g Zeolith, ca. 5,9 g der Mo- lybdatverbindung, 2,7 g Nickel(ll)nitrat-hexahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) und ca. 4,1 g Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, > 99,9%, Fa. Aldrich) mit ca. 17 ml heißem Wasser eingesetzt wurden. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet. Beispiel 26: 6 Gew.-% Mo / 0,5 Gew.-% Fe auf H-ZSM-5 (Splitt) (erfindungsgemäß)A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit corresponding to H, with 50 g of zeolite, about 5.9 g of the molybdate compound, 2.7 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Riedel-de Haen) and about 4.1 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Aldrich) were used with about 17 ml of hot water. The catalyst was tested according to G. Example 26: 6% by weight Mo / 0.5% by weight Fe on H-ZSM-5 (chippings) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A vorbehandelt und anschließend gemäß B zu Splitt verformt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend D präpariert. Dabei wurden ca. 15 g des Splitts mit ca. 1 ,8 g Ammoniumheptamolybdat- Tetrahydrat (> 99%, Fa. Aldrich) in ca. 17 ml Wasser imprägniert. Die so erhaltene Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt und über Nacht getrocknet. Daraufhin wurden ca. 0,6 g Eisen(lll)nitrat-nonahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) in weiteren ca.17 ml Wasser gelöst, die Lösung anschließend unter Rühren zu dem Zeo- lith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und dann 4 h bei 500 0C kalziniert. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) support was pretreated according to A and then shaped into chips according to B. The catalyst was prepared from the thus obtained grit according to D. About 15 g of the chippings were impregnated with about 1.8 g of ammonium heptamolybdate tetrahydrate (> 99%, from Aldrich) in about 17 ml of water. The mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight. Thereafter, about 0.6 g of iron (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) was dissolved in a further ca.17 ml of water, the solution was then added with stirring to the zeolite and the Mass 15 min. further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 27: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cr auf H-ZSM-5 (Splitt, EDTA) (erfindungsgemäß)Example 27: 6% by weight Mo / 1% by weight Cr on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend D präpariert, wobei 15 g Zeolith und ca. 1 ,8 g der Molybdatverbindung mit ca. 17 ml Wasser eingesetzt wurden. Die Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt und über Nacht getrocknet. Daraufhin wurden ca. 1 ,3 g Chrom(lll)nitrat-nonahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) in weiteren ca. 17 ml Wasser gelöst, die Lösung anschließend unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und dann 4 h bei 500 0C kalziniert. Der Katalysator wurde entsprechend G getestetA commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to D, using 15 g of zeolite and about 1, 8 g of the molybdate compound with about 17 ml of water were used. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C and dried overnight. Then about 1, 3 g of chromium (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) dissolved in a further 17 ml of water, the solution was then added with stirring to the zeolite and the mass 15 minute further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 28: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Ni / 0,5 Gew.-% Fe auf H-ZSM-5 (Splitt,Example 28: 6% by weight Mo / 1% by weight Ni / 0.5% by weight Fe on H-ZSM-5 (chippings,
EDTA) (erfindungsgemäß)EDTA) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend I präpariert, wobei zunächst 15 g Zeolith, ca. 1 ,8 g der Molybdatverbindung, 0,8 g Nickel(ll)nitrat-hexahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) und ca. 1 ,2 g Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, > 99,9%, Fa. Aldrich) mit ca. 17 ml heißem Wasser eingesetzt wurden. Die so erhaltene Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt und über Nacht getrocknet. Daraufhin wurden ca. 0,6 g Ei- sen(lll)nitrat-nonahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) in weiteren ca.17 ml Wasser gelöst, die Lösung anschließend unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und dann 4 h bei 500 0C kalziniert. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to I, initially 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.8 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen ) and about 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 17 ml of hot water. The mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight. Thereafter, about 0.6 g of iron (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) was dissolved in a further ca.17 ml of water, the solution was then added with stirring to the zeolite and the Mass 15 min. further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 29: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Ni / 1 Gew.-% Fe auf H-ZSM-5 (Splitt,Example 29: 6% by weight Mo / 1% by weight Ni / 1% by weight Fe on H-ZSM-5 (chippings,
EDTA) (erfindungsgemäß)EDTA) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend I präpariert, wobei zunächst 15 g Zeolith, ca. 1 ,8 g der Molybdatverbindung, 0,8 g Nickel(ll)nitrat-hexahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) und ca. 1 ,2 g Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, > 99,9%, Fa. Aldrich) mit ca. 17 ml heißem Wasser eingesetzt wurden. Die so erhaltene Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt und über Nacht getrocknet. Daraufhin wurden ca. 1 ,2 g Ei- sen(lll)nitrat-nonahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) in weiteren ca.17 ml Wasser gelöst, die Lösung anschließend unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und dann 4 h bei 500 0C kalziniert. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to I, initially 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.8 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen ) and about 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 17 ml of hot water. The mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight. Thereafter, about 1.2 g of iron (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Riedel-de-Haen) were dissolved in a further ca.17 ml of water, the solution was then added to the zeolite with stirring and the Mass 15 min. further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 30: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Ni / 1 Gew.-% Cr auf H-ZSM-5 (Splitt, EDTA) (erfindungsgemäß)Example 30: 6% by weight Mo / 1% by weight Ni / 1% by weight Cr on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend I präpariert, wobei zunächst 15 g Zeolith, ca. 1 ,8 g der Molybdatverbindung, 0,8 g Nickel(ll)nitrat-hexahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) und ca. 1 ,2 g Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, > 99,9%, Fa. Aldrich) mit ca. 17 ml heißem Wasser eingesetzt wurden. Die so erhaltene Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt und über Nacht getrocknet. Daraufhin wurden ca. 1 ,3 g Chrom(lll)nitrat-nonahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) in weiteren ca.17 ml Wasser gelöst, die Lösung anschließend unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und dann 4 h bei 500 0C kalzi- niert. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/25-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to I, initially 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.8 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen ) and about 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 17 ml of hot water. The mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight. Then about 1, 3 g of chromium (III) nitrate nonahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) dissolved in a further ca 17 ml of water, the solution was then added with stirring to the zeolite and the mass 15 minute further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 31 : 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cu / 0,5 Gew.-% Nb auf H-ZSM-5 (Splitt, EDTA) (erfindungsgemäß)Example 31: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu / 0.5% by weight Nb on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat H-ZSM-5 PZ-2/25-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 25 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend I präpariert, wobei zunächst 15 g Zeolith, ca. 1 ,8 g der Molybdatverbindung, 0,6 g Kupfer(ll)nitrat-pentahemihydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) und ca. 1 ,2 g Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, > 99,9%, Fa. Aldrich) mit ca. 17 ml heißem Wasser eingesetzt wurden. Die heiße Lösung wurde unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die so erhaltene Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt und über Nacht getrocknet. Daraufhin wurden ca. 0,3 g Ammoniumnio- bat(V)oxalat (> 99%, Fa. Aldrich) in weiteren ca.13 ml Wasser gelöst, die Lösung anschließend unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und dann 4 h bei 500 0C kalziniert. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat H-ZSM-5 PZ-2/25-H, ZEOCHEM, SiO 2 : Al 2 O 3 = about 25 mol / mol) support was pretreated according to A and B. The catalyst was 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.6 g of copper (II) nitrate pentahemihydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) and ca 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, from Aldrich) were used with about 17 ml of hot water. The hot solution was added to the zeolite with stirring and the mass was stirred for 15 min. further mixed at room temperature. The mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight. Subsequently, about 0.3 g of ammonium nitrate (V) oxalate (> 99%, from Aldrich) were dissolved in a further ca. 13 ml of water, the solution was then added to the zeolite with stirring and the mixture was stirred for 15 min. further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
Tabelle 7: Katalytische Performance der Katalysatoren aus den Beispielen 19 bis 31 nach 10 h Reaktionszeit (Zeolith: H-ZSM5 mit SiO2 : AI2O3 = ca. 25:1 )TABLE 7 Catalytic Performance of the Catalysts of Examples 19 to 31 after 10 h Reaction Time (Zeolite: H-ZSM5 with SiO 2 : Al 2 O 3 = approx. 25: 1)
Selektivität Naphthalin: Anteil an Naphthalin, bezogen auf umgesetztes Methan in ProzentSelectivity naphthalene: fraction of naphthalene, based on converted methane in percent
Ausbeute Benzol: Anteil an Benzol, bezogen auf eingesetztes MethanBenzene yield: Proportion of benzene, based on methane used
Die Gegenwart eines Komplexbildners bei der Imprägnierung des gemäß A und B vorbehandelten Zeolithen mit den katalytisch wirksamen Metallen (Beispiele 22 und 23) bewirkt eine weitere Erhöhung der Methanumsätze und Benzolausbeuten im Vergleich zu dem Katalysator, der ohne Komplexbildner mit den Metallen imprägniert wurde (Beispiel 21 ). Dies bestätigt die in Tabelle 6 gezeigten Ergebnisse.The presence of a complexing agent in the impregnation of the zeolites pretreated according to A and B with the catalytically active metals (Examples 22 and 23) causes a further increase in methane conversions and benzene yields in comparison to the catalyst which was impregnated with the metals without complexing agent (Example 21) ). This confirms the results shown in Table 6.
Bei diesen Beispielen zeigt sich eine deutliche Steigerung der Benzolselektivitäten und Benzolausbeuten bei Gegenwart mindestens eines weiteren Metalls neben Mo im Katalysator. Die Gegenwart von zwei weiteren Elementen neben Mo im Katalysator be- wirkt eine deutliche Steigerung der Benzolausbeute im Vergleich zu den Katalysatoren, die jeweils nur eines der weiteren Elemente enthalten. Beispiel 32: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Ni / 0,5 Gew.-% Nb auf H-ZSM-5 (Splitt, EDTA) (erfindungsgemäß)In these examples, there is a marked increase in benzene selectivities and benzene yields in the presence of at least one other metal besides Mo in the catalyst. The presence of two further elements besides Mo in the catalyst causes a marked increase in the benzene yield in comparison to the catalysts, which each contain only one of the further elements. Example 32: 6% by weight Mo / 1% by weight Ni / 0.5% by weight Nb on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend I präpariert, wobei zunächst 15 g Zeolith, ca. 1 ,8 g der Molybdatverbindung, 0,8 g Nickel(ll)nitrat-hexahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) und ca. 1 ,2 g Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, > 99,9%, Fa. Aldrich) mit ca. 10 ml heißem Wasser eingesetzt wurden. Die heiße Lösung wurde unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die so erhaltene Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt und über Nacht getrocknet. Daraufhin wurden ca. 0,3 g Ammoniumniobat(V)oxalat (> 99%, Fa. Aldrich) in weiteren ca.13 ml Wasser gelöst, die Lösung anschließend unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und dann 4 h bei 500 0C kalziniert. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to I, initially 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.8 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen ) and about 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 10 ml of hot water. The hot solution was added to the zeolite with stirring and the mass was stirred for 15 min. further mixed at room temperature. The mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight. Subsequently, about 0.3 g of ammonium niobate (V) oxalate (> 99%, from Aldrich) were dissolved in a further ca.13 ml of water, the solution was then added with stirring to the zeolite and the mixture was stirred for 15 min. further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 33: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Cu / 0,5 Gew.-% Nb auf H-ZSM-5 (Splitt, EDTA) (erfindungsgemäß)Example 33: 6% by weight Mo / 1% by weight Cu / 0.5% by weight Nb on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. Der Katalysator wurde aus dem so erhaltenen Splitt entsprechend I präpariert, wobei zunächst 15 g Zeolith, ca. 1 ,8 g der Molybdatverbindung, 0,6 g Kupfer(ll)nitrat-pentahemihydrat (> 99%, Fa. Riedel-de- Haen) und ca. 1 ,2 g Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, > 99,9%, Fa. Aldrich) mit ca. 17 ml heißem Wasser eingesetzt wurden. Die heiße Lösung wurde unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die so erhaltene Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt und über Nacht getrocknet. Daraufhin wurden ca. 0,3 g Ammoniumniobat(V)oxalat (> 99%, Fa. Aldrich) in weiteren ca.13 ml Wasser gelöst, die Lösung anschließend unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und dann 4 h bei 500 0C kalziniert. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. The catalyst was prepared from the resulting grit according to I, initially 15 g of zeolite, about 1, 8 g of the molybdate compound, 0.6 g of copper (II) nitrate pentahemihydrate (> 99%, Fa. Riedel -de-Haen ) and about 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 17 ml of hot water. The hot solution was added to the zeolite with stirring and the mass was stirred for 15 min. further mixed at room temperature. The mass thus obtained was heated in a drying oven at 120 0 C and dried overnight. Subsequently, about 0.3 g of ammonium niobate (V) oxalate (> 99%, from Aldrich) were dissolved in a further ca.13 ml of water, the solution was then added with stirring to the zeolite and the mixture was stirred for 15 min. further mixed at room temperature. The mass was heated in a drying oven to 120 0 C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
Beispiel 34: 6 Gew.-% Mo / 1 Gew.-% Ni / 0,5 Gew.-% Ta auf H-ZSM-5 (Splitt, EDTA) (erfindungsgemäß)Example 34: 6% by weight Mo / 1% by weight Ni / 0.5% by weight Ta on H-ZSM-5 (chippings, EDTA) (according to the invention)
Ein kommerzieller H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, Fa. ZEOCHEM, SiO2 : AI2O3 = ca. 50 mol/mol) Träger wurde gemäß A und B vorbehandelt. 15 g des so erhaltenen Splitts wurde zunächst mit ca. 0,1 g Tantal(IV)-carbid (Fa. Aldrich) trocken vermischt. Der Katalysator wurde aus der Mischung von Splitt und Tantal(IV)-carbid entsprechend I präpariert, wobei ca. 1 ,8 g der Molybdatverbindung, 0,8 g Nickel(ll)nitrat-hexahydrat (> 99%, Fa. Riedel-de-Haen) und ca. 1 ,2 g Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA, > 99,9%, Fa. Aldrich) mit ca. 10 ml heißem Wasser eingesetzt wurden. Die heiße Lo- sung wurde unter Rühren zu dem Zeolith zugegeben und die Masse 15 min. bei Raumtemperatur weiter vermengt. Die so erhaltene Masse wurde im Trockenschrank auf 120 0C aufgeheizt, über Nacht getrocknet und dann 4 h bei 500 0C kalziniert. Der Katalysator wurde entsprechend G getestet.A commercial H-ZSM-5 (ZEOcat PZ-2/50-H, ZEOCHEM Co., SiO 2 : Al 2 O 3 = about 50 mol / mol) carrier was pretreated according to A and B. 15 g of the resulting precipitate was first dry-mixed with about 0.1 g of tantalum (IV) carbide (Aldrich). Of the Catalyst was prepared from the mixture of grit and tantalum (IV) carbide corresponding to I, whereby about 1. 8 g of the molybdate compound, 0.8 g of nickel (II) nitrate hexahydrate (> 99%, Riedel-de Haen) and about 1, 2 g of ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA,> 99.9%, Fa. Aldrich) were used with about 10 ml of hot water. The hot solution was added to the zeolite with stirring and the mass was stirred for 15 min. further mixed at room temperature. The mass thus obtained was heated in a drying oven to 120 0C, dried overnight and then calcined at 500 0 C for 4 h. The catalyst was tested according to G.
Tabelle 8: Katalytische Performance der Katalysatoren aus den Beispielen 32 bis 34 nach 10 h Reaktionszeit (Zeolith: H-ZSM5 mit SiO2)AI2O3 = ca. 50:1 )Table 8: Catalytic performance of the catalysts from Examples 32 to 34 after 10 h reaction time (zeolite: H-ZSM5 with SiO 2 ) Al 2 O 3 = about 50: 1)
Durch die Zugabe von Nb oder Ta zu einem Ni und Mo enthaltenden erfindungsgemäßen Katalysator werden verbesserte Benzolausbeuten erzielt, ebenso durch die Zugabe von Nb zu einem Cu und Mo enthaltenden erfindungsgemäßen Katalysator.By adding Nb or Ta to a catalyst of the invention containing Ni and Mo, improved benzene yields are achieved, as well as the addition of Nb to a catalyst of the invention containing Cu and Mo.
Beispiel 35 Katalytischer Test mit Wasserstoff regenerierungExample 35 Catalytic Test with Hydrogen Regeneration
Ca. 1 ,6 g des Katalysators aus Beispiel 32 werden im Reaktorrohr (Innendurchmesser = 4 mm) zunächst für 6 h nach G getestet. Nach ca. 6 h wird mit Helium inertisiert und die Temperatur auf 740 0C und der Druck auf p(ges.) = 5 bar angehoben. Danach wird für 4 h mit reinem H2 regeneriert, unter Helium wieder auf 700 0C und 1 bar gegangen und danach ein erneuter Reaktionszyklus von 6 h gestartet (T = 700 0C, p(ges) = 1 bar, ca. 90 Vol-% CH4, ca. 10 Vol-% He, GHSV = 500 h"1). Diese Prozedur wurde mehrfach wiederholt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 zusammengefasst. Die angegebenen Werte beziehen sich jeweils auf den Zeitpunkt 6 h nach Beginn des Zyklus. Tabelle 9: Regenerierbarkeit mit Wasserstoff: Katalytische Performance des Katalysators aus dem Beispiel 35 jeweils nach 6 h Reaktionszeit Approximately 1.6 g of the catalyst from Example 32 are first tested in the reactor tube (internal diameter = 4 mm) for 6 hours according to G. After about 6 h is rendered inert with helium and the temperature raised to 740 0 C and the pressure to p (total) = 5 bar. Thereafter, the mixture is regenerated for 4 h with pure H 2 , passed back to 700 0 C and 1 bar under helium and then started a new reaction cycle of 6 h (T = 700 0 C, p (tot) = 1 bar, about 90 vol -% CH 4, 10% by volume of He, GHSV = 500 h "1) This procedure was repeated several times the results are summarized in Table 9. the values given relate in each case to the time 6 hours after the start of the cycle... , Table 9: Regenerability with hydrogen: Catalytic performance of the catalyst from Example 35, each after 6 h reaction time

Claims

Patentansprücheclaims
1. Molybdän und Zeolith enthaltender Katalysator zur Dehydroaromatisierung eines C-ι-C4-Aliphaten enthaltenden Eduktstroms E, erhältlich durch die Schritte1. Molybdenum and zeolite-containing catalyst for the dehydroaromatization of a C-ι-C 4 -aliphatic-containing Eduktstroms E, available through the steps
I Behandeln eines Zeolithen ausgewählt aus der Gruppe MFI und MWW mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschließendem Trocknen und Kalzinieren des Zeolithen,I treating a zeolite selected from the group of MFI and MWW having an NH 4 -containing mixture, with subsequent drying and calcining of the zeolite,
II erneutes Behandeln des Zeolithen mit einer NH4-haltigen Mischung mit an- schließendem Trocknen des Zeolithen,II re-treating the zeolite with an NH 4 -containing mixture, followed by drying of the zeolite,
III Aufbringen des Molybdäns undIII application of molybdenum and
IV Kalzinieren.IV calcining.
2. Katalysator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als NH4-haltige Kom- ponente der NH4-haltigen Mischung in den Schritten I und Il jeweils mindestens ein2. A catalyst according to claim 1, characterized in that as NH 4 -containing component of the NH 4 -containing mixture in steps I and II are each at least one
Ammoniumsalz, ausgewählt aus der Gruppe Ammoniumhalogenide, Ammonium- carbonat, Ammoniumhydrogencarbonat, Ammoniumnitrat, Ammoniumacetat, Ammoniumphosphat, Ammoniumhydrogenphosphat, Ammoniumdihydrogen- phosphat, Ammoniumsulfat und Ammoniumhydrogensulfat, eingesetzt wird.Ammonium salt selected from the group ammonium halides, ammonium carbonate, ammonium bicarbonate, ammonium nitrate, ammonium acetate, ammonium phosphate, ammonium hydrogen phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, ammonium sulfate and ammonium hydrogen sulfate, is used.
3. Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als NH4-haltige Komponente der NH4-haltigen Mischung in den Schritten I und Il Ammoniumnitrat eingesetzt wird.3. A catalyst according to claim 1 or 2, characterized in that is used as NH 4 -containing component of the NH 4 -containing mixture in steps I and II ammonium nitrate.
4. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator 0,1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, Mo enthält.4. Catalyst according to one of claims 1 to 3, characterized in that the catalyst contains 0.1 to 20 wt .-%, based on the total weight of the catalyst, Mo.
5. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator mindestens ein weiteres Element ausgewählt aus der Gruppe Cu, Ni,5. Catalyst according to one of claims 1 to 4, characterized in that the catalyst is at least one further element selected from the group Cu, Ni,
Fe, Co, Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn und Ga enthält.Fe, Co, Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn and Ga.
6. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator mindestens zwei weitere Elemente ausgewählt aus der Gruppe Cu, Ni, Fe, Co, Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn und Ga enthält.6. Catalyst according to one of claims 1 to 5, characterized in that the catalyst contains at least two further elements selected from the group Cu, Ni, Fe, Co, Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn and Ga.
7. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator mindestens 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators, mindestens eines weiteren Elements ausgewählt aus der Gruppe Cu, Ni, Fe, Co, Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn und Ga enthält. 7. A catalyst according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the catalyst is at least 0.1 wt .-%, based on the total weight of the catalyst, of at least one further element selected from the group Cu, Ni, Fe, Co, Mn , Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn and Ga.
8. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator mindestens 0,1 Gew.-% eines weiteren Elements ausgewählt aus der Gruppe Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe und Co und mindestens 0,05 Gew.-% eines zweiten weiteren Elements ausgewählt aus der Gruppe Cu, Ni, Fe, Co, Cr, Zr, V, Zn und Ga, enthält, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators.8. Catalyst according to one of claims 1 to 7, characterized in that the catalyst is at least 0.1 wt .-% of a further element selected from the group Mn, Cr, Nb, Ta, Zr, V, Zn, Ga, Cu, Ni, Fe and Co and at least 0.05 wt .-% of a second further element selected from the group consisting of Cu, Ni, Fe, Co, Cr, Zr, V, Zn and Ga, in each case based on the total weight of the catalyst.
9. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung, mit der das Molybdän und gegebenenfalls die weiteren Elemente auf den Zeolith aufgebracht werden, mindestens einen Komplexbildner enthält.9. Catalyst according to one of claims 1 to 8, characterized in that the solution, with which the molybdenum and optionally the further elements are applied to the zeolite, contains at least one complexing agent.
10. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator zwischen Schritt I und Il oder Schritt Il und III mit einem Si-haltigen Bindemittel vermischt wird.10. A catalyst according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the catalyst between step I and II or step II and III is mixed with a Si-containing binder.
1 1. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator als Splitt oder Formköper eingesetzt wird.1 1. A catalyst according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the catalyst is used as a chippings or molded body.
12. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator als Pulver eingesetzt wird.12. A catalyst according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the catalyst is used as a powder.
13. Verfahren zur Herstellung eines Molybdän und Zeolith enthaltenden Katalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 12 umfassend die Schritte13. A process for the preparation of a molybdenum and zeolite-containing catalyst according to any one of claims 1 to 12 comprising the steps
I Behandeln eines Zeolithen ausgewählt aus der Gruppe MFI und MWW mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschließendem Trocknen und Kalzinieren des Zeolithen,I treating a zeolite selected from the group consisting of MFI and MWW with an NH 4 -containing mixture, followed by drying and calcination of the zeolite,
Il erneutes Behandeln des Zeolithen mit einer NH4-haltigen Mischung mit anschließendem Trocknen des Zeolithen, III Aufbringen des Molybdäns undRe-treating the zeolite with an NH 4 -containing mixture with subsequent drying of the zeolite, III applying the molybdenum and
IV Kalzinieren.IV calcining.
H. Verwendung eines Katalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Dehydro- aromatisierung eines Ci-C4-Aliphaten enthaltenden Eduktstroms E.H. Use of a catalyst according to one of claims 1 to 12 for the dehydro-aromatization of a C-C 4 -aliphatic-containing starting material stream E.
15. Verfahren zur Dehydroaromatisierung eines CrC4-Aliphaten enthaltenden Eduktstroms E durch Umsetzung des Eduktstroms E in Gegenwart eines Katalysators nach einem der Ansprüche 1 bis 12. 15. A process for the dehydroaromatization of a CrC 4 -aliphatic-containing educt current E by reacting the reactant stream E in the presence of a catalyst according to one of claims 1 to 12.
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