ES2222468T3 - Proceso de preparacion de catalizadores de deshidrogenacion. - Google Patents

Proceso de preparacion de catalizadores de deshidrogenacion.

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Abstract

SE PREPARAN CATALIZADORES DE DESHIDROGENACION POR MEDIO DE UN PROCESO DE PRE - DOPADO QUE COMPRENDE MEZCLAR MATERIALES DE OXIDO DE HIERRO CON UN PRE - DOPANTE, A FIN DE FORMAR UNA MEZCLA DE OXIDO DE HIERRO Y PRE - DOPANTE, Y CALENTAR LA MEZCLA EN LAS CONDICIONES DE PRE - DOPADO, OBTENIENDOSE A CONTINUACION UN CATALIZADOR. LOS CATALIZADORES ASI PREPARADOS SON UTILES PARA LA DESHIDROGENACION DE UNA COMPOSICION QUE TENGA AL MENOS UN DOBLE ENLACE CARBONO - CARBONO. DICHOS USOS CATALITICOS INCLUYEN LA CONVERSION DE ETILBENCENO EN ESTIRENO.

Description

Proceso de preparación de catalizadores de deshidrogenación.
Esta invención se refiere a la preparación de catalizadores útiles en la deshidrogenación de hidrocarburos.
En la deshidrogenación de hidrocarburos se han usado ampliamente catalizadores basados en óxidos de hierro. Los óxidos de hierro de los que se pueden preparar estos catalizadores existen en la naturaleza en forma de diversos minerales. Estos minerales incluyen óxidos de hierro rojo, amarillo, pardo y negro. Por ejemplo, el óxido de hierro rojo es usualmente hematites (Fe_{2}O_{3}-\alpha), el óxido de hierro amarillo puede ser lepidocrocita (FeOOH-\gamma o Fe_{2}O_{3}\cdotnH_{2}) o goethita (FeOOH-\alpha o Fe_{2}O_{3}\cdotnH_{2}O), el óxido de hierro pardo es maghemita (Fe_{2}O_{3}-\gamma) y el óxido de hierro negro es magnetita (Fe_{3}O_{4}).
La hematites, goethita, lepidocrocita y maghemita sintéticas y la magnetita son los óxidos de hierro más importantes para aplicaciones industriales. La hematites sintética producida por calcinación de goethita sintética es la más usada para catalizar la conversión de etilbenceno en estireno porque estos materiales tienen frecuentemente la mayor pureza (>98% de Fe_{2}O_{3}).
Las patentes de los Estados Unidos números 4.052.338, 4.098.723, 4.143.083, 4.144.197 y 4.152.300 proponen catalizadores de deshidrogenación que comprenden cantidades pequeñas de óxidos de elementos de las tierras raras añadidos a catalizadores basados en óxidos de potasio-hierro. En cada caso, estos componentes se mezclan, granulan y secan. Después se calcinan los gránulos. La selectividad de estas composiciones es aproximadamente 92% en moles (hacia el estireno) para una conversión molar de etilbenceno a productos del 70%. La patente de los Estados Unidos 5.023.225 propone un catalizador con mejor estabilidad. En esta patente, antes de la formación del catalizador, se calienta un óxido de hierro amarillo en presencia de una pequeña cantidad de un compuesto de cromo hasta que el óxido de hierro amarillo se haya convertido en óxido de hierro rojo.
Se ha encontrado ahora que se pueden preparar catalizadores basados en óxidos de hierro, con mejores propiedades catalíticas, añadiendo al óxido de hierro un componente adicional bajo ciertas condiciones. Los catalizadores producidos a partir de dichos óxidos de hierro a los que se ha añadido un componente adicional tienen mejoras de selectividad particularmente notables en comparación con catalizadores basados en óxidos de hierro a los que no se ha añadido dicho componente adicional.
En un aspecto de esta invención, se preparan catalizadores por un método que comprende:
(a) añadir al óxido de hierro 0,5 a 6% en peso (referido al peso total de la mezcla de óxido de hierro y componente adicional) de un componente adicional que comprende un elemento seleccionado del grupo formado por Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Ti, Zr, Hf, V, Ta, Mo, W, Mn, Tc, Re, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Bi, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb y Lu,
(b) calentar a una temperatura de por lo menos 600ºC la citada mezcla de óxido de hierro y componente adicional y
(c) mezclar el óxido de hierro, con el componente adicional añadido y calentado, con un compuesto de potasio y opcionalmente con uno más aditivos y promotores, formar partículas de la mezcla y calcinar las partículas.
Los catalizadores preparados por dicho proceso encuentran uso en la deshidrogenación de una composición que tiene por lo menos un enlace saturado carbono-carbono, por ejemplo, en la preparación de un compuesto que tiene la fórmula general R^{1}R^{2}C=CH_{2} (fórmula I) en la que cada uno de R^{1} y R^{2} representa un grupo alquilo, alquenilo o arilo (como fenilo) o un átomo de hidrógeno, por deshidrogenación de un compuesto que tiene la fórmula general R^{1}R^{2}CHCH_{3} (fórmula II) en la que R^{1} y R^{2} tienen los mismos significados que en la fórmula I. Este proceso implica generalmente poner en contacto, a temperaturas elevadas y en presencia de vapor de agua recalentado, un compuesto de fórmula II con un catalizador que comprende óxido de hierro. De ordinario, el catalizador está en forma de gránulos y comprende entre 50 y 100 en peso (referido a Fe_{2}O_{3}) de un óxido de hierro con un componente adicional añadido.
En la fórmula II, R^{1} puede representar un grupo fenilo con uno o más sustituyentes, particularmente, con grupos metilo. Preferiblemente R^{1} es un grupo fenilo no sustituido y R^{2} es hidrógeno o un grupo metilo. El etilbenceno es el compuesto de partida más preferido del que se puede producir estireno. Los alcanos de fórmula II tienen preferiblemente de 2 a aproximadamente 20 átomos de carbono por molécula. Aún más preferidas son moléculas que tienen de aproximadamente 4 a aproximadamente 8 átomos de carbono, como n-butano y 2-metilbutano. Los alquenos de fórmula I tienen preferiblemente de aproximadamente 2 a aproximadamente 20 átomos de carbono., Aún más preferidas son moléculas que tienen de aproximadamente 4 a aproximadamente 8 átomos de carbono, como but-1-eno (que forma buta-1,3-dieno) y 2-metilbut-1-eno y 3-metilbut-1-eno (que forman ambos isopreno).
Los catalizadores preparados por el proceso de esta invención comprenden óxidos de hierro con un componente adicional añadido. Los óxidos de hierro preferidos a los que se añade un componente adicional comprenden Fe_{2}O_{3}-\alpha. Sin embargo, los óxidos de hierro a los que se puede añadir un componente adicional pueden comprender también Fe_{2}O_{3} hidratado o no hidratado o precursores de los mismos, tanto naturales como sintéticos.
De acuerdo con la presente invención, se añade un componente adicional a un óxido de hierro calentando éste en presencia de otro material que induzca un efecto catalítico incrementado. Dichos materiales son sustancias que tienen uno o más elementos seleccionados del grupo formado por Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Ti, Zr, Hf, V, Ta, Mo, W, Mn, Tc, Re, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Bi, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb y Lu. Dichas sustancias pueden incluir, por ejemplo, oxisales monometálicas, como dimolibdato amónico; oxisales bimetálicas, como permanganato potásico; sales simples, como carbonatos [por ejemplo, carbonato de cerio (III)], nitratos (por ejemplo, nitrato magnésico); óxidos e hidróxidos, como óxido de cobre; compuestos que contienen carbono, como acetato cálcico; mezclas de los mismos e hidratos y solvatos de los mismos. Los compuestos preferidos para este fin son compuestos de molibdeno, cobre, calcio, zinc, cobalto y cerio. Los compuestos más preferidos para este fin son dimolibdato amónico, trióxido de molibdeno, óxido de cobre, óxido de zinc, acetato cálcico, carbonato de cobalto y carbonato de cerio (III).
Así, se ha encontrado que para preparar estos óxidos de hierro es útil una cantidad entre aproximadamente 0,5 y 6% en peso de estos materiales (referido al peso total de la mezcla de óxido de hierro y componente adicional). Sin desear estar ligado por teoría alguna, se cree que esta adición del componente adicional al óxido de hierro es de por sí un proceso catalítico. Esto es, el material añadido al óxido de hierro reduce la energía de activación necesaria para producir una alteración física en el óxido de hierro, cambio físico que se manifiesta por un mejor comportamiento catalítico (un parámetro de lo cual puede ser el aumento del diámetro medio de los poros, como se indicará más adelante). Así, cantidades mayores o menores, distintas de las mencionadas anteriormente, de agentes añadidos al óxido de hierro mejorarán también el comportamiento de los catalizadores basados en óxidos de hierro, aunque quizás en grados variables.
Este proceso requiere calentar a una temperatura de por lo menos 600ºC la mezcla del óxido de hierro y el componente adicional usado. Sin embargo, la temperatura no puede exceder de 1.600ºC (punto de fusión del óxido de hierro). Se ha encontrado que es eficaz aplicar este calor durante períodos de tiempo entre 10 minutos y 3 horas. También, aunque sin desear estar ligado por teoría alguna, se cree que la mezcla de óxido de hierro y componente adicional debe ser sometida a este calor durante un tiempo suficiente para hacer que el óxido de hierro cambie su estructura física. En cualquier caso, lo más preferido es mantener a esta temperatura elevada la mezcla de óxido de hierro y componente adicional durante un tiempo aproximado de por lo menos 20 minutos a una hora.
La transferencia de materia en la estructura de los poros o el espacio vacío entre las partículas de un catalizador es importante para la eficacia y eficiencia del catalizador. La distribución y forma de los espacios o poros alrededor y en las partículas tiene mucho que ver con la transferencia de materia asociada a la catálisis. La superficie específica, diámetro medio de los poros y volumen de poros son mediciones asociadas con estos aspectos de las partículas. En esta memoria, la superficie específica del catalizador se determina por el bien conocido método B.E.T. [Brunauer, Emmet y Teller, J. Am. Chem. Soc., 60, 309-316 (1938)]. El diámetro medio de los poros y el volumen de poros representan las mediciones realizadas por el método de porosimetría de intrusión de mercurio.
Las partículas preferidas de óxidos de hierro con un componente adicional añadido, preparadas en el proceso de esta invención, tienen superficies específicas menores que aproximadamente 1,9 m^{2}/g, medidas por el método B.E.T. El diámetro medio de los poros de los catalizadores preparados a partir de estos óxidos de hierro con un componente adicional añadido varía de 0,1 a 1,5 micrómetros, medido por porosimetría de intrusión de mercurio. Una adición eficaz del componente adicional al óxido de hierro va acompañada también de una disminución de entre 5 y 75% en el volumen de poros del catalizador preparado, con respecto a un catalizador análogo preparado a partir de óxido de hierro sin componente adicional. Los catalizadores preferidos muestran una disminución del volumen de poros de entre 20 y 75%. Los catalizadores más preferidos muestran una disminución del volumen de poros de entre 30 y 75%.
A partir del óxido de hierro con un componente adicional añadido de esta invención se producen catalizadores en forma de gránulos, pastillas, esferas, píldoras, sillas de montar, formas trilobuladas, formas tetralobuladas, etc. Se adiciona el componente adicional al óxido de hierro antes de calentar éste y antes de conformar el catalizador, por ejemplo, en forma de gránulos. Además, en algunas realizaciones de esta invención, se añade el componente adicional al óxido de hierro, se calienta y se enfría y después se mezcla con otros aditivos y/o promotores. Esta mezcla se moldea después en las diversas antes mencionadas (o en otras formas) y después se calienta y se enfría de nuevo.
Los procesos de deshidrogenación que usan catalizadores preparados de acuerdo con esta invención se realizan usando una relación molar de vapor de agua a compuesto de fórmula II en el intervalo de 2 a 20. Preferiblemente este intervalo es de 5 a 13. Las temperaturas de la reacción están en el intervalo de 400 a 750ºC. Preferiblemente este intervalo es de 550 a 650ºC. El proceso se puede realizar a la presión atomosférica o a presiones superiores o inferiores a la atmosférica. Se prefiere realizar el proceso a la presión atomosférica o a presiones inferiores a la atmosférica. Las velocidades espaciales horarias líquidas (LHSV) varían de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 5 h^{-1} cuando se usa, por ejemplo, un reactor de flujo tubular o radial.
En la presente memoria, el término "selectividad" se define como la cantidad de compuesto de fórmula II que ha sido convertido en compuesto de fórmula I, dividido por la cantidad total de compuesto de fórmula II que ha sido convertido en productos y multiplicado por cien. En esta memoria, las selectividades se miden típicamente a un nivel estándar de conversión del compuesto de fórmula II. Por ejemplo, en la presente memoria S_{70} se refiere a la selectividad molar de conversión de etilbenceno en estireno para una conversión molar de etilbenceno del 70%. La actividad de un catalizador es inversamente proporcional a la temperatura. Cuanto más activo sea un catalizador, menor será la temperatura necesaria para obtener el mismo grado de conversión. Las actividades utilizadas en la presente memoria se refieren típicamente a un grado dado de conversión. Por ejemplo, T_{70} se refiere a la temperatura a la que se obtiene una conversión de etilbenceno en productos del 70%.
La invención se ilustrará por los siguientes ejemplos.
Ejemplos
En los ejemplos que no son ejemplos comparativos, primero se preparó una composición de un óxido de hierro mezclando el óxido de hierro con diversos componentes secos (durante aproximadamente 10 minutos en un mezclador-triturador, excepto cuando se indique lo contrario), añadiendo agua desionizada o ácido sulfúrico acuoso diluido y continuando el mezclado (durante 5-15 minutos hasta un tiempo total de mezclado de 25 minutos, salvo que se indique lo contrario). Después los componentes mezclados se tamizaron a través de un tamiz estándar número 7 (que tiene aberturas de 2,83 mm) para romper grumos, se colocaron en cubetas y se cargaron en un horno de mufla a 170ºC. Después estas mezclas se calentaron a la temperatura indicada en los ejemplos subiendo la temperatura del horno a una velocidad de 6ºC por minuto. Las temperaturas se mantuvieron durante una hora en el valor programado. Después, se apagó el horno y se dejó que el polvo de óxido de hierro, tratado como se ha indicado, se enfriara hasta la temperatura ambiente en el horno durante una noche (excepto cuando se indique lo contrario).
Los óxidos de hierro usados en los ejemplos comparativos son los casos base para los ejemplos de acuerdo con la invención. Esto es, a los óxidos de hierro de los ejemplos comparativos no se les añadió componente adicional de acuerdo con esta invención. Los ejemplos de catalizadores basados en óxidos de hierro de acuerdo con la invención se prepararon añadiendo al óxido de hierro de los ejemplos comparativos los materiales relacionados en los ejemplos y en las condiciones especificadas. Así, el ejemplo comparativo A es el caso base (sin componente adicional) para los ejemplos 1-12, el ejemplo comparativo B es el caso base (sin componente adicional) para los ejemplos 13-14, el ejemplo comparativo C es el caso base (sin componente adicional) para el ejemplo 15, el ejemplo comparativo D es el caso base (sin componente adicional) para los ejemplos 16-17 y el ejemplo comparativo E es el caso base (sin componente adicional) para el ejemplo 18. El ejemplo comparativo F es el caso base (sin componente adicional) para el ejemplo comparativo F1 (sin componente adicional), que está sin los correspondientes ejemplos de acuerdo con esta invención.
Para ensayar el efecto catalítico de óxidos de hierro con un componente adicional añadido, cada mezcla formada como se ha indicado anteriormente y cada muestra de los ejemplos comparativos de óxidos de hierro se conformó en gránulos de catalizadores de 3,2 mm. Esto se hizo tomando la composición del óxido de hierro y mezclándola con diversos ingredientes durante aproximadamente 10 minutos en un mezclador-triturador (excepto cuando se indique lo contrario), añadiendo agua desionizada y continuando el mezclado (durante 5-15 minutos hasta un tiempo total de mezclado de 25 minutos, excepto cuando se indique lo contrario). Los componentes mezclados se tamizaron a través de un tamiz estándar número 7 (aberturas de 2,83 mm) para romper grumos y después se procesaron con un molino de gránulos California a escala de laboratorio. Los gránulos así obtenidos se secaron durante aproximadamente 15-60 minutos a 170ºC en una estufa de secado calentada eléctricamente y se transfirieron a un horno de mufla calentado eléctricamente en el que se calcinaron a 800-825ºC durante aproximadamente una hora.
Los gránulos de los catalizadores se usaron después en la preparación de estireno a partir de etilbenceno bajo condiciones isotérmicas en un reactor diseñado para funcionamiento continuo. Las condiciones de los ensayos de los catalizadores fueron las siguientes: cantidad de catalizador 100 cm^{3}, temperatura del reactor 600ºC, velocidad espacial horaria líquida (LHSV) 0,65 litros de etilbenceno por litro de catalizador y hora, relación molar de vapor de agua a etilbenceno 10:1 y presión del reactor 7,5 kPa.
Los resultados de los ensayos de los catalizadores se expresan como T_{70} y S_{70}, siendo T_{70} la temperatura necesaria para que un catalizador dado convierta el 70% de la alimentación de etilbenceno en productos y siendo S_{70} la selectividad molar hacia estireno.
En la siguiente tabla 1 se resumen los datos del comportamiento catalítico de catalizadores preparados a partir de óxidos de hierro sin componente adicional añadido y de óxidos de hierro con componente adicional añadido de los ejemplos.
Ejemplo comparativo A
Óxido de hierro rojo sintético
Se preparó un catalizador de óxido de hierro añadiendo 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico y 255,1 gramos de carbonato potásico a 1.103,5 gramos de óxido de hierro sintético acicular ramificado; en la etapa de mezclado se añadieron 201,3 gramos de agua desionizada.
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Ejemplo 1-A
Óxido de hierro rojo al que se ha añadido dimolibdato amónico
Se formó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.204 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 28,1 gramos de dimolibdato amónico de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 750ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 255,1 gramos de carbonato potásico y 1.121,8 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron 106,8 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 1-B
Óxido de hierro rojo al que se ha añadido dimolibdato amónico
Se formó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.204 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 28,1 gramos de dimolibdato amónico de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 825ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 255,1 gramos de carbonato potásico y 1.121,8 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron 82,2 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 1-C
Óxido de hierro rojo al que se ha añadido dimolibdato amónico
Se formó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.204 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 28,1 gramos de dimolibdato amónico de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a mezcla 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 900ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 19,0 gramos de carbonato cálcico, 128,5 gramos de carbonato de cerio (III), 260,2 gramos de carbonato potásico y 1.143,6 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron 63,7 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 1-D
Óxido de hierro rojo al que se ha añadido dimolibdato amónico
Se formó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.500 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 35,1 gramos de dimolibdato amónico de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron 250 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 950ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 255,1 gramos de carbonato potásico y 1.121,8 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a la mezcla 54,8 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 2-A
Óxido de hierro rojo al que se ha añadido óxido de cobre (II)
Se formó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.208,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 9,7 gramos de óxido de cobre de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 110 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 975ºC introduciéndola en un horno precalentado a 975ºC. La composición del óxido de hierro con el componente adicional añadido se retiró del horno después de una hora y se enfrió dejándola a temperatura ambiente (aproximadamente 20ºC).
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,9 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico, 255,3 gramos de carbonato potásico y 1.108,9 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a la mezcla 89,6 gramos de agua desionizada.
\newpage
Ejemplo 2-B
Óxido de hierro rojo al que se ha añadido óxido de cobre (II)
Se formó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.208,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 19,4 gramos de óxido de cobre de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron aezcla 110 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 975ºC introduciéndola en un horno precalentado a 975ºC. La composición del óxido de hierro con el componente adicional añadido se retiró del horno después de una hora y se enfrió dejándola a temperatura ambiente (aproximadamente 20ºC).
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,9 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico, 255,3 gramos de carbonato potásico y 1.117,8 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a la mezcla 100,1 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 2-C
Óxido de hierro rojo al que se ha añadido óxido de cobre (II)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.208,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 29,1 gramos de óxido de cobre de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 110 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 975ºC introduciéndola en un horno precalentado a 975ºC. La composición del óxido de hierro con el componente adicional añadido se retiró del horno después de una hora y se enfrió dejándola a temperatura ambiente (aproximadamente 20ºC).
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,9 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico, 255,3 gramos de carbonato potásico y 1.126,6 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a la mezcla 87,2 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 2-D
Óxido de hierro rojo al que se ha añadido óxido de cobre (II)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.208,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 48,4 gramos de óxido de cobre de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 110 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 975ºC introduciéndola en un horno precalentado a 975ºC. La composición del óxido de hierro con el componente adicional añadido se retiró del horno después de una hora y se enfrió dejándola a temperatura ambiente (aproximadamente 20ºC).
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,9 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico, 255,3 gramos de carbonato potásico y 1.144,4 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a la mezcla 113,5 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 3 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido acetato cálcico
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.200,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 32,0 gramos de acetato cálcico disueltos en 150 gramos de agua desionizada, durante 15 minutos y con trituración (mezclado). La mezcla se colocó en cubetas de acero inoxidable, se secó durante 30 minutos a 170ºC en una estufa de secado calentada eléctricamente y después se cargó en un horno de mufla calentado eléctricamente a 700ºC. Durante la calcinación se mantuvo a través del horno una circulación de aire a un caudal de 1.133 litros /hora. La temperatura del horno se subió a 900ºC en una hora y se mantuvo en este valor durante una hora. Después, se apagó el horno y se dejó que el óxido de hierro, tratado como se ha indicado, se enfriara a temperatura ambiente durante una noche.
Los ingredientes del catalizador incluían 121,3 gramos de carbonato de cerio (III), 25,6 gramos de dimolibdato amónico, 245,6 gramos de carbonato potásico y 1.110,4 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a la mezcla 92,3 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 4 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido óxido de zinc (II)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.200,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 19,9 gramos de óxido de zinc de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 975ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico, 255,1 gramos de carbonato potásico y 1.118,2 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 125,0 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 5 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido óxido de estaño (IV)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.200,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 36,7 gramos de óxido de estaño de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 975ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico, 255,1 gramos de carbonato potásico y 1.133,6 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 146,5 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 6 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido óxido de manganeso (IV)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.200,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 21,2 gramos de óxido de manganeso de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 975ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico, 255,1 gramos de carbonato potásico y 1.119,4 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 116,8 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 7 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido óxido de vanadio (V)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.203,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 22,1 gramos de óxido de vanadio de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a una temperatura de 700ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico, 255,1 gramos de carbonato potásico y 1.120,3 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 154,0 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 8 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido óxido de titanio (IV)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.200,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 19,4 gramos de óxido de vanadio de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 975ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico, 255,1 gramos de carbonato potásico y 1.117,8 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 115,0 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 9 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido óxido de bismuto (III)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.200,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 56,7 gramos de óxido de bismuto de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a
825ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico, 255,1 gramos de carbonato potásico y 1.152,0 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 136,3 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 10 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido óxido de plomo (II)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.200,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 54,3 gramos de óxido de plomo de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 900ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico, 255,1 gramos de carbonato potásico y 1.149,8 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 114,0 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 11 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido carbonato de cobalto (II)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.204,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 29,0 gramos de carbonato de cobalto de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 975ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,9 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico, 255,1 gramos de carbonato potásico y 1.116,7 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 125,0 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 12 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido carbonato de cerio (III)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.204,0 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 68,0 gramos de carbonato de cerio (III) de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 975ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,9 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico, 255,3 gramos de carbonato potásico y 1.138,4 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 142,0 gramos de agua desionizada.
Ejemplo comparativo B
Catalizador preparado con óxido de hierro rojo sintético
Se preparó un catalizador de óxido de hierro añadiendo 20,1 gramos de carbonato cálcico, 103,1 gramos de carbonato de cerio (III), 32,3 gramos de parawolframato amónico y 200,9 gramos de carbonato potásico a 902,9 gramos de óxido de hierro sintético acicular ramificado; en la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 119,1 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 13 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido parawolframato amónico
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.500 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 53,8 gramos de parawolframato amónico de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 250 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 950ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 24,8 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 255,6 gramos de carbonato potásico y 1.135,2 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 81,4 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 14 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido óxido de wolframio (VI)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.500 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado 47,9 gramos de óxido de wolframio de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 250 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 950ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 24,8 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 255,6 gramos de carbonato potásico y 1.135,2 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 81,4 gramos de agua desionizada.
Ejemplo comparativo C
Catalizador preparado con óxido de hierro rojo sintético
Se preparó un catalizador de óxido de hierro añadiendo 18,5 gramos de carbonato cálcico, 119,8 gramos de carbonato de cerio (III), 25,6 gramos de dimolibdato amónico y 245,6 gramos de carbonato potásico a 1.103,2 gramos de óxido de hierro sintético esferoidal al azar; en la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 157,2 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 15 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido óxido de molibdeno (VI)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.200 gramos de óxido de hierro rojo sintético esferoidal al azar 47,7 gramos de trióxido de molibdeno de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 825ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 17,7 gramos de carbonato cálcico, 115,7 gramos de carbonato de cerio (III), 242,5 gramos de carbonato potásico y 1.086,4 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 94,8 gramos de agua desionizada.
Ejemplo comparativo D
Catalizador preparado con óxido de hierro rojo sintético
Se preparó un catalizador de óxido de hierro añadiendo 20,3 gramos de carbonato cálcico, 103,1 gramos de carbonato de cerio (III), 32,3 gramos de parawolframato amónico y 200,9 gramos de carbonato potásico a 900,0 gramos de óxido de hierro sintético esferoidal al azar; en la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 124,6 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 16 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido nitrato magnésico
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.200 gramos de óxido de hierro rojo sintético esferoidal al azar 69,4 gramos de nitrato magnésico disueltos en 100 gramos de agua desionizada, durante 15 minutos y con trituración (mezclado). La mezcla se colocó en bandejas cerámicas y después se cargó en un horno de mufla calentado eléctricamente a 170ºC y se secó durante 30 minutos. Después la temperatura del horno se subió de 170 a 950ºC a una velocidad de 6ºC/min y se mantuvo a 950ºC durante una hora. Durante la calcinación se mantuvo a través del horno una circulación de aire a un caudal de 1,133 metros cúbicos normales por hora. Después, se apagó el horno y se dejó que el polvo de óxido de hierro, tratado como se ha indicado, se enfriara hasta la temperatura ambiente en el horno durante una noche.
Los ingredientes del catalizador incluían 20,3 gramos de carbonato cálcico, 102,8 gramos de carbonato de cerio (III), 32,1 gramos de parawolframato amónico, 200,8 gramos de carbonato potásico y 908,2 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 80,2 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 17 Óxido de hierro rojo al que se ha añadido permanganato potásico
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.200 gramos de óxido de hierro rojo sintético esferoidal al azar 10,0 gramos de permanganato potásico disueltos en 250 gramos de agua desionizada, durante 15 minutos y con trituración (mezclado). La mezcla se tamizó a través de un tamiz estándar número 7 para romper grumos y después se colocó en bandejas cerámicas y se cargó en un horno de mufla calentado eléctricamente a 170ºC. Después la temperatura del horno se subió a 950ºC a una velocidad de 6ºC/min y se mantuvo a esta temperatura durante una hora. Después, se apagó el horno y se dejó que el polvo de óxido de hierro, tratado como se ha indicado, se enfriara a temperatura ambiente, en el horno, durante una noche.
Los ingredientes del catalizador incluían 22,5 gramos de carbonato cálcico, 114,5 gramos de carbonato de cerio (III), 35,8 gramos de parawolframato amónico, 232,4 gramos de carbonato potásico y 1.000,0 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 118,0 gramos de agua desionizada.
Ejemplo comparativo E
Catalizador preparado con óxido de hierro amarillo sintético
Se preparó un catalizador de óxido de hierro añadiendo 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 25,8 gramos de dimolibdato amónico y 255,3 gramos de carbonato potásico a 1.290,9 gramos de óxido de hierro amarillo sintético acicular ramificado; en la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 214,2 gramos de agua desionizada.
Ejemplo 18 Óxido de hierro amarillo al que se ha añadido óxido de molibdeno (VI)
Se preparó una composición de un óxido de hierro añadiendo a 1.408,3 gramos de óxido de hierro amarillo sintético acicular ramificado 47,6 gramos de óxido de molibdeno de acuerdo con el proceso antes descrito; durante la etapa de mezclado se añadieron a la mezcla 220 gramos de agua desionizada y la mezcla se calentó finalmente a 800ºC.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 126,0 gramos de carbonato de cerio (III), 255,3 gramos de carbonato potásico y 1.143,6 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 91,7 gramos de agua desionizada.
Ejemplo comparativo F
Óxido de hierro rojo sintético
Los ingredientes del catalizador incluían 18,5 gramos de carbonato cálcico, 119,8 gramos de carbonato de cerio (III), 25,6 gramos de dimolibdato amónico, 245,6 gramos de carbonato potásico y 1.103,6 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 157,2 gramos de agua desionizada.
Ejemplo comparativo F1
Óxido de hierro rojo sintético calentado
Se preparó una composición de un óxido de hierro calentando 1.400 gramos de óxido de hierro rojo sintético acicular ramificado. El óxido de hierro se colocó en bandejas de acero inoxidable y se cargó en un horno de mufla calentado eléctricamente a 600ºC. Durante la calcinación se mantuvo a través del horno una circulación de aire a un caudal de 1,133 metros cúbicos normales por hora. La temperatura del horno se subió a 900ºC a una velocidad de 6ºC/min y se mantuvo a esta temperatura durante una hora. Después, se apagó el horno y se dejó que el polvo de óxido de hierro, tratado como se ha indicado, se enfriara a temperatura ambiente durante una noche.
Los ingredientes del catalizador incluían 18,6 gramos de carbonato cálcico, 119,8 gramos de carbonato de cerio (III), 25,6 gramos de dimolibdato amónico, 245,6 gramos de carbonato potásico y 1.100,0 gramos de óxido de hierro con el componente adicional añadido; durante la etapa de mezclado de la preparación del catalizador se añadieron a mezcla 125,0 gramos de agua desionizada.
TABLA 1 Propiedades físicas de los catalizadores y resultados de su comportamiento
1
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Estos datos muestran la mejor selectividad de los catalizadores que se obtiene añadiendo al óxido de hierro un componente adicional. Los aumentos de selectividad se consiguieron con poca o ninguna pérdida de actividad de los catalizadores y correspondían a un incremento del diámetro medio de los poros y/o a una disminución del volumen de poros de los catalizadores. Los ejemplos comparativos F y F1 muestran que calentar simplemente óxido de hierro antes de la preparación de los catalizadores no origina mayor selectividad de los catalizadores.

Claims (9)

1. Un método de preparar catalizadores basados en óxidos de hierro, que comprende:
(a) añadir al óxido de hierro entre 0,5 y 6% en peso (referido al peso total de la mezcla de óxido de hierro y componente adicional) de un componente adicional que comprende un elemento seleccionado del grupo formado por Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Ti, Zr, Hf, V, Ta, Mo, W, Mn, Tc, Re, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Bi, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb y Lu,
(b) calentar a una temperatura de por lo menos 600ºC la citada mezcla de óxido de hierro y componente adicional y
(c) mezclar el óxido de hierro, con el componente adicional añadido y calentado, con un compuesto de potasio y opcionalmente con uno o más de otros aditivos y/o promotores, formar partículas de la mezcla y calcinar las partículas.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la sustancia adicional se selecciona del grupo formado por oxisales monometálicas, oxisales bimetálicas, sales simples, óxidos, compuestos que contienen carbono, mezclas de los mismos, hidratos de los mismos y solvatos de los mismos.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la citada sustancia adicional es un compuesto que comprende un elemento seleccionado del grupo formado por molibdeno, cobre, calcio, zinc, cobalto y cerio.
4. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el citado compuesto adicional se selecciona del grupo formado por dimolibdato amónico, trióxido de molibdeno, óxido de cobre, óxido de zinc, acetato cálcico, carbonato de cobalto y carbonato de cerio (III).
5. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa (c) comprende las etapas de enfriar el citado óxido de hierro, con el componente adicional añadido y calentado, de la etapa (b); añadir promotores al citado óxido de hierro con el componente adicional añadido y enfriado, para formar una mezcla; formar un extrudido conformado a partir de la citada mezcla; calentar el citado extrudido conformado y enfriar el citado extrudido conformado.
6. El método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el promotor comprende K y uno o más del grupo formado por Sc, Y, La, elementos de las tierras raras, Mo, W, Ca, Mg, V, Cr, Co, Ni, Mn, Cu, Zn, Cd, Al, Sn, Bi y mezclas de los mismos.
7. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el calentamiento de la etapa (b) es a una temperatura entre 600ºC y el punto de fusión del óxido de hierro y durante un tiempo suficiente para hacer que el catalizador producido incremente su diámetro medio de poros a un valor entre 0,10 y 1,5 micrómetros.
8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el calentamiento de la etapa (b) es a una temperatura y durante un tiempo suficientes para hacer que el catalizador de óxido de hierro tenga un volumen de poros entre 0,05 y 0,18 cm^{3}/g.
9. El método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que la etapa de calentar el citado catalizador con el componente adicional añadido comprende subir la temperatura a un valor entre 800 y 1.100ºC.
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