FI93085B - Supported catalyst, method for the manufacture thereof and application thereof - Google Patents
Supported catalyst, method for the manufacture thereof and application thereof Download PDFInfo
- Publication number
- FI93085B FI93085B FI934881A FI934881A FI93085B FI 93085 B FI93085 B FI 93085B FI 934881 A FI934881 A FI 934881A FI 934881 A FI934881 A FI 934881A FI 93085 B FI93085 B FI 93085B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- organic
- metal cluster
- mixed metal
- mixture
- support
- Prior art date
Links
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Abstract
Description
9308593085
Kantoainekatalyytti, sen valmistusmenetelmä ja käyttöSupported catalyst, its preparation method and use
Keksintö koskee kantoainekatalyyttiä, joka on valmistettu käsittelemällä kiinteä epäorgaaninen oksidikantaja kobolttiin, ruteniumiin ja karboksyyliin perustuvalla sekametallikluste-rilla ja pelkistämällä siten saatu käsittelytuote. Keksintö koskee myös menetelmää kantoainekatalyytin valmistamiseksi, j ossa a) kiinteä epäorgaaninen oksidikantaja käsitellään kobolttiin, ruteniumiin ja karboksyyliin perustuvalla sekametallikluste-rilla ja b) vaiheen a) mukaisesti sekametalliklusterilla käsitelty oksidikantaja pelkistetään.The invention relates to a support catalyst prepared by treating a solid inorganic oxide support with a mixed metal cluster based on cobalt, ruthenium and carboxyl and reducing the treatment product thus obtained. The invention also relates to a process for preparing a support catalyst, wherein a) the solid inorganic oxide support is treated with a mixed metal cluster based on cobalt, ruthenium and carboxyl and b) the oxide support treated with the mixed metal cluster according to step a) is reduced.
Keksintö kohdistuu myös em. tyyppisen kantoainekatalyytin käyttöön.The invention also relates to the use of a support catalyst of the above-mentioned type.
Metalliklustereita ja niiden reaktiotuotteita voidaan käyttää hyvin monessa reaktiossa. Tyypillisiä reaktioita on mainittu julkaisussa Muetterties, E.L., Krause, M.J., Angew. Chem. 95 (1983) 137. Eräs tärkeä reaktio on mm. hiilimonoksidia ja vetyä sisältävän kaasuseoksen (ns. synteesikaasu) konvertoiminen hiilivedyiksi. Tätä prosessia kutsutaan yleisesti myös Fischer -Tropsch-reaktioksi. Erityisen aktiivisia metalleja ovat tässä reaktiossa rauta, ruteeni, koboltti ja rodium. Näitä metalleja käytettäessä reaktiotuotteena saadaan lukuisista, lähinnä suo-raketjuisista, alifaattisista ja olefiinisista hiilivedyistä muodostuva seos.Metal clusters and their reaction products can be used in a wide variety of reactions. Typical reactions are mentioned in Muetterties, E.L., Krause, M.J., Angew. Chem. 95 (1983) 137. One important reaction is e.g. conversion of a gas mixture containing carbon monoxide and hydrogen (so-called synthesis gas) into hydrocarbons. This process is also commonly referred to as the Fischer-Tropsch reaction. Particularly active metals in this reaction are iron, ruthenium, cobalt and rhodium. When these metals are used as a reaction product, a mixture of numerous, mainly straight-chain, aliphatic and olefinic hydrocarbons is obtained.
.· . Tavallisesti katalyytit valmistetaan menetelmällä, jossa me-tallinitraatti tai muu epäorgaaninen metallisuola imeytetään vesiliuoksesta kiinteälle epäorgaaniselle oksidikantajalle, joka on tavallisesti Si02:a, Al203:a tai muuta vastaavaa oksi-dimateriaalia. Tämän jälkeen katalyytti kalsinoidaan ja metal-lioksidien pelkistämiseksi katalyyttiä käsitellään vetyvirras-sa tyypillisesti noin 350-500°C lämpötilassa. Tällä menetel- 93085 2 mällä valmistetuille katalyyteille on tyypillistä, että kantajan pinnalle muodostuneet metallipartikkelit ovat suhteellisen suurikokoisia eli metallin dispersio on alhainen. Lisäksi me-tallioksidien, erityisesti kobolttioksidien, pelkistys on vaikeaa ja vetykäsittelyn jälkeenkin merkittävä osa metallista on hapettuneessa muodossa. Metallin pelkistysasteella ja dispersiolla on todettu olevan oleellinen vaikutus katalyytin aktiivisuuteen ja sillä saatavan reaktiotuotteen koostumukseen.. ·. Typically, the catalysts are prepared by a process in which a metal nitrate or other inorganic metal salt is absorbed from an aqueous solution onto a solid inorganic oxide support, which is usually SiO 2, Al 2 O 3 or another similar oxide material. The catalyst is then calcined and, to reduce metal oxides, the catalyst is typically treated in a stream of hydrogen at a temperature of about 350-500 ° C. It is typical of the catalysts prepared by this method that the metal particles formed on the surface of the support are relatively large in size, i.e. the dispersion of the metal is low. In addition, the reduction of metal oxides, especially cobalt oxides, is difficult and even after hydrotreating a significant part of the metal is in oxidized form. The degree of reduction and dispersion of the metal has been found to have a significant effect on the activity of the catalyst and the composition of the reaction product obtained with it.
Edellä mainitun tyyppisiä katalyyttejä on myös valmistettu menetelmällä, jossa kiinteän, epäorgaanisen oksidikantajan pintaa on modifioitu käyttäen organometallisia karbonyyliklus-tereita eli -rypäleitä lähtöaineena. Näistä kantoaineista ja klustereista saadaan kantajan pinnalle muodostuneita metalli-partikkeleita, jotka ovat aikaisempaa pienempikokoisia eli metallin dispersio on korkeampi. Myös muodostuvien metallipar-tikkelien kokojakautuma on tasainen. Nämä katalyytit toimivat hyvin etenkin hiilimonoksidin hydrauksessa, jolloin niiden aktiivisuus ja selektiivisyys on parempi kuin katalyyteillä, jotka on valmistettu imeyttämällä kantajalle metallisuolaa.Catalysts of the above type have also been prepared by a process in which the surface of a solid, inorganic oxide support is modified using organometallic carbonyl clusters or grapes as starting material. From these carriers and clusters, metal particles formed on the surface of the carrier are obtained, which are smaller in size than before, i.e. the dispersion of the metal is higher. The size distribution of the formed metal particles is also even. These catalysts work well, especially in the hydrogenation of carbon monoxide, whereby their activity and selectivity are better than those of catalysts prepared by impregnating a support with a metal salt.
Julkaisussa Xiao, F-S., Fukuoka, A., Ichikawa, M., J. of Catalysis, 138 (1992) 206-222 on tutkittu Si02-kantajalla olevien moniytimisten sekametalliklusterien käyttäytyminen hiilimonoksidin hydrauksessa. Tutkittin seuraavat yhdisteet [HRu3 (CO) n] ' H3Ru3Co (CO) i2 RuCon (CO) 11 HRuCo3 (CO) 12 RuC13+CoC12 Co4 (CO) ,2 [HRu3 (CO) n]' + Co4(CO)12 Näistä ylivoimaisesti aktiivisin oli HRuCo3 (CO) 12. Tässä työssä hiilimonoksidi hydrattiin lämpötilassa 247°C paineessa 5 bar, virtausnopeuden ollessa 40 ml/min ja synteesikaasun koostumuksen ollessa H2:CO = 2:1. * 3 93085Xiao, F-S., Fukuoka, A., Ichikawa, M., J. of Catalysis, 138 (1992) 206-222 investigates the behavior of SiO2-supported multinuclear mixed metal clusters in the hydrogenation of carbon monoxide. The following compounds were studied [HRu3 (CO) n] 'H3Ru3Co (CO) i2 RuCon (CO) 11 HRuCo3 (CO) 12 RuCl3 + CoCl2 Co4 (CO), 2 [HRu3 (CO) n]' + Co4 (CO) 12 Of these by far the most active was HRuCo3 (CO) 12. In this work, carbon monoxide was hydrogenated at 247 ° C at a pressure of 5 bar, with a flow rate of 40 ml / min and a synthesis gas composition of H 2: CO = 2: 1. * 3 93085
Sekä metallisuoloista että klusteriyhdisteistä valmistettujen kantoainekatalyyttien suurin heikkous on reaktiotuotteen epäedullinen hiilivetyjakautuma ja siten toivottujen hiilivety-tuotteiden riittämätön saanto. Erityisen ei-toivottuja tuotteita ovat metaani ja hiilidioksidi. Tuotejakautuman on todettu edellä mainituissa tapauksissa oleellisesti noudattavan ns. Anderson-Schulz-Flory-sääntöä kaikilla niillä katalyyteillä, joiden kantajana käytetään tavallisia kiinteitä epäorgaanisia oksideja. Tämän jakautuman mukaisesti esimerkiksi suurin saavutettavissa oleva c5-c,2 -hiilivetyjen saanto on vain 48 paino-%. Lisäksi tuotejakautuma on laaja ja reaktiotuote sisältää hiilivetyjä metaanista suurimolekyylisiin vahoihin asti, mikä vähentää tuotteen arvoa ja vaikeuttaa sen hyötykäyttöä. Katalyyttien heikko selektiivisyys on merkittävin tämän reaktion kilpailukykyä rajoittava tekijä.The main weakness of the support catalysts prepared from both metal salts and cluster compounds is the unfavorable hydrocarbon distribution of the reaction product and thus the insufficient yield of the desired hydrocarbon products. Particularly undesirable products are methane and carbon dioxide. In the above-mentioned cases, the product distribution has been found to substantially comply with the so-called Anderson-Schulz-Flory rule for all catalysts supported by ordinary solid inorganic oxides. According to this distribution, for example, the maximum achievable yield of c5-c, 2 hydrocarbons is only 48% by weight. In addition, the product distribution is wide and the reaction product contains hydrocarbons from methane to high molecular weight waxes, which reduces the value of the product and makes its recovery more difficult. The poor selectivity of the catalysts is the most significant factor limiting the competitiveness of this reaction.
Edellä mainittujen klusterilähtöaineiden lisäksi tunnetaan toisaalta myös muita sekametalliklustereita. Julkaisuista An-gew. Chem. Int. Ed. Engl. 20 (1981) No. 8, 679-678, ja Chem. Ber. 118 (1985) 1133-1142 tunnetaan menetelmä Ru2Co2 (CO) 13-klusterin valmistamiseksi ja julkaisusta Organometallics, 19 83, 2, 184-185, tunnetaan menetelmä Ru2Co2H2 (CO) 12-klusterin valmistamiseksi.In addition to the above-mentioned cluster starting materials, other mixed metal clusters are also known. From An-gew. Chem. Int. Ed. Engl. 20 (1981) No. 8, 679-678, and Chem. Ber. 118 (1985) 1133-1142 discloses a process for preparing a Ru2Co2 (CO) 13 cluster and from Organometallics, 19 83, 2, 184-185, a process for preparing a Ru2Co2H2 (CO) 12 cluster is known.
Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada sellainen kantoaine-! katalyytti, jonka avulla pystytään valmistamaan suurella saan nolla toivottua tuotetta. Keksinnössä pyritään myös mahdollisimman selektiiviseen katalyyttiin, joka esim. hiilimonoksidin hydrauksessa tuottaa toivottuja hiilivetyjä ilman että ei-toivottuja tuotteita syntyy. Erityisesti pyritään tuottamaan mahdollisimman paljon C2-C12-hiilivetyjä ilman että syntyy suurem-pia määriä metaania tai C,2:ta raskaampia hiilivetyjä.The object of the invention is to provide such a carrier! a catalyst capable of producing a high yield of the desired product. The invention also aims at the most selective catalyst possible, which, for example in the hydrogenation of carbon monoxide, produces the desired hydrocarbons without the formation of undesired products. In particular, the aim is to produce as many C2-C12 hydrocarbons as possible without generating larger amounts of methane or hydrocarbons heavier than C12.
Nämä tavoitteet on nyt saavutettu uudella kantoainekatalyytil-lä, jolle on pääasiassa tunnusomaista se, mitä sanotaan patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa. On siis havaittu, että saadaan entistä suurempia määriä ja entistä selektiivisempää tuotetta sellaisella kantoainekatalyytiliä, joka on valmistet- 93085 4 tu käsittelemällä kiinteä epäorgaaninen oksidikantaja sekame-talliklusterilla, jolla on kaava (I)These objects have now been achieved with a new support catalyst, which is mainly characterized by what is stated in the characterizing part of claim 1. Thus, it has been found that even larger amounts and a more selective product are obtained with a support catalyst prepared by treating a solid inorganic oxide support with a mixed metal cluster of formula (I).
Co2Ru2H2n (CO) 13.n (I) jossa n on 0 tai 1. Tehokkain ja selektiivisin katalyytti saadaan siis sellaisista sekametalliklustereista, joiden molekyylien koboltti- ja ruteniummäärä ja -suhde on 2:2. Tämä kumoaa em. Xiaon artikkelin opetuksen, että aktiivisuus ja selektii-visyys mm. hiilivetyjen suhteen paranee, kun suhde Co:Ru kasvaa .Co2Ru2H2n (CO) 13.n (I) where n is 0 or 1. Thus, the most efficient and selective catalyst is obtained from mixed metal clusters with a cobalt to ruthenium content and ratio of 2: 2. This refutes the teaching of the above-mentioned Xiao article that activity and selectivity e.g. for hydrocarbons improves as the Co: Ru ratio increases.
Erään edullisen suoritusmuodon mukaan keksinnön mukainen kan-toainekatalyytti valmistetaan sekametalliklusterista, jolla on kaava (II)According to a preferred embodiment, the support catalyst according to the invention is prepared from a mixed metal cluster of formula (II)
Co2Ru2H2(CO) n (II) Tällä klusterilla syntyy hyvin vähän ei-toivottua metaania, kun taas C2-C12-hiilivetyä syntyy hyvin runsaasti. Oksygenaat-tia syntyy sen sijaan hyvin vähän. Klusteri on siis edullinen, silloin kun halutaan mahdollisimman paljon C2-C12-hiilivetyä, mutta vähän oksygenaattia.Co2Ru2H2 (CO) n (II) This cluster produces very little unwanted methane, while very much C2-C12 hydrocarbon is generated. Oxygenate, on the other hand, is generated very little. The cluster is thus preferred when as much C2-C12 hydrocarbon as possible but little oxygenate is desired.
Keksinnön erään toisen suoritusmuodon mukaan kantoainekata-lyytti valmistetaan sekametalliklusterista, jolla on kaava (III).According to another embodiment of the invention, the support catalyst is prepared from a mixed metal cluster of formula (III).
Co2Ru2 (CO) 13 (III) Tällä bimetallisella klusterilla saadaan C2-C12-hiilivetyjen lisäksi myös oksygenaattia, kun taas metaania syntyy vähemmän kuin tekniikan tason mukaisilla vastaavilla katalyyteillä.Co2Ru2 (CO) 13 (III) In addition to C2-C12 hydrocarbons, this bimetallic cluster also produces oxygenate, while less methane is generated than the corresponding catalysts according to the prior art.
Lähdettäessä valmistamaan keksinnön mukaista kantoainekata-lyyttiä, on edullista mikäli epäorgaaninen kantaja on kuivattu lämmöllä ja/tai alipaineella. Kantoaineeksi kelpaa mikä tahansa kiinteä epäorgaaninen oksidikantaja, esim. MgO, Si02, A103, 5 93085When starting to prepare a support catalyst according to the invention, it is advantageous if the inorganic support is dried with heat and / or under reduced pressure. Suitable carriers are any solid inorganic oxide support, e.g. MgO, SiO 2, A103, 5,93085
Si02-Al203 ja zeoliitit. Edullisia kantoaineita ovat piidioksidi Si02, sen johdannainen tai seos. Mainituissa oksideissa piialkuaine voidaan myös korvata esim. germaniumilla ja alumiini esim. boorilla, kromilla, raudalla tai gadoliniumilla. Myös muita alkuaineita voidaan sisällyttää kiderakenteeseen.SiO2-Al2O3 and zeolites. Preferred carriers are silica SiO 2, a derivative or a mixture thereof. In said oxides, the silicon element can also be replaced, for example, by germanium and aluminum, for example, by boron, chromium, iron or gadolinium. Other elements may also be included in the crystal structure.
Keksinnön mukaisia kobolttiin ja ruteniumiin perustuvia kan-toainekatalyyttejä voidaan myös promovoida alkali- tai maa-alkalimetallien avulla. Tällöin korostuu jo entisestään hyvän katalyytin selektiivisyys.The cobalt- and ruthenium-based support catalysts according to the invention can also be promoted by means of alkali or alkaline earth metals. This further emphasizes the selectivity of a good catalyst.
Keksinnön mukaisen kantoainekatalyytin valmistus aloitetaan käsittelemällä kiinteä epäorgaaninen oksidikantaja sekametal-liklusterilla. Tämä tapahtuu edullisesti saattamalla kiinteä epäorgaaninen oksidikantaja kosketukseen sekametalliklusterin ja sekametalliklusteriä liuottavan orgaanisen liuottimen kanssa ja poistamalla sitten orgaaninen liuotin. Kun epäorgaaninen oksidikantaja on käsitelty sekametalliklusterilla, se pelkistetään. Pelkistys tapahtuu edullisesti lämmittämällä käsitte-lytuote vedyn kanssa.The preparation of the support catalyst according to the invention is started by treating the solid inorganic oxide support with a mixed metal cluster. This is preferably done by contacting the solid inorganic oxide support with the mixed metal cluster and the organic solvent dissolving the mixed metal cluster and then removing the organic solvent. After the inorganic oxide support is treated with a mixed metal cluster, it is reduced. The reduction is preferably carried out by heating the treatment product with hydrogen.
Keksinnön mukaiselle katalyytille on tärkeää siinä olevan koboltti- ja ruteniummetallin painosuhde. Edullinen painosuhde on 1:3-1:1,3, joka vastaa moolisuhteita 1:1,75-1:0,75. Kaikkein edullisin moolisuhde on noin 1:1.The weight ratio of cobalt to ruthenium metal in the catalyst according to the invention is important. The preferred weight ratio is 1: 3-1: 1.3, which corresponds to molar ratios of 1: 1.75-1: 0.75. The most preferred molar ratio is about 1: 1.
Keksinnössä on myös havaittu, että edullinen kantoainekata-lyytti sisältää noin 0,6-3,0 paino-% kobolttia ja vastaavasti 1,0-5,0 paino-% ruteniumia, jolloin kokonaismetallipitoisuus on noin 2,0-5,0 paino-%.It has also been found in the invention that the preferred support catalyst contains about 0.6-3.0% by weight of cobalt and 1.0-5.0% by weight of ruthenium, respectively, with a total metal content of about 2.0-5.0% by weight. %.
:* Keksintö koskee myös menetelmää sellaisen kantoainekatalyytin valmistamiseksi, jossa a) kiinteä epäorgaaninen oksidikantaja käsitellään sekametalliklusterilla, jolla on kaava (I): * The invention also relates to a process for the preparation of a support catalyst, in which a) a solid inorganic oxide support is treated with a mixed metal cluster of formula (I)
Co2Ru3H2n(CO)13.n (I) 93085 6 jossa n on 0 tai 1 ja b) vaiheen a) mukaisesti sekametalliklusterilla käsitelty ok-sidikantaja pelkistetään. Hyvää katalyyttiä saadaan siis menetelmällä, jossa epäorgaaninen oksidikantaja käsitellään ko-bolttiruteniumkarbonyyliyhdisteellä, jonka molekyylissä on 2 kobolttiatomia ja 2 ruteniumatomia. Menetelmässä käytetään siis sekametalliklusterina yhdistettä, jolla on kaava (II)Co2Ru3H2n (CO) 13.n (I) 93085 6 wherein n is 0 or 1 and b) the oxide support treated with the mixed metal cluster according to step a) is reduced. Thus, a good catalyst is obtained by a process in which an inorganic oxide support is treated with a cobalt ruthenium carbonyl compound having 2 cobalt atoms and 2 ruthenium atoms in the molecule. The process thus uses a compound of formula (II) as a mixed metal cluster.
Co2Ru2H2(CO)12 (II) tai kaava (III)Co2Ru2H2 (CO) 12 (II) or formula (III)
Co2Ru2(CO)13 (III)Co2Ru2 (CO) 13 (III)
Kantoainekatalyytin valmistuksessa käytetään epäorgaanista kantajaa, joka on kuivattu lämmöllä ja/tai alipaineella. Edullinen käsittelylämpötila on 100-300°C, edullisesti noin 200°C, jolloin edullinen käsittelyaika on noin 1-3, edullisesti noin 2 tuntia. Tämän jälkeen epäorgaaninen oksidikantaja voidaan vielä jäähdyttää inerttikaasulla kuten typellä tai heliumilla. Edullinen epäorgaaninen kantaja on, kuten edellä tuotesuojaa koskevan tekstin yhteydessä mainittiin, piidioksidi, Si02, sen johdannainen tai seos. On edullista käsitellä epäorgaaninen oksidikantaja sekametalliklusterilla painosuhteessa 1:1-30:1, edullisesti 5:1-20:1 ja edullisimmin noin 10:1.An inorganic support dried by heat and / or vacuum is used in the preparation of the support catalyst. The preferred treatment temperature is 100-300 ° C, preferably about 200 ° C, with a preferred treatment time of about 1-3, preferably about 2 hours. The inorganic oxide support can then be further cooled with an inert gas such as nitrogen or helium. The preferred inorganic support is, as mentioned above in connection with the product protection text, silica, SiO 2, a derivative thereof or a mixture thereof. It is preferred to treat the inorganic oxide support with a mixed metal cluster in a weight ratio of 1: 1 to 30: 1, preferably 5: 1 to 20: 1, and most preferably about 10: 1.
Erään edullisen suoritusmuodon mukaan epäorgaaninen oksidikantaja käsitellään vaiheessa a) saattamalla se kosketukseen se-kametalliklusterin ja sekametalliklusteria liuottavan orgaanisen liuottimen kanssa ja poistamalla orgaaninen liuotin. On edullista valmistaa vaiheessa a) ensiksi kuiva epäorgaanisen oksidikantajan ja orgaanisen liuottimen seos, johon vedettömissä olosuhteissa lisätään sekametalliklusteri ja sekoitetaan, minkä jälkeen orgaaninen liuotin poistetaan haihduttamalla.According to a preferred embodiment, the inorganic oxide support is treated in step a) by contacting it with a mixed metal cluster and an organic solvent dissolving the mixed metal cluster and removing the organic solvent. It is preferred to prepare in step a) first a dry mixture of an inorganic oxide support and an organic solvent, to which a mixed metal cluster is added under anhydrous conditions and mixed, after which the organic solvent is removed by evaporation.
. Keksinnön mukaisen menetelmän vaiheessa b) on edullista suorittaa sekametalliklusterilla käsitellyn epäorgaanisen oksi- n 7 93085 dikantajan pelkistys käsittelemällä se vetykaasulla. Tällainen pelkistys on edullista suorittaa nostamalla lämpötila noin 250-500°C:een vetyvirrassa, minkä jälkeen lämpötila pidetään vakiona määrätyn ajan. Erään suoritusmuodon mukaan sekametal-liklusterilla käsitelty epäorgaaninen oksidikantaja käsitellään vetyvirrassa, jonka suuruus on noin 6 1/h. Samalla on edullista suorittaa lämpötilan nosto nopeudella noin 3°C /min aina lämpötilaan noin 450°C, minkä jälkeen lämpötila on syytä pitää vakiona ainakin noin 2 tunnin ajan. Keksinnön mukaisen menetelmän vaiheet a) ja b) on syytä suorittaa mahdollisimman inerteissä olosuhteissa.. In step b) of the process according to the invention, it is advantageous to carry out the reduction of the inorganic oxide 7 93085 carrier supported by the mixed metal cluster by treating it with hydrogen gas. Such a reduction is preferably carried out by raising the temperature to about 250-500 ° C in a stream of hydrogen, after which the temperature is kept constant for a certain time. In one embodiment, the inorganic oxide support treated with the mixed metal cluster is treated with a stream of hydrogen of about 6 1 / h. At the same time, it is preferable to raise the temperature at a rate of about 3 ° C / min up to a temperature of about 450 ° C, after which the temperature should be kept constant for at least about 2 hours. Steps a) and b) of the process according to the invention should be carried out under the most inert conditions possible.
Paitsi uutta kantoainekatalyyttiä ja menetelmää sen valmistamiseksi keksintö koskee myös tällaisen kantoainekatalyytin käyttöä sen katalysoimissa reaktioissa. Tällaisia reaktioita ovat esim. alkeenien isomerointi, hiilimonoksidin ja ketonien pelkistys, alkeenien hydraus, alkeenien hydroformylointi, ketonien hydraus, Fischer-Tropsch-synteesi, alkyylisyanidien ja -isosyanidien hydraus, metanolin valmistus hiilimonoksidista ja vedystä, polyalkoholien valmistus hiilimonoksidista ja vedystä, nitrobentseenin hydraus aniliiniksi, amidien hydraus, alkiinien hydraus, alkiinien syklisointi areeneiksi, aminome-tylointi, hydroksimetylointi, ja konvertointi- eli vesi-kaasureaktio. Kaikkein edullisimpia reaktioita ovat Fischer-Tropsch- synteesi ja hiilimonoksidin pelkistys vedyllä eli hyd-raus. Hiilimonoksidin hydrauksessa on edullista käyttää vedyn ja hiilimonoksidin moolisuhdetta 1:1-3,5:1, kaikkein edullisimmin 1,5:1-2,5:1. Hydrausreaktiossa voidaan käyttää lämpötilaa 150-300°C, edullisesti lämpötilaa noin 200-300°C.In addition to a novel support catalyst and a process for its preparation, the invention also relates to the use of such a support catalyst in the reactions catalyzed by it. Such reactions include, for example, isomerization of alkenes, reduction of carbon monoxide and ketones, hydrogenation of alkenes, hydroformylation of alkenes, hydrogenation of ketones, Fischer-Tropsch synthesis, hydrogenation of alkyl cyanides and isocyanides to nitric acid to hydrogen monoxide and hydrogen, preparation of methanol from carbon monoxide and hydrogen, polyalcohols hydrogenation of amides, hydrogenation of alkynes, cyclization of alkynes to arenas, aminomethylation, hydroxymethylation, and conversion, i.e. water-gas reaction. The most preferred reactions are Fischer-Tropsch synthesis and reduction of carbon monoxide with hydrogen, i.e. hydrogenation. In the hydrogenation of carbon monoxide, it is preferred to use a molar ratio of hydrogen to carbon monoxide of 1: 1 to 3.5: 1, most preferably 1.5: 1 to 2.5: 1. A temperature of 150 to 300 ° C, preferably about 200 to 300 ° C, can be used in the hydrogenation reaction.
Seuraavassa esitetään muutama esimerkki, joiden ainoana tar-koituksena on valaista esillä olevaa keksintöä.The following are a few examples, the sole purpose of which is to illustrate the present invention.
Esimerkki 1Example 1
Katalyytti valmistettiin seuraavan menetelmän mukaisesti: 1,0 g katalyytin kantajana toimivaa silikaa kuivattiin hanoilla varustetussa kaksikaulakolvissa alle 5 kPa:n paineessa läm-pötilassa 200°C 2 h ajan. Tämän jälkeen silika jäähdytettiin 93085 8 typpikehässä. Kantajan päälle lisättiin 10 ml kuivattua ja ty-petettyä dikloorimetaania. Noin 100 mg klusteria lisättiin si-likan ja dikloorimetaanin muodostamaan seokseen typpivirtauk-sessa. Seosta sekoitettiin 2 h ajan. Dikloorimetaanin haihdutus suoritettiin huoneenlämpötilassa alipaineen avulla varovasti, jottei sekametallirypäle irtoaisi kantajasta ja subli-moituisi vakuumilinjaan tai kolvin seinämille. Muodostunut tuote siirrettiin hapettomissa olosuhteissa (typpivirta) ha-ponkestävästä teräksestä valmistettuun reaktoriputkeen. Tuote lämmitettiin vetyvirrassa (6 1/h) nopeudella 3°C/min, minkä jälkeen lämpötila pidettiin vakiona 2 h ajan. Muodostunut katalyytti, jonka kobolttipitoisuus oli noin 1,8 paino-% ja ru-teniumpitoisuus noin 3,2 paino-%, jäähdytettiin vetyvirrassa reaktion aloituslämpötilaan 190°C.The catalyst was prepared according to the following procedure: 1.0 g of silica supported silica was dried in a double-necked flask equipped with taps at a pressure of less than 5 kPa at 200 ° C for 2 h. The silica was then cooled to 93085 in a nitrogen atmosphere. 10 ml of dried and nitrogen-dichloromethane were added on top of the support. About 100 mg of the cluster was added to a mixture of silica and dichloromethane in a stream of nitrogen. The mixture was stirred for 2 h. Evaporation of dichloromethane was performed at room temperature under reduced pressure to prevent the mixed metal grape from detaching from the support and sublimating into the vacuum line or flask walls. The product formed was transferred under anaerobic conditions (nitrogen stream) to a reactor tube made of acid-resistant steel. The product was heated in a stream of hydrogen (6 L / h) at a rate of 3 ° C / min, after which the temperature was kept constant for 2 h. The resulting catalyst, having a cobalt content of about 1.8% by weight and a ruthenium content of about 3.2% by weight, was cooled in a stream of hydrogen to an initial reaction temperature of 190 ° C.
Esimerkki 2Example 2
Esimerkin 1 mukaisesti valmistettiin Co2Ru2 (CO) ,3/Si02-,According to Example 1, Co 2 Ru 2 (CO), 3 / SiO 2,
Co2Ru2H2 (CO) 12/Si02- , Co3RuH (CO) I2/Si02- , Co3Rh (CO) |2/Si02-ja Co2Rh2 (CO) 12/Si02-katalyytit. Taulukkoon 1 on koottu aktiivisuudet ja selektiivisyydet, jotka saatiin, kun katalyyteillä suoritettiin CO:n hydrausreaktioita jatkuvatoimisessa kiinto-patjareaktorissa. Keksinnön mukaiset katalyytit on merkitty yhdellä tähdellä.Co2Ru2H2 (CO) 12 / SiO2, Co3RuH (CO) I2 / SiO2, Co3Rh (CO) | 2 / SiO2 and Co2Rh2 (CO) 12 / SiO2 catalysts. Table 1 summarizes the activities and selectivities obtained when the catalysts were subjected to CO hydrogenation reactions in a continuous fixed bed reactor. The catalysts according to the invention are marked with one asterisk.
Taulukko 1.Table 1.
Katalyyttien vertailu reaktiokokeiden perusteellaComparison of catalysts based on reaction experiments
Prekursori GHSV S(%) S(%) S(%) S(%) /Si02 (1/h) (C,) (C2-C5) (C6-C12) Oksyg.Precursors GHSV S (%) S (%) S (%) S (%) / SiO 2 (1 / h) (C 1) (C 2 -C 5) (C 6 -C 12) Oxyg.
Co2Ru2 (CO) ,3* 3070 23 27 24 26Co2Ru2 (CO), 3 * 3070 23 27 24 26
Co2Ru2H2 (CO) 12* 3700 15 42 40 3Co2Ru2H2 (CO) 12 * 3700 15 42 40 3
Co3RuH(C0) 12* 2970 34 29 14 23Co3RuH (C0) 12 * 2970 34 29 14 23
Co3Rh(C0) i2*‘ 2300 78 6 0 16Co3Rh (C0) i2 * '2300 78 6 0 16
Co2Rh2 (CO) 12** 2000 61 12 1 26Co2Rh2 (CO) 12 ** 2000 61 12 1 26
Reaktio-olosuhteet olivat: lämpötila 190-300°C, paine 0,5-5 MPa, kaasunvirtausnopeus 1-30 nl/h ja synteesikaasun koostumus H2:C0 = 1:1-2:1. Suotuisimmat reaktio-olosuhteet olivat: paine 9 93085 2,0 MPa, GHSV = 1000-4000 h'1 (GHSV = Synteesikaasun virtausno-peus/katalyytin tilavuus) ja synteesikaasun koostumus H2:CO = 2:1. Reaktiolämpötila oli 233°C (aktiiviset katalyytit) tai 290°C** (heikosti aktiiviset katalyytit) . Aktiivisuuden mittana on taulukossa 1 käytetty sitä GHSV-arvoa, jolla saavutetaan kolmen prosentin konversio. Katalyytti on sitä aktiivisempi mitä suuremmalla GHSV-arvolla haluttu konversio saavutetaan. Selektiivisyydet on ilmoitettu kolmen prosentin konversiota-solla.The reaction conditions were: temperature 190-300 ° C, pressure 0.5-5 MPa, gas flow rate 1-30 nl / h and synthesis gas composition H 2: CO = 1: 1-2: 1. The most favorable reaction conditions were: pressure 9 93085 2.0 MPa, GHSV = 1000-4000 h'1 (GHSV = Synthesis gas flow rate / catalyst volume) and synthesis gas composition H2: CO = 2: 1. The reaction temperature was 233 ° C (active catalysts) or 290 ° C ** (weakly active catalysts). The GHSV value at which a 3% conversion is achieved has been used as a measure of activity in Table 1. The higher the GHSV value, the more active the catalyst is. Selectivities are reported at a conversion rate of 3%.
Kuva 1 esittää kaaviomaisesti erityyppisiä Rh-Rh-Co-sekametal-liklustereita.Figure 1 schematically shows different types of Rh-Rh-Co mixed metal clusters.
Kuvissa 2-4 on esitetty eri näytteiden hiilivety- ja oksy-genaattijakautumat.Figures 2-4 show the hydrocarbon and oxygenate distributions of the different samples.
Kirjallisuudessa parhaimmaksi katalyytiksi on havaittu Co3RuH(CO) 12/Si02. Meidän reaktiokokeissamme sen aktiivisuus ja selektiivisyys ovat merkittävästi heikompia kuin keksinnön mukaisten Co2Ru2H2 (CO) 12/Si02- ja Co2Ru2 (CO) 13/Si02-katalyyttien. Erityisesti ei-toivottu metaanin muodostuminen on Co3RuH(CO) 12/Si02-katalyytillä runsasta.Co3RuH (CO) 12 / SiO2 has been found to be the best catalyst in the literature. In our reaction experiments, its activity and selectivity are significantly weaker than the Co2Ru2H2 (CO) 12 / SiO2 and Co2Ru2 (CO) 13 / SiO2 catalysts of the invention. In particular, the undesired formation of methane is abundant with the Co3RuH (CO) 12 / SiO2 catalyst.
Reaktiokokeiden perusteella oivallettiin, että moolisuhde Co:Ru = 2:2 sekametallirypäleissä on paras aktiivisuuden ja selektiivisyyden kannalta. Kun käytetään prekursoreina Co2Ru2(CO),3 ja Co2Ru2H2(CO) 12, saadaan entistä parempia katalyyttejä. Kuvassa 1 on esitetty lisäperusteluja, minkä vuoksi juuri Co2Ru2(CO)13 ja Co2Ru2H2(CO) 12 ovat erityisen edullisia katalyyttien prekursoreiksi.Based on the reaction experiments, it was realized that the molar ratio Co: Ru = 2: 2 in mixed metal grapes is the best in terms of activity and selectivity. When Co2Ru2 (CO), 3 and Co2Ru2H2 (CO) 12 are used as precursors, even better catalysts are obtained. Figure 1 shows further arguments why Co2Ru2 (CO) 13 and Co2Ru2H2 (CO) 12 are particularly preferred as catalyst precursors.
Kuvassa 2 on esitetty Co2Ru2H2(CO) 12/Si02-katalyytillä ja kuvassa • * : 3 Co2Ru2(CO) 13/Si02-katalyytillä saatu tuotejakauma Schulz-Flo- ry-kuvaajan avulla. Abskissana on hiiliatomien lukumäärä i tuotemolekyylissä ja ordinaattana log [w(i)/i], jossa w(i) on i-hiiliatomia sisältävien tuotteiden massaosuus. Schulz-Flory-jakautumaa noudattavilla katalyyteillä kuvaaja on C2-hiilive-tyjä lukuunottamatta lineaarisesti laskeva suora. Keksinnön kohteena olevilla katalyyteillä kuvaaja on suhteellisen kor- 93085 10 kealla kulkeva lähes vaakasuora käyrä C12-hiilivetyihin asti. Tätä raskaampia tuotteita ei muodostu merkittäviä määriä (merkittävä etu). Tämän tapaisia tuotejakautumia saadaan yleensä vain zeoliittikantajaa käyttävillä katalyyteillä. Tavanomaisia kantajamateriaaleja käytettäessä tämä on erittäin poikkeuksellista. Lisäksi Schulz-Flory-kuvaajasta voidaan huomata, että muodostuneiden oksygenaattien määrät ovat hyvin pienet ja niillä on alhainen hiililuku. Nämä katalyytit tuottavat oksy-genaateista vain alkoholeja. Muita oksygenaatteja ei muodostu mitattavissa olevia määriä, mikä helpottaa tuotteiden erottamista (atseotroopit hankaloittavat ratkaisevasti seoksen erottamista) . Tässä mielessä eo. keksinnön mukaiset katalyytit poikkeavat ratkaisevasti edukseen tekniikan tason mukaisesta katalyytistä, ks. kuva 4.Figure 2 shows the product distribution obtained with Co2Ru2H2 (CO) 12 / SiO2 catalyst and Figure • *: 3 with Co2Ru2 (CO) 13 / SiO2 catalyst using a Schulz-Floor graph. The abscissa is the number of carbon atoms i in the product molecule and the ordinate is log [w (i) / i], where w (i) is the mass fraction of products containing i carbon atoms. For catalysts with a Schulz-Flory distribution, the graph is a linearly decreasing line with the exception of C2 hydrocarbons. For the catalysts of the invention, the graph is an almost horizontal curve up to C12 hydrocarbons running at a relatively high altitude. No heavier products are formed than this (significant advantage). Product distributions of this kind are usually obtained only with catalysts using a zeolite support. When using conventional carrier materials, this is very exceptional. In addition, from the Schulz-Flory graph, it can be seen that the amounts of oxygenates formed are very small and have a low carbon number. These catalysts produce only alcohols from oxygenates. No measurable amounts of other oxygenates are formed, which facilitates the separation of the products (azeotropes make it crucial to separate the mixture). In this sense, eo. the catalysts according to the invention differ decisively from the prior art catalyst, cf. Figure 4.
Esillä olevassa keksinnössä käytetyt sekametalliklusterit ovat uudentyyppisiä yhdisteitä, joiden käyttöä heterogeenisten katalyyttien prekursoreina ei ole juurikaan tutkittu. Keksinnön mukaiset katalyytit valmistetaan imeyttämällä jonkin kaavoista (I)-(III) mukainen sekametalliklusteri esim. orgaanisesta liu-ottimesta tavanomaiselle katalyyttikantoaineelle, kuten piidioksidille, jolloin saadaan erittäin aktiivinen ja selektiivinen katalyytti esim. hiilimonoksidin hydraukseen.The mixed metal clusters used in the present invention are new types of compounds whose use as precursors of heterogeneous catalysts has been little studied. The catalysts according to the invention are prepared by impregnating a mixed metal cluster according to one of formulas (I) to (III), e.g. from an organic solvent, on a conventional catalyst support, such as silica, to give a highly active and selective catalyst for e.g. hydrogenation of carbon monoxide.
Keksinnössä käytetyillä sekametalliklustereilla saadaan ide-aaleissa olosuhteissa lähes atomaarinen dispersio kantajan pinnalle, jolloin katalyytti on erittäin aktiivinen hiilimonoksidin hydrauksessa. Lisäksi sekaklustereilla voidaan saavuttaa kahden metallin suhteen homogeeninen dispersio eikä yhden metallin kasaantumia tavallisesti esiinny. Tämän seurauksena elektroninen ja fysikaalinen vuorovaikutus näiden : kahden metallin välillä kantajan pinnalla on niin voimakasta, että katalyytit ovat aktiivisempia ja selektiivisempiä kuin vastaavat kahdesta eri prekursorista valmistetut katalyytit. Tämä ilmiö korostuu silloin, kun metallien atomisuhde kanto-ainekatalyytillä on noin 1:1.The mixed metal clusters used in the invention provide, under ideal conditions, a near-atomic dispersion on the surface of the support, whereby the catalyst is highly active in the hydrogenation of carbon monoxide. In addition, mixed clusters can achieve a dispersion homogeneous with respect to two metals and no single metal agglomerations usually occur. As a result, the electronic and physical interaction between these two metals on the support surface is so strong that the catalysts are more active and more selective than the corresponding catalysts prepared from two different precursors. This phenomenon is accentuated when the atomic ratio of the metals in the support catalyst is about 1: 1.
Claims (23)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI934881A FI93085C (en) | 1993-11-04 | 1993-11-04 | Carrier catalyst, its preparation process and use |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI934881A FI93085C (en) | 1993-11-04 | 1993-11-04 | Carrier catalyst, its preparation process and use |
FI934881 | 1993-11-04 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI934881A0 FI934881A0 (en) | 1993-11-04 |
FI93085B true FI93085B (en) | 1994-11-15 |
FI93085C FI93085C (en) | 1995-02-27 |
Family
ID=8538902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI934881A FI93085C (en) | 1993-11-04 | 1993-11-04 | Carrier catalyst, its preparation process and use |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FI (1) | FI93085C (en) |
-
1993
- 1993-11-04 FI FI934881A patent/FI93085C/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI934881A0 (en) | 1993-11-04 |
FI93085C (en) | 1995-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6869978B2 (en) | Pressure swing catalyst regeneration procedure for Fischer-Tropsch catalyst | |
US6482766B1 (en) | Process for catalyst preparation | |
Arai et al. | Hydroformylation and hydrogenation of olefins over rhodium zeolite catalyst | |
Valverde-Gonzalez et al. | Amino-functionalized zirconium and cerium MOFs: Catalysts for visible light induced aerobic oxidation of benzylic alcohols and microwaves assisted N-Alkylation of amines | |
EP2791095B1 (en) | Hydrogenation of styrene oxide forming 2-phenyl ethanol | |
CN1962588A (en) | Method for synthesis of isopropanol | |
JPS63255253A (en) | Production of amines | |
US4497908A (en) | Copper-alkali metal-ruthenium/silica catalyst for converting syngas to linear alpha-olefins | |
Li et al. | Enantioselective hydrogenation of ethyl-2-oxo-4-phenylbutyrate on cinchonidine-modified Pt/γ-Al2O3 catalyst using a fixed-bed reactor | |
CN111167515B (en) | Monomolecular heteropoly acid inlaid honeycomb-shaped carbon material loaded nano metal catalyst and preparation method and application thereof | |
FI93085B (en) | Supported catalyst, method for the manufacture thereof and application thereof | |
JP2000034246A (en) | Direct production of aromatic hydroxide compound directly from hydrogen and oxygen | |
GB2151616A (en) | Preparing alcohols from synthesis gas | |
US6391929B1 (en) | Process for synthesizing hydrocarbons from synthesis gas in the presence of a raney metal alloy disperded in a liquid phase | |
US4754092A (en) | Reducing methane production and increasing liquid yields in Fischer-Tropsch reactions | |
JPS6113689B2 (en) | ||
JPS6362525B2 (en) | ||
US4405499A (en) | Zeolite-ruthenium-borane catalyst composition | |
JPS6341893B2 (en) | ||
US4619947A (en) | Chemical process | |
JPS6341892B2 (en) | ||
Coman et al. | Low metal loading Ru-MCM-41 stereocontrolled hydrogenation of prostaglandin intermediates | |
CN113477257B (en) | Load type Co x M y Intermetallic catalyst, method of making and using the same | |
US4752600A (en) | Slurried CO hydrogenation catalysts | |
US4415676A (en) | Syngas conversion process |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BB | Publication of examined application | ||
MA | Patent expired |