JP2002537974A - ニッケル含有水素化触媒およびそれを調製するための方法 - Google Patents
ニッケル含有水素化触媒およびそれを調製するための方法Info
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Abstract
Description
へと水素化するのに使用できる触媒、およびその調製方法に関する。
装置内でもバッチ式反応装置内でも実施される。工業的規模において最も頻繁に
は水素化は液相中で懸濁触媒を使って行われ、これらの方法は反応温度、圧力、
触媒、溶媒および反応管理方式の点に相違がある。触媒としては例えばニッケル
含有触媒等のさまざまな触媒系が使用される。例えばJP 551 33 33は
、触媒Pd/C、ラネーニッケル、ラネーコバルトもしくは白金黒の存在下に2,4-ジ
ニトロトルエンおよび2,6-ジニトロトルエンの水素化を述べている。
素化するためのニッケル-ケイソウ土担体触媒を開示している。
合物のジアミンへの水素化が述べられている。
用することがDD 152 065に開示されている。
オレフィンを水素化することへのニッケル-Al2O3/ZrO2担体触媒の応用を開示し
ている。この公報はなかんずく50〜120℃、pH値7.3〜9.0においてニ
ッケル、ジルコニウムおよびアルミニウムを担体上に同時に沈殿させることを開
示しており、担体として活性炭、Al2O3、SiO2、ケイソウ土、等が使用される。
れたニッケル-Al2O3/ZrO2触媒を開示している。
物を沈殿させ、引き続き250〜350℃で洗浄し乾燥させ還元することによっ
てニッケル-ZrO2触媒が調製され、この触媒は最大10質量%のZrO2を有する。
モニウムジルコニルカーボネートとニッケルアミンカーボネートとの混合塩溶液
からCO2とNH3を蒸発させることによって沈殿過程が引き起こされる。
り、触媒は実質的に、NiOとして換算して65〜80質量%のニッケルと10〜
25質量%のSiO2とZrO2として換算して2〜10質量%のジルコニウムとAl2O3
として換算して0〜10質量%のアルミニウムとを含有しており、SiO2含有量と
Al2O3含有量との合計は少なくとも15質量%である。これらの触媒の調製はNi
化合物、Zr化合物、希望する場合にはアルミニウム化合物の酸性水溶液をケイ素
化合物、希望する場合にはアルミニウム化合物の塩基性水溶液または懸濁液に添
加することによって行われる。沈殿の間、pH値はまず4.0〜6.5に下げられ
、引き続き7〜8に調節される。沈殿生成物は乾燥させられ、焼成され、成形さ
れる。
反応条件のもとで触媒の急速な老化が現れるという欠点を有する。
のもとで従来の触媒よりも長い寿命を有するニッケル含有担体触媒を提供するこ
とである。
在下に相応のアミンへと水素化するための、担体上にニッケルを含有した触媒が
用意され、この触媒が還元され安定化されており、双峰ニッケル結晶粒度分布の
ニッケル結晶と(触媒の総質量に対して)60、特に61質量%〜80質量%の
ニッケル含有量と少なくとも70%の還元度とを有することによって解決される
。還元度は、安定化された触媒を100℃で1時間再還元後に測定される。
有し、ニッケル結晶粒度分布の両方の極大はそれぞれ30〜80オングストロー
ムと81〜150オングストロームにある。他の特別好ましい実施形態において
本発明は、ニッケル結晶粒度分布の極大を30〜80オングストロームに有する
ニッケルの割合が(触媒の総質量に対して)>=40質量%であることを予定し
ている。つまり粒度30〜80オングストロームの結晶を有する金属ニッケルの
割合は(触媒の総質量に対して)>=40質量%である。
り、好ましくはZrO2、ZrO2HfO2、SiO2・ZrO2、SiO2・ZrO2HfO2またはこれらの物
質の少なくとも2種の混合物を含み、またはこれらからなる。
質量%である。他の好ましい実施形態では、ZrO2含有量が(触媒の総質量に対し
て)20〜40質量%である。他の好ましい実施形態では、HfO2含有量が(触媒
の総質量に対して)0〜4質量%である。
1〜100μm、好ましくは2〜25μmの粉末として使用することができる。
成形品も当然に利用することができる。
向上した触媒活性において寿命が長いことを特徴としている。本発明による双峰
ニッケル結晶粒度分布の触媒は、特に熱水反応条件下で、従来の触媒に比べてか
なり長い寿命を有する。
に区別可能な2つの極大が存在するニッケル結晶分布のことである。
化触媒の総ニッケル含有量に占める金属ニッケルの割合(%)のことである。
。つまり本発明は、ニッケル含有担体触媒、特に芳香族ニトロ化合物中のニトロ
基を水の存在下に相応のアミンへと水素化するための触媒、を調製するための方
法にも関しており、Ni2+、Zr4+含有溶液から塩基性溶液、特にNaOH、NaHCO3また
はNa2CO3またはこれら物質の少なくとも2種の混合物で、8〜9のpH値にて沈殿
させることによって沈殿生成物を得、この沈殿生成物を250℃〜650℃の温
度で焼成し、場合によっては引き続き不活化し、次に250℃〜550℃、特に
300℃〜550℃の温度において水素で還元し、場合によっては不活化し、引
き続き安定化する。
いる。他の好ましい実施形態においてNi2+、Zr2+含有溶液またはNi2+、Zr4+/Hf 4+ 含有溶液は二酸化ケイ素SiO2を、好ましくは懸濁させて含有している。好まし
い実施形態において、Ni2+、Zr4+含有溶液が硝酸塩を、特に硝酸ジルコニルの態
様で有することを予定することができる。
とによって行われ、両方の溶液の混合物が8〜9のpH最終値に達するまで、また
その限りで、この添加は行われる。
ことを予定している。好ましい実施において、沈殿実施後、つまりpH最終値に到
達後、継続処理を行う前に、得られた懸濁液を例えば1〜2時間再攪拌すること
を予定することができる。
で洗浄され、次に非還元性雰囲気中で、110℃〜150℃の温度において乾燥
させられ、前駆体触媒が得られる前記方法に関する。
によってはHf4+を含有した溶液、場合によってはSiO2を、添加した塩基性溶液で
沈殿させ、濾過し、水で洗浄し、非還元性雰囲気中の温度で乾燥させたのちに得
られる生成物のことである。
ヒドロキシカーボネート(Ni2(OH)2CO3・4H2O)とニッケルヒドロキシシリケート(
Ni3Si2O5(OH)4)との混合物、またはニッケルヒドロキシナイトレート(Ni3(OH)4(
NO3)2)とニッケルハイドロジェンカーボネート(Ni(HCO3)2)との混合物、または
ニッケルヒドロキシナイトレート(Ni3(OH)4(NO3)2)と格子膨張を有する水酸化ニ
ッケル(Ni(OH)2)との混合物が得られる。
ある。
粒等へと成形することができる。
発明によれば、還元中に500〜3000v/v時の範囲のガス負荷を利用する
のが特別好ましい。
で触媒が安定化される。
本発明による触媒を不動態化するための方法を提供することにも関しており、触
媒がステップa)ではCO2含有量0.5〜10容量%のCO2-N2ガス混合物中で9
1℃〜350℃の温度において少なくとも30分間処理され、次にステップb)
ではステップa)で指摘したガス混合物が最高90℃の温度に冷却され、次にス
テップc)では、最高90℃の温度に到達後、第1不動態化段階においてガス混
合物に酸素、好ましくは空気が、0.2〜1.5容量%の酸素含有量になるまで
添加され、混合物中で触媒が振動下に少なくとも30分間処理され、次にステッ
プd)ではステップc)のガス混合物中のCO2含有量が第2不動態化段階におい
て<0.1容量%に低減され、O2含有量が1.5〜21容量%に高められる。
点を有しており、同時に、優れた熱的安定性を有して十分に再活性化可能な触媒
が得られる。有利なことに触媒は特別均一に不動態化される。前記条件のもとで
CO2の少ない不活性ガスで処理することによってきわめて均一で容易に再活性化
可能な触媒が得られたことは、実際意外なことであった。
にまたはバッチ式に実施され、特に高さ・直径比0.05〜1の範囲内である触
媒層を使って実施される前記方法に関する。
で処理する間CO2の濃度が1〜2.5容量%である前記方法を予定している。
で処理する間ガス負荷が500〜10000v/v時である前記方法を予定して
いる。他の好ましい実施形態において本発明は、ステップa)に従ってCO2-N2混
合物で処理する間および/またはステップc)、d)に従ってCO2-N2-O2ガス混
合物で処理する間ガス負荷が100〜3000v/v時である前記方法を予定し
ている。
いる。
段階の持続時間とステップd)によるステップ、つまり第2不動態化段階との比
が9:1である前記方法に関する。
プd)に従って触媒をCO2-N2-O2ガス混合物で処理する温度が50〜70℃であ
る前記方法に関する。
ている。本発明は好ましくは、ステップc)を実施するためにステップa)の混
合物のCO2含有量を例えば前記範囲に低減することを予定することができる。
N2-O2ガス混合物中のO2濃度が0.25〜0.8容量%である前記方法が提供さ
れる。
度は5〜10容量%である。
の振動が10〜20分の時間間隔を置いてそれぞれ0.5〜2分の時間にわたっ
て行われる前記方法に関する。有利には、10〜50Hzの振動数が調整される。
によってまたは回転炉内に配置することによって触媒層を運動させることも当然
に可能である。本発明の重要な観点は、ステップc)、d)による不動態化段階
中に少なくとも時々触媒を酸素-二酸化炭素-窒素混合物中で、例えば移動床中で
動かすことである。
容量%の窒素流のなかで80℃以下の温度において安定化することによっても行
うことができる。
PS 4 090 980の教示に従って実施することも当然に可能であり、触媒
を安定化させるためのプロセスパラメータに関してこの公報も本願の開示内容に
含まれる。
ケル400gの他にジルコニウムも硝酸ジルコニル溶液の形で含有する金属硝酸
塩溶液が添加される。金属硝酸塩溶液中のニッケルとZrO2のモル比は約6である
。金属硝酸塩溶液の添加後、攪拌しながら60℃の温度に加熱され、次に、60
0gの水酸化ナトリウムを8リットルの水に溶かして調製されたNaOH水溶液で6
0℃の温度において8〜8.5のpH値にて沈殿させる。沈殿時間は約2時間であ
る。沈殿に続いて懸濁液は上記温度においてなお2時間再攪拌され、次に濾過さ
れ、800℃でアニーリングされたフィルタケーキの強熱残留物に対してフィル
タケーキ内のNa2O含有量が<0.3%となるまで、アルカリ分のない水で洗浄さ
れる。次にフィルタケーキは120〜150℃の温度で約15時間乾燥させられ
、350℃で焼成される。
レート(Ni3(OH)4(NO3)2)とNi(OH)2とからなる混合物を明らかにした。
)中で不活化され、水素流(1000v/v時)中で毎分5℃の加熱率で450
℃に加熱され、450℃で6時間還元される。引き続き30分間450℃におい
て1500v/vhの窒素流中で不活化され、その後、窒素流(1500v/v
時)中で280℃に冷却された。この温度において、CO2濃度が2容量%となる
ような量の二酸化炭素が窒素に添加される。触媒はこの混合物で280℃におい
て30分間処理され、次に同じガス混合物中で55℃に冷却され、酸素含有量0
.1〜1容量%、CO2含有量0.6容量%の窒素流(1500v/v時)中で8
0℃以下の温度において安定化される。酸素濃度は、触媒温度が80℃を上まわ
らないように選定された。温度<80℃における安定化時間は4時間であった。
100℃で1時間の再還元後、触媒の還元度は84%である。
のZrO2とを含有している。
ストロームと107オングストロームにある。微細分散ニッケルの割合、すなわ
ち30〜80オングストロームの結晶粒度を有するニッケルの割合は、約61%
である。触媒測定の結果が表にまとめられている。
が入れられ、次に、攪拌しながら化合ニッケル-硝酸ジルコニル溶液(モル比:
ニッケル/ZrO2/SiO2=1:0.13:0.065)が添加される。次に、攪拌
しながら75〜80℃の温度に加熱され、ソーダ水溶液(150gのソーダ/1
リットルの溶液)を添加しながら沈殿を開始される。8〜8.5のpH値に達する
と沈殿は終了される。1時間の沈殿後、仕上げられた沈殿懸濁液はなお2時間再
攪拌され、実施例1で述べたように継続処理される。乾燥材料の焼成は450℃
で行われた。
ドロキシシリケート(Ni3Si2O5(OH)4)との混合物を生じた。
媒は総触媒に対して約65%のニッケルと18%のZrO2と3%のSiO2を含有し、
双峰ニッケル結晶粒度分布を有する。結晶粒度の極大は49オングストロームと
112オングストロームであった。微細分散ニッケルの割合、すなわち30〜8
0オングストロームの結晶粒度を有するニッケルの割合は、約54%である。触
媒は100℃において水素流(負荷:1000v/v時)中で1時間の再還元後
に75%の還元度を有する。
他に硝酸塩の形でケイソウ土もSiO2担体として含有する金属硝酸塩溶液が添加さ
れる。金属硝酸塩/担体/懸濁液中のニッケル/ZrO2/SiO2のモル比は1:0.
14:0.1であった。90℃の温度に到達後、1.35kgのNaHCO3を10リ
ットルの水に溶かして調製された炭酸ナトリウム溶液を添加することによって沈
殿が行われる。90℃の沈殿温度に到達後、沈殿が開始される。沈殿時間は1時
間である。8.5のpH最終値に到達後、仕上げられた沈殿懸濁液は90℃におい
てなお2時間攪拌され、次に実施例1、2におけると同様に継続処理される。乾
燥した材料の焼成は430〜450℃の温度で実施された。還元は実施例1と同
じ条件で行われた。
ドロキシシリケート(Ni3Si2O5(OH)4)との混合物を生じた。
のSiO2を含有している。結晶粒度の極大は44オングストロームと101オング
ストロームであった。微細分散ニッケルの割合、すなわち30〜80オングスト
ロームの結晶粒度を有するニッケルの割合は、約62%である。
ある。
mlの蒸留水に溶かされ、2.32gの炭酸ジルコニルが9mlのHNO3(56質
量%)に溶かされる。両方の溶液が化合され、101℃に加熱される。この混合
塩溶液は、強力に攪拌された100℃の高温のソーダ溶液に3分以内に均一に添
加される。このソーダ溶液は147.04gのNa2CO3と1416mlの蒸留水と
から調製されたものである。沈殿したばかりの懸濁液に27.76gのケイソウ
土が攪拌導入され、その際に得られる混合物がさらになお3分間攪拌される。
約20mgNa2O/リットルとなるまで洗浄される。
と水との量比=1:1)、60分間攪拌され、その後に再度濾過される。その後
に生じるフィルタケーキが再度濾過される。その際に発生するフィルタケーキは
押出されて円筒形成形体(直径5mm、長さ8〜10mm)とされ、引き続き温
度を高めて(50〜60℃)空気で乾燥され、乾燥質量に対して水の残含有量<
10質量%とされる。乾燥した材料は470℃において水素流中で400v/v
時の負荷で4時間にわたって還元される。
ロキシシリケートの位相が検出された。
のなかで本発明による触媒の特性と対比されている。
ニトロベンゼンのアニリンへの水素化: 触媒量:0.25g 反応混合物:80gのニトロベンゼンと40mlのH2O 反応圧力:30バール 反応温度:130℃ 攪拌速度:2000rpm ニトロベンゼンの100%が変換される時間が水素化活性の尺度として利用さ
れた。触媒の安定性は、ニトロベンゼンのアニリンへの転換終了後、触媒テスト
条件下で触媒の100時間処理後に平均Ni結晶粒度が増加することによって特徴
付けられた。
■zisionsmechanik GmbH社の測定ステーションで以下の実験撮影条件下で実施さ
れた。
割当てるためにJCPDS評価ファイル1997が利用された。
ステーションを使ってニッケルの平均一次粒度が測定された。干渉線プロフィー
ルから(111)網平面に垂直な拡散曲線部分が以下の条件で撮影された。
フィールのモダリティ(モノガウス線プロフィールまたは双峰ガウス線プロフィ
ール)についての判断が獲得された。
度の僅かな増加等のきわめて良好な安定化特性を示す。
Claims (21)
- 【請求項1】特に芳香族ニトロ化合物中のニトロ基を水素化するための、担体
上にニッケルを含む触媒であって、該触媒が安定化されており、双峰ニッケル結
晶粒度分布のニッケル結晶と(触媒の総質量に対して)60〜80質量%のニッ
ケル含有量と少なくとも70%の還元度(100℃で1時間の還元後)とを有す
る触媒。 - 【請求項2】ニッケル結晶粒度分布の両方の極大がそれぞれ30〜80オング
ストロームと81〜150オングストロームにある、請求項1記載の触媒。 - 【請求項3】30〜80オングストロームの結晶粒度を有するニッケルの割合
が(触媒の総質量に対して)40質量%よりも大きいかまたはそれに等しい、請
求項1または2記載の触媒。 - 【請求項4】担体がジルコニウムを含有しており、特にZrO2、ZrO2HfO2、SiO2 ・ZrO2、SiO2・ZrO2HfO2またはこれら物質の2種以上の混合物を含み、またはこ
れらからなる、請求項1〜3のいずれか1項記載の触媒。 - 【請求項5】SiO2含有量が(触媒の総質量に対して)最大20質量%である、
請求項4記載の触媒。 - 【請求項6】ZrO2含有量が(触媒の総質量に対して)20〜40質量%である
、請求項4または5記載の触媒。 - 【請求項7】HfO2含有量が(触媒の総質量に対して)最大4質量%である、請
求項4〜6のいずれか1項記載の触媒。 - 【請求項8】触媒が、特に粒度1〜100μm、好ましくは2〜25μmの粉
末の態様で存在する、請求項1〜7のいずれか1項記載の触媒。 - 【請求項9】特に芳香族ニトロ化合物中のニトロ基を水素化するための、特に
請求項1〜8のいずれか1項に記載されたニッケル含有担体触媒を調製するため
の方法であって、Ni2+およびZr4+含有溶液を塩基性溶液で8〜9のpH最終値にて
沈殿させることによって沈殿生成物を得、この沈殿生成物を250℃〜650℃
の温度で焼成し、250℃〜550℃の温度において水素で還元して安定化する
方法。 - 【請求項10】沈殿生成物が焼成後かつ還元前に不活化される、請求項9記載
の方法。 - 【請求項11】塩基性溶液がNaOH、NaHCO3、Na2CO3またはこれら物質の2種以
上の混合物の溶液である、請求項9または10記載の方法。 - 【請求項12】Ni2+およびZr4+含有溶液がNO3 -(硝酸塩)および/またはHf4+ を含有している、請求項9〜11のいずれか1項記載の方法。
- 【請求項13】Ni2+およびZr4+含有溶液がSiO2を、好ましくは懸濁させて含有
している、請求項9〜12のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項14】沈殿が50℃〜95℃の温度で行われる、請求項9〜13のい
ずれか1項記載の方法。 - 【請求項15】沈殿生成物が沈殿後に濾過され、好ましくは水で洗浄され、次
に非還元性雰囲気中で、好ましくは110℃〜150℃の温度において乾燥させ
られ、前駆体触媒が得られる、請求項9〜14のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項16】前駆体触媒の調製時に、ニッケルヒドロキシナイトレート(Ni3 (OH)4(NO3)2)からなる相、またはニッケルヒドロキシナイトレート(Ni3(OH)4(NO 3 )2)含有相、特にニッケルヒドロキシナイトレート(Ni3(OH)4(NO3)2)とニッケル
ヒドロキシカーボネート(Ni2(OH)2CO3・4H2O)とニッケルヒドロキシシリケート(
Ni3Si2O5(OH)4)との混合物、またはニッケルヒドロキシナイトレート(Ni3(OH)4(
NO3)2)とニッケルハイドロジェンカーボネート(Ni(HCO3)2)との混合物、または
ニッケルヒドロキシナイトレート(Ni3(OH)4(NO3)2)と格子膨張を有する水酸化ニ
ッケル(Ni(OH)2)との混合物が形成される、請求項9〜15のいずれか1項記載
の方法。 - 【請求項17】触媒前駆体が焼成前に錠剤、押出し品、パッドまたは丸粒へと
成形される、請求項9〜16のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項18】触媒前駆体が焼成後に錠剤、押出し品、パッドまたは丸粒へと
成形される、請求項9〜17のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項19】還元時のガス負荷が500〜3000v/v時である、請求項
9〜18のいずれか1項記載の方法。 - 【請求項20】O2-N2-CO2混合物、特に酸素含有量0.1〜1容量%、CO2含有
量0.6容量%のO2-N2-CO2混合物で触媒が安定化される、請求項9〜19のい
ずれか1項記載の方法。 - 【請求項21】安定化が80℃未満の温度で行われる、請求項9〜20のいず
れか1項記載の方法。
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