SE450466B - Katalysatorelement samt anvendning av detsamma - Google Patents

Katalysatorelement samt anvendning av detsamma

Info

Publication number
SE450466B
SE450466B SE8401515A SE8401515A SE450466B SE 450466 B SE450466 B SE 450466B SE 8401515 A SE8401515 A SE 8401515A SE 8401515 A SE8401515 A SE 8401515A SE 450466 B SE450466 B SE 450466B
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
catalyst
lyophobic
particles
lyophilic
fluid
Prior art date
Application number
SE8401515A
Other languages
English (en)
Other versions
SE8401515L (sv
SE8401515D0 (sv
Inventor
H Gustafsson
S Schwartz
K-B Widen
Original Assignee
Electrocell Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Electrocell Ab filed Critical Electrocell Ab
Priority to SE8401515A priority Critical patent/SE450466B/sv
Publication of SE8401515D0 publication Critical patent/SE8401515D0/sv
Priority to US06/800,597 priority patent/US4696910A/en
Priority to AT85901620T priority patent/ATE37299T1/de
Priority to PCT/SE1985/000105 priority patent/WO1985004118A1/en
Priority to DE8585901620T priority patent/DE3565055D1/de
Priority to EP85901620A priority patent/EP0174974B1/en
Publication of SE8401515L publication Critical patent/SE8401515L/sv
Publication of SE450466B publication Critical patent/SE450466B/sv

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/02Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
    • B01J31/06Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides containing polymers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J10/00Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor
    • B01J10/007Chemical processes in general for reacting liquid with gaseous media other than in the presence of solid particles, or apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J14/00Chemical processes in general for reacting liquids with liquids; Apparatus specially adapted therefor
    • B01J14/005Chemical processes in general for reacting liquids with liquids; Apparatus specially adapted therefor in the presence of catalytically active bodies, e.g. porous plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/44Palladium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/26Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24
    • B01J31/28Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24 of the platinum group metals, iron group metals or copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/40Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/58Fabrics or filaments
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/64Pore diameter
    • B01J35/6472-50 nm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/02Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
    • B01J21/04Alumina
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J21/00Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
    • B01J21/18Carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2231/00Catalytic reactions performed with catalysts classified in B01J31/00
    • B01J2231/60Reduction reactions, e.g. hydrogenation
    • B01J2231/64Reductions in general of organic substrates, e.g. hydride reductions or hydrogenations
    • B01J2231/641Hydrogenation of organic substrates, i.e. H2 or H-transfer hydrogenations, e.g. Fischer-Tropsch processes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

20 ZS 30 35 450 466 2 med vätskefashydreringar kan härvid schematiskt belysas genom följande enkla exempel.
Man vill framställa en förening B innehållande en hydroxyl- amingrupp och utgår därvid från motsvarande nitroförening A. Genom att desorptionen av B från katalysatorytan är relativt långsam, hinner B hydreras vidare till motsvarande aminförening C, och ut- bytet av B blir därför lågt. Motsvarande gäller i varierande grad för många konsekutiva, katalytiska reaktioner. Förändringar i vät- gastryck och temperatur påverkar utbytet mycket litet, varför hyd- reringssteget måste kompletteras med ett omfattande och i vissa fall energislukande upparbetningssteg. Av detta exempel framgår att redan mycket små förbättringar i fråga om katalysatoreffekti- vitet kan innebära väsentliga bidrag till och besparingar vid tek- niken på detta omrâde. 1 En förbättring av tekniken i samband med katalytiska reak- tioner beskrivs i den svenska utläggningsskriften 7114167-5. Den däri beskrivna tekniken går ut på att våtsäkra katalysatorbäraren, dvs. kol, med hjälp av maximalt lika mycket polytetrafluoreten som katalysatorbärare. Framställningen av de våtsäkrade katalysa- torpartiklarna enligt den svenska utläggníngsskriften sker genom att katalysatorpartíklarna blandas med polytetrafluoreten i emul- sionsform, varpå vattnet avdrives med värme till bildning av en ren blandning av katalysatorpartiklar.och polytetrafluoreten. De våtsäkrade katalysatorpartiklarna kan sedan användas i en bädd eller formas till ett element och ger därvid en viss förbättring av utbytet jämfört med icke våtsäkrade partiklar.
BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Enligt föreliggande uppfinning har det visat sig, att vä- sentligt förbättrat utbyte kan uppnås vid reaktioner av ovan an- givet slag, om katalysatorelementet ges en annan uppbyggnad än enligt den svenska utläggningsskriften 7114167-5. Förbättringen är av sådant slag att den skulle kunna uttryckas som en art- skillnad snarare än en gradskillnad, vilket öppnar oanade möjlig- heter inom området katalytiska reaktioner. Den uppnådda förbätt- ringen är överraskande mot bakgrund av det faktum att katalysator- elementet även i föreliggande fall är uppbyggt av en lyofob del och en lyofil del. Strukturen hos katalysatorelementet är emel- lertid en helt annan, och uppenbarligen är det denna nya struktur 10 15 20 25 30 35 ___- _ ___ll 450 466 3 som gör att de katalytiska reaktionerna sker med andra hastig- heter och eventuellt även enligt andra mekanismer, även om upp- finningen härvid inte begränsas av någon speciell teori, än en- ligt tidigare känd teknik. , Katalysatorelementet enligt uppfinningen utmärkes närmare bestämt av att det föreligger i form av en porös, lyofob kropp, vilken är försedd med ett ytskikt av katalysator över en del av sin periferi.
"Lyofob" innebär i föreliggande fall att det mellan den fasta fasen, dvs. den porösa kroppen, och ifrågavarande fluidum föreligger svaga bindníngskrafter (ingen affinitet), medan "lyofil" innebär det motsatta, dvs. att det föreligger starka krafter mellan fast fas och fluídum (stark affinitet) eller att den fasta fasen lätt vätes av ifrågavarande fluidum. Om fluídumet är vatten, blir motsvarande uttryck "hydrofob" resp. "hydrofil".
Sistnämnda fall representerar en föredragen utföringsform av uppfinningen, men uppfinningen är tillämpbar även på andra väts- kor, t.ex. vid hydrering av fettsyrort Uppfinningen är dock över- huvudtaget användbar på alla kombinationer av gas-vätska, vätska-vätska och gas-gas, varför man synonymt med lyofíl-lyofob också skulle kunna tala om fluida som i huvudsak ej är blandbara med varandra. Av ovanstående framgår också att uttrycket "fluidum" användes i dess vida betydelse, dvs. för såväl vätska som gas. _ Med katalysator förstås i detta sammanhang ren, lyofi katalysator eller katalysator uppburen på en lyofil bärare. Ett väsentligt särdrag i samband med föreliggande uppfinning är.sâ- lunda att katalysatorelementet är uppbyggt av en lyofob porös del och lyofil katalysator. Viktigt är dessutom att katalysatorn enbart föreligger i form av ett ytskikt på det lyofoba, porösa materialet och att det inte heller täcker hela ytan av detta po- rösa material. I enlighet med den tidigare kända tekniken enligt den svenska utläggningsskriften 7114167-5 kunde man förvänta sig att en uppbyggnad av ett katalysatorelement där lyofila delar föreligger omväxlande med lyofoba delar tvärs igenom hela ele- mentet skulle representera de bästa betingelserna för reaktion mellan exempelvis gas och hydrofil vätska. I motsats därtill har det dock enligt uppfinningen visat sig att så ej är fallet och att helt överraskande reaktionshastigheter av helt annan stor- 10 15 20 25 30 35 450 466 4 a leksordning uppnås vid en uppbyggnad hos elementet 1 enlighet med föreliggande uppfinning.
Av ovanstående följer att ett ytskikt av katalysator inne- bär att huvuddelen av katalysatorn, t.ex. mera än 50 viktprocent därav, inte bör vara inbäddad sä djupt i det lyofoba materialet att de enskilda katalysatorpartiklarna blir helt omgivna av lyo- fobt material utan att enbart en del av deras períferí är i di- rekt kontakt med det lyofoba materialet. Den lämpliga fram- ställningsmetodiken för ett element enligt uppfinningen blir där- för, till vilket vi också återkommer mera nedan, att man först framställer ett poröst element av det lyofoba materialet och därefter på lämpligt sätt belägger detta med ett katalysator- skikt.
Som en ytterligare följd av ovanstående behöver ej heller katalysatorskiktet göras speciellt tjockt, då detta inte ytter- ligare bidrar till att förbättra reaktionshastigheten utan tvärt om så småningom bidrar till att sänka hastigheten igen på grund av ökad transportväg för det lyofila fluidumet. Detta gör också att katalysatorkostnaderna kan hållas nere genom föreliggande uppfinning, vilket också innebär ett väsentligt bidrag till tek- niken på omrâdet, då som bekant dessa kostnader generellt sett är höga. För optimalt utnyttjande av katalysatorelementet bör därför katalysatorskiktets tjocklek vara högst 100 um, företrädes- vis högst 50 um, och speciellt ligga inom omrâdet 5 - 25 um och till och med inom området 5 - 15 um.
Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är kata- lysatorskiktet i elementet bildat genom fastsintring av katalysa- torpartiklar vid den porösa, lyofoba kroppen. Företrädesvis är härvid katalysatorpartiklarna inte enbart löst applicerade pà ytan och ähæfter sintrade utan sintringen sker med fördel i anslut- ning till pressning, så att katalysatorpartiklarna pressas in en bit i det lyofoba materialet. Alternativt kan även enbart press- ning användas för att fästa katalysatorpartiklarna vid ytan av den porösa kroppen.
Katalysatorpartiklarna har företrädesvis en partikelstor- lek som i huvudsak understiger 100 um, ännu hellre understiger S0 um, och som t.ex. ligger inom området 5 - 10 um. Med partikel- storlek förstås i detta fall den största utbredningen i någon riktning. En intressant form hos partiklarna är sfärisk form, 10 15 20 ZS 30 35 450 466 5 varvid storleken representeras av diametern.
En lämplig porstorlek för den lyofoba kroppen är i huvud- sak mindre än 20 um.
Beträffande porositeten för det lyofoba materialet strä- var man naturligtvis efter så hög porositet som möjligt för att därigenom nedbringa transporttiden för det lyofoba fluidumet.
Den övre gränsen sättes emellertid av den erforderliga hállfast- heten för elementet ifråga, vilken får bestämmas från fall till fall. Generellt gäller dock att en porositet inom området 20-50% kan vara lämplig, men högre värden och till och med mycke höga värden, överstigande 90%, kan vara tänkbara i vissa fall där kraven pa hàllfasthet inte är så stora.
Ett lämpligt material för den lyofoba kroppen är poly- tetrafluoreten, som har visat sig ge utomordentliga resultat vid utförda försök, men uppfinningsidén är tillämpbar på varje annan typ av lyofobt, företrädesvis hydrofobt, material som kan bi- bringas önskad porositet, t.ex. andra plast- eller polymer- material.
Beträffande katalysatorn gäller att denna ofta förekommer i handeln i form av katalysatorpartiklar uppburna på en inert bärare, och sådana katalysatorpartiklar har visat sig vara väl lämpade för användning vid uppfinningen. Exempel på sådana kata- lysatorer är palladium på aluminiumoxid och palladium på kol.
Katalysatorelementet enligt uppfinnhmæn kan ges manga olika former, men en speciellt intressant form är en platta, var- vid denna platta är försedd med ytskíktet av katalysatorn över den del som är avsedd att komma i kontakt med det lyofila flui- dumet. Porösa katalysatorplattor är sålunda användbara i kemiska reaktorer med filterpresskonfiguration, där det lyofila fluidumet får passera på ena sidan av plattan, i detta fall den kataly- satorbelagda sidan, och det lyofoba fluidumet får passera på mot- satt sida. Sådana plattor är lämpligen fastsatta i plastramar i önskat antal, där vartannat flöde utgöres av lyofilt fluidum och vartannat av lyofobt sådant. Dessa fluida kan ledas i samma rikt- ning eller i motsatt riktning mot varandra, dvs. i medströms- respektíve motströmsförhållande.
En annan intressant tillämpning av katalysatorelementet enligt uppfinningen är som s.k. fyllkropp för användningfi en fyllkroppskolonn. Elementet kan därvid ges någon av de former 10 15 20 25 30 35 450. 466 6 som är konventionella inom omradet fyllkroppskolonner. Sådana kolonner utnyttjas ofta genom inledning av gas nedtill och vätska upptill, dvs. nntströmsförhållande råder däri. Hur stor del av periferin av fyllkropparna som skall vara överdragen med ett yt- skikt av katalysator för optimala resultat vid denna tillämp- ning bestämmes av fackmannen på området i varje enskilt fall.
Uppfinningen hänför sig vidare till ett förfarande för framställning av ovannämnda katalysatorelement. Såsom redan har omnämnts ovan innebär ett föredraget förfarande att man över en del av periferin av den porösa lyofoba kroppen sintrar fast ett ytskikt av katalysator. Detta kan t.ex. ske genom att man helt enkelt strör eller breder ut katalysatorpartiklarna över den del av ytan av det lyofoba materialet som skall beläggas och därefter utför upphettning till ifrågavarande materials sintrings- temperatur för fastsintring av katalysatorpartiklarna vid ytan.
Företrädesvis användes dessutom i anslutning därtill en press- ningsoperation för inpressning av katalysatorpartiklarna en bit in i det lyofoba materialet. Denna pressning kan exempelvis utföras efun sintringsoperationen, dvs. medan materialet befinner sig i kallt tillstånd. Dessutom kan, såsom redan har omtalats, enbart pressning användas¿ Andra metoder för att åstadkomma ifrågavarande ytskíkt kan dock användas, varvid som exempel härpä kan nämnas vätbelägg- ningsmetoder, där katalysatormaterialet är uppslammat i en vätska, som efter beläggníngsoperationen avdrives pà konventionellt sätt. Även bindemedel torde kunna användas för att fästa katalysator- partiklarna, varvid man i ett sådant fall bör beakta att ett lyofobt bindemedel användes, så att de enskilda katalysator- partiklarna inte enbart omges av lyofilt material.
Uppfínningen hänför sig slutligen till användning av kata- lysatorelementet beskrivet ovan i en reaktor avsedd för en kemisk reaktion, där ett lyofobt fluidum bríngas i kontakt med ett lyofilt fluidum för reaktion i närvaro av katalysatorn i ele- mentet.
Såsom har omtalats ovan är en föredragen användning härvid användning av katalysatorelementet i form av en platta i en ke- misk reaktor där det lyofila fluidumet bringas i kontakt med det lyofoba fluídumet från var sin sida av plattan, varvid den sida av plattan som är försedd med ytskíktet av katalysator är 10 15 20 25 30 35 40 7 450 466 vänd mot det lyofila fluidumet.
En annan utföringsform av ifrågavarande användning är an- vändning av katalysatorelementet i form av en fyllkropp i en fyllkroppskolonn, där ett lyofobt fluidum bringas i kontakt med ett lyofilt sådant.
RITNINGAR Uppfinningen kommer nu att beskrivas mera i detalj i an- slutning till de bílagda ritningarna, på vilka Fig. la schematískt visar uppbyggnaden av ett katalytiskt element enligt den kända tekniken; Fig. lb schematískt visar uppbyggnaden av ett katalytiskt element enligt föreliggande uppfinning; I Fig. 2 schematískt visar den laboratoríereaktor vari ett katalysatorelement i form av en platta har använts för utförande av de nedan beskrivna försöken; och Fig. 3 schematískt visar en fyllkroppskolonn vari katalysatorelement enligt uppfinningen i form av fyllkroppar har använts för utförande av de nedan be- skrivna försöken.
FURSUK I Ett antal försök utfördes med katalysatorelement i form av plattor för hydrering av p-nitrobensoesyra till p-aminobensoesyra i närvaro av palladíum som katalysator, varvid försöksbetingel- serna och -resultaten var följande: Material i katalysatorplattorna Materialet bestod av ínert hydrofobt pulver och aktiv metall på olika typer av bärarpulver. Det ínerta pulvret bestod av icke-porösa partiklar med storleken 30 - 50 um. Bärarpartik- larna var porösa (medelpordiameter 10 nm) och hade en partikel- storlek av ca 5 um.
Det använda katalytiska materialet var av tre olika typer, av vilka tva är kommersiellt tillgängliga. Dessa två var 10% Pd-pa-alumíníumoxid och 10% Pd-på-kol. Den tredje typen utgjordes av l,9% Pd-på-Ni0/SiOZ erhâllen genom impregnering av bäraren med palladium(II)kloríd1ösning (S00 mol/m3) i koncentrerad ammoniak följt av torkning med kväve och reduktion med väte vid 450°C i l timme respektive 3 timmar.
Förutom pulvermaterialen innehöll plattorna även armerings- _nät av nickeltràd (0,l6 mm) eller glasfibrer (0,2 mm).
Framställning av och'karakteristika för plattorna De katalytiska plattorna framställdes i en hydraulisk 10 15 20 25 30 35 450 466 8 press vid ett tryck av från 450 till 750 kp/cmz (44,l MPa till 73,6 MPa). Längd respektive bredd för plattorna använda vid hyd- reringarna var ca 150 x S6 mm, varvid den geometriska arean i kontakt med vardera av de bada reaktanterna var 73 cmz.
Inter-partíkelporerna för plattorna var beroende av det hydrauliska trycket under framställningen och bestämdes till mellan 1 och 5 um.
Plattorna bestod av två olika skikt, nämligen ett kataly- tiskt skikt pà vätskesidan och ett hydrofobt skikt på gassidan.
Det hydrofoba skiktet, som var.tillverkat av polytetrafluoreten- partiklar, ger fri passage för gasen genom detta skikt till det katalytiska skiktet. Det katalytiska skiktet bestod av antingen en blandning av polytetrafluoretenpartiklar och katalysator- partiklar (känd teknik) eller enbart katalysatorpartiklar (före- liggande uppfinning). Beroende på tjockleken och sammansättningen av de olika skikten och placeringen av armeríngsnätet kan de testade plattorna uppdelas i två kategorier: a) plattor enligt den kända tekniken (I, II och III), där det katalytiska skiktet var tjockare än polytetrafluoretenskiktet.
Det katalytiska skiktet bestod av såväl katalytiska partiklar som polytetrafluoretenpartiklar. Ett nickelnät var placerat i det katalytiska skiktet nära gränsen mellan de bada skikten. Denna uppbyggnad visas schematiskt i Fíg. la, där hänvisníngsbeteck- ningen l representerar polytetrafluoretenskiktet och hänvis- ningsbeteckningen 2 representerar det katalytiska skiktet, medan 3 anger ifrågavarande nickelnät. b) Plattor enligt uppfinningen (IV, V, VI och VII), där det katalytiska skiktet var mycket tunt jämfört med polytetrafluor- etenskiktet. Det katalytiska skiktet utgjordes enbart av kataly- tiska partiklar. Glasfibernät var placerade í polytetrafluoreten- skiktet. Denna uppbyggnad av plattan presenteras schematiskt i Fíg. lb, där polytetrafluoretenskiktet är utmärkt med 4, det katalytiska skiktet med 5 och glasfibernätet med 6.
Reaktor D I den använda laboratoriereaktorn var den katalytiska plattan anordnad mellan två tjocka ändplattor av rostfritt stål, såsom schematiskt visas i Fíg. 2, där den katalytiska plattan är markerad med 7 och ändplattorna med 8 respektive 9, med inlopp och utlopp för gas respektive vätska samt spår på innersídorna 450 466 av ändplattorna för placering av nät, vilka åstadkommer turbu- lent flöde. gydreringar och analyser Hydrering av p-nitrobensoesyra i form av en vattenlösning (100 mol/m3) vid 8l°C användes för bestämning av effektiviteten för den porösa plattan som katalysator i en modul av cellreaktorn.
Vätgastrycket var 9,8 bar. Data för använda plattor samt erhåll- na resultat redovisas i Tabellerna 1 och 2.
Tabell 1 KATALYSATORELEMENT FRAMSTÄLLDA ENLIGT KÄND TEKNIK Hydrering av 0,1 molar p-nitrobensoesyra. a1°c. vätgasn-yek 9,8 bar (o,9s MPa) Katalysatorskíkt Katalysator- Reaktions- _ elementets hastighet mtalmtm” fifïk- totala tjoek- Moi ABs imehall n; lek m “'13 kg P Hem' 19% pd På 25% 1< u 1 t o ss o 10 o 011 P61 I N10/ S102 nmrabgrší: or ' ' ' 75%IfiFE Exemr l,9% Pd.på pel II Nio/sioz - ššålkaššlšsêtor 0,35 0,50 0,138 75% PTFE Exemf 10% Pd på 33% katalysator 0,40 0,60 0,061 pel aluminium- inkl. bärare III oxid 67% PTFE PTFE = polytetrafluoreten ABS = p-amnumænsoesyra 450 466 10 Tabell 2 KATALYSATORELEMENT FRAMSTÅLLDA ENLIGT FURELIGGANDE UPPFINNING Hydrering av 0,1 molar p-nitrobensoesyra. s1°c. vätgasuyck 9,0 har (0,9s MPa).
Katalysatorskíkt Reaktionshastighet ' k k hhl ABS kfl-ta-IYSGÉOI' _* t] olïmle Exempel IV 10% ?d_pà _d 0,010 6,06 axmunnmxi Exempel v 10% Pa på m1 0,005 7,39 Exempel VI 10% Pd pà kol 0,005 9,06 exempel vn -loæ Pd på kol s 0,005 22,4 PTFE = polytetrafluoreten ABS = p-anfinobensoesyra i' katalysatorelementets totala tjocklek = 0,45 mm Sammanfattning: De uppnådda förbättringarna ifråga om reaktionshastighet är mycket stora och överraskande mot bakgrund av det faktum att katalysatorelementet även enligt föreliggande uppfinning är upp- byggt av en lyofob och en lyofil del. De i de genomförda försöken till flera potenser uppnådda förbättringarna är uppenbarligen en följd av strukturen hos katalysatorelementet, vilken är en helt annan än den kända tekniken. 10 15 20 25 30 35 450 466 ll FURSUK II Två försök utfördes med katalysatorelement i form av fyllkroppar för hydrering av p-nítrobensoesyra till p-amino- bensoesyra i närvaro av palladium som katalysator, varvid för- söksbetingelserna och -resultaten var följande: Material i katalysatorfyllkropparna Materialet bestod av inert hydrofobt pulver och aktiv metall på bärare. Det inerta pulvret bestod av icke-porösa par- tiklar med storleken 30-S0 um. Bärarpartiklarna var porösa (medelpordíameter 10 nm) och hade en partikelstorlek av ca 5 um. Det använda katalytiska materialet var kommersiellt till- gängligt (l0% Pd på kol).
Förutom pulvermateríalet innehöll katalysatorkropparna ett armeringsnät av glasfiber (0,2 mm).
Framställning av och karakteristika för fyllkroppselementen Ett katalysatorelement framställdes först i form av en platta. Plattan framställdes i en hydraulisk press vid ett tryck av 7so kp/cmz 03,6 MPa). ' Inter-partikelporerna för plattan bestämdes till 2 um.
Plattan bestod av två olika skikt, nämligen ett kataly- tiskt skikt på ena sidan och ett hydrofobt skikt på andra sidan.
Det hydrofoba skíktet, som var tillverkat av polytetrafluoreten- partiklar, ger fri passage för gasen genom detta skikt till det katalytiska skiktet. Det katalytiska skiktet bestod enbart av katalysatorpartiklar (föreliggande uppfinning).
Det katalytiska skiktet, som var mycket tunt jämfört med polytetrafluoretenskiktet, utgjordes enbart av katalytiska partiklar. Glasfibernät var placerat i polytetrafluoretenskik- tet. Denna uppbyggnad av plattan presenteras schematiskt i Pig. lb, där polytetrafluoretenskiktet är utmärkt med 4, det katalytiska skiktet med 5 och glasfibernätet med 6.
De två försöken representerar olika sätt att packa fyll- kolonnen genom att dimensionera fyllkropparna enligt följande. a) Plattan klipptes till remsor i format 2 x 400 mm (tjocklek 0,45 mm) b) Plattan klipptes till remsor i format Z x 100 mm (tjocklek 0,45 mm) . . ._............. ... ....-. 10 15 20 25 450 466 12 Reaktor I den använda fyllkolonnen, vilket utgjordes av ett glas- rör med en diameter av 50 mm och en höjd av 370 mm, packades kolonnen med fyllkropparna. För fördelning av den nedströmmande G nitrobensoesyran placerades ett skikt av 3 mm glaskulor ovannà fvllkronparna. I detta försök tillfördes vätgas medströms. Den totala geometriska katalysatorskiktsytan var 9,24 dmz.
I Fig. 3 redovisas schematiskt en fyllkolonn utmärkt med 10, där fyllkropparna placeras i utrymmet 11 med glaskulor 12 för fördelning av ingående vätska 13. Utgående vätska är ut- märkt med 14. Gasflöde in är utmärkt med 15 medan utgående gas- flöde är utmärkt med 16.
Hydreringar och analyser Hydrering av p-nitrobensoesyra i form av en vattenlösning (100 mol/m3) vid 71°C användes för bestämning av reaktorns effek- tivitet i förhállande till en s.k. slurryreaktor. Vätgastrycket var 1,2 bar. Data för använt katalysatorelement samt erhållna resultat redovisas i Tabell 3.
Tabell 3 Katalysatorelement i form av fyllkroppar i en fyllkroppskolonn.
Hydrering av 0,1 molar p-nitrobensoesyra 71°c. vätgas-tryck 1,2 har (o,1z MPa).
Katalysatorskikt _ Reaktoreffekti- Tjock- šïšíïäêpps vitet Katalysator lek m % av slurry- mn reaktor Exem' 45 z pel 10% Pd på kol 0,005 0, x x 400 22 VIII ' Emme - pel 10% Pd pà kol 0,005 0,45 x 2 x 400 29 Ix _ ~ I Sammanfattning 3 De i de genomförda försöken till flera potenser uppnådda förbättringarna (i litteraturen anges att fyllkroppskolonner har en effektivitetsfaktor på från 0,1 till 1,0% av slurryreaktorn) är uppenbarligen en följd av strukturen hos katalysatorelementet, vilken är en helt annan än den kända tekniken.

Claims (11)

450 466 13 PATENTKRAV
1. Katalysatorelement för användning i en reaktor av- sedd för en kemísk reaktion, där ett lyofobt fluidum, t.ex. en gasformig reaktant, bríngas i kontakt med ett lyofilt fluidum, t.ex. en vattenlösning av en reaktant, för reaktion i närvaro av katalysator i nämnda element, k ä n n e t e c k n a t av att det föreligger i form av en porös lyofob, t.ex. hydrofob, kropp, vilken har en porstorlek som är i huvudsak mfluhe à12O pm, försedd med ett högst 100 pm tjockt ytskikt av lyofila, t.ex. hydrofila, katalysatorpartiklar, vars storlek i huvudsak under- stiger 50 um, över enbart en del av sin periferi, varvid kata- lysatorskíktet är bildat genom sintring och/eller pressning av katalysatorpartíklarna'till den porösa, lyofoba kroppen.
2. Katalysatorelement enligt krav 1, k ä n n e t e c k- n a t av att katalysatorpartiklarna har en partíkelstorlek, som ligger inom omrâdet 5-10 um.
3. VKatalysatorelement enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att katalysatorskiktet har en tjocklek av högst S0 um och speciellt inom området 5-15 um.
4. Katalysatorelement enligt nagot av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att den lyofoba kroppen-är av ett polymert material, t.ex. polytetrafluoreten.
5. Katalysatorelement enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att katalysatorn förelig- ger i form av rena katalysatorpartiklar eller katalysatorpar- tiklar uppburna av bärarpartiklar.
6. Katalysatorelement enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att det har formen av en platta, vilken är försedd med ytskiktet av katalysator över den del som är avsedd att komma i kontakt med det lyofila fluídumet.
7. Katalysatorelement enligt nagot av kraven 1-S, k ä n n e t e c k n a t av att det har formen av en s.k. fyll- kropp avsedd för användning i en fyllkroppskolonn. 450 466 14
8. Förfarande för framställning av ett katalysator- element enligt något av kraven 1-7, k ä n n e t e c k n a t av att man fäster ett ytskíkt av den lyofíla katalysatorn över en del av períferín av den porösa lyofoba kroppen genom sintring och/eller pressníng.
9. Användning av ett katalysatorelement enligt något av kraven 1-7 i en reaktor avsedd för en kemisk reaktion, där ett lyofobt fluidum, t.ex. en gasformig reaktant, bríngas i kontakt med ett lyofílt fluídum, t.ex. en vattenlösníng av en reaktant, för reaktion i närvaro av katalysator i nämnda element.
10. Användning enligt krav 9 av katalysatorelementet i form av en platta i en kemisk reaktor.
11. Användning enligt krav 9 av katalysatorelementet i form av en fyllkropp i en fyllkroppskolonn. 6-1 n: .
SE8401515A 1984-03-19 1984-03-19 Katalysatorelement samt anvendning av detsamma SE450466B (sv)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE8401515A SE450466B (sv) 1984-03-19 1984-03-19 Katalysatorelement samt anvendning av detsamma
US06/800,597 US4696910A (en) 1984-03-19 1985-03-08 Catalyst element, a process for the preparation thereof as well as a use thereof
AT85901620T ATE37299T1 (de) 1984-03-19 1985-03-08 Katalysatorelement, verfahren zu dessen herstellung sowie dessen verwendung.
PCT/SE1985/000105 WO1985004118A1 (en) 1984-03-19 1985-03-08 A catalyst element, a process for the preparation thereof as well as a use thereof
DE8585901620T DE3565055D1 (en) 1984-03-19 1985-03-08 A catalyst element, a process for the preparation thereof as well as a use thereof
EP85901620A EP0174974B1 (en) 1984-03-19 1985-03-08 A catalyst element, a process for the preparation thereof as well as a use thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE8401515A SE450466B (sv) 1984-03-19 1984-03-19 Katalysatorelement samt anvendning av detsamma

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE8401515D0 SE8401515D0 (sv) 1984-03-19
SE8401515L SE8401515L (sv) 1985-09-20
SE450466B true SE450466B (sv) 1987-06-29

Family

ID=20355201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE8401515A SE450466B (sv) 1984-03-19 1984-03-19 Katalysatorelement samt anvendning av detsamma

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4696910A (sv)
EP (1) EP0174974B1 (sv)
DE (1) DE3565055D1 (sv)
SE (1) SE450466B (sv)
WO (1) WO1985004118A1 (sv)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5183788A (en) * 1991-10-10 1993-02-02 Exxon Research And Engineering Company Modular surface catalyzed membrane containing a microporous membrane catalyst layer and transport layer
DE10005663A1 (de) * 2000-02-09 2001-08-23 Basf Ag Herstellungsverfahren für eine Katalysatorpackung, Reaktor mit Katalysatorpackung sowie deren Verwendung
CN115945204B (zh) * 2022-04-01 2024-04-26 四川晨光博达新材料有限公司 一种多孔负载定型二氟化钴催化剂及其制备方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3271322A (en) * 1964-06-30 1966-09-06 Du Pont Catalytic surface
DE1280822B (de) * 1964-10-20 1968-10-24 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung von Gas-Diffusionselektroden mit grossen und kleinen Poren
US3388004A (en) * 1965-09-30 1968-06-11 Leesona Corp Method of making electrodes using hydrophobic polymer
CA907292A (en) * 1970-01-28 1972-08-15 H. Stevens William Process and catalyst for enriching a fluid with hydrogen isotopes
CA1063587A (en) * 1976-06-25 1979-10-02 John P. Butler Process for the exchange of hydrogen isotopes between streams of gaseous hydrogen and liquid water and catalyst
US4078893A (en) * 1976-06-30 1978-03-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Catalyst system for the detection and elimination of hydrogen gas
CA1123416A (en) * 1978-04-28 1982-05-11 Ryohei Nakane Catalyst for concentrating hydrogen isotopes and process for producing a support therefor
DE2835943A1 (de) * 1978-08-17 1980-03-20 Heyl & Co Polymere hydrierkatalysatoren, verfahren zur herstellung dieser katalysatoren und ihre verwendung fuer homogene hydrierungen
DE3013753A1 (de) * 1980-04-10 1981-10-15 Varta Batterie Ag, 3000 Hannover Hydrophober katalysator fuer rekombinatoren
DE3122659A1 (de) * 1981-06-06 1982-12-23 Varta Batterie Ag, 3000 Hannover Hydrophober katalysator fuer rekombinatoren
JPS58122046A (ja) * 1982-01-18 1983-07-20 Hitachi Ltd 気・液反応方法
US4560671A (en) * 1983-07-01 1985-12-24 Union Carbide Corporation Olefin polymerization catalysts adapted for gas phase processes

Also Published As

Publication number Publication date
SE8401515L (sv) 1985-09-20
SE8401515D0 (sv) 1984-03-19
US4696910A (en) 1987-09-29
DE3565055D1 (en) 1988-10-27
EP0174974A1 (en) 1986-03-26
WO1985004118A1 (en) 1985-09-26
EP0174974B1 (en) 1988-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI70398C (fi) Foerfarande vid framstaellning av vaeteperoxid
US4865630A (en) Porous membrane for use in reaction process
Caro et al. Catalytic membrane reactors for partial oxidation using perovskite hollow fiber membranes and for partial hydrogenation using a catalytic membrane contactor
US8119843B2 (en) Reaction apparatus
US3898180A (en) Catalyst pellet
WO1998038147A1 (en) Fischer-tropsch synthesis
CN100371306C (zh) 环十二碳三烯选择氢化成环十二烯的方法
CN1507426A (zh) 三相化学反应用的微结构型催化剂床
EP0188182B1 (en) A fluid-permeable fibre matrix and a method of producing said matrix
SE450466B (sv) Katalysatorelement samt anvendning av detsamma
EP1867627A1 (en) Process for production of tertiary amines
NO864445L (no) Sjiktpakningsmateriale, f.eks. til bruk som en katalysator-forloeper.
CN110614071A (zh) 利用微气泡强化传质的具有多孔泡沫结构的三相微反应器
CN107628929B (zh) 一种甘油氢解制1,2-丙二醇的生产工艺
CN101229513A (zh) 用于蒽醌法生产过氧化氢的负载型钯催化剂及其制备方法
CN101229915A (zh) 蒽醌法生产过氧化氢的方法
CN106395755A (zh) 一种蒽醌法制备过氧化氢的方法
CA2325435A1 (en) Fixed catalytic bed reactor
Hou et al. Membrane based gas–liquid dispersion integrated in fixed-bed reactor: a highly efficient technology for heterogeneous catalysis
Irandoust et al. The use of monolithic catalysts for three-phase reactions
WO2006065127A1 (en) Multiphase reactions using solid foams
Vayenas et al. Optimal catalyst distribution for selectivity maximization in nonisothermal pellets: the case of parallel reactions
US20030052043A1 (en) Structured catalysts and processes for gas/liquid reactors
RU2210432C1 (ru) Катализатор и способ получения углеводородов и их кислородсодержащих производных из синтез-газа
CN1274381C (zh) 一种催化蒸馏组件及使用该组件的催化蒸馏方法

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed

Ref document number: 8401515-5

Effective date: 19931008

Format of ref document f/p: F