WO2008145386A2 - Verfahren zur herstellung eines schalenkatalysators - Google Patents

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Peter Scheck
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Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • a coated catalyst comprising a porous catalyst support molding having an outer shell, in which at least one transition metal in metallic form is contained.
  • transition metal catalysts in the form of coated catalysts and processes for their preparation are known in the art.
  • the catalytically active metals often including the promoters, are contained only in a more or less broad outer region (shell) of a porous catalyst support molding, i. they do not completely penetrate the catalyst support molding (cf., for example, EP 565 952 A1, EP 634 214 A1, EP 634 209 A1 and EP 634 208 A1).
  • coated catalysts a more selective reaction is possible in many cases than with catalysts in which the carrier is loaded into the carrier core with the catalytically active metals ("impregnated").
  • Vinyl acetate monomer for example, is currently produced predominantly by noble metal shell catalysts in high selectivity.
  • the majority of the coated catalysts used are coated catalysts with a Pd / Au shell on a porous amorphous formed as a ball aluminosilicate on the basis of natural phyllosilicates in the form of acid-treated calcined bentonites, which are impregnated with potassium acetate as a promoter.
  • Pd / Au system of these catalysts are the Active metals Pd and Au probably not in the form of
  • VAM shell catalysts with a Pd / Au shell are usually prepared in a so-called chemical route, on which the catalyst support with solutions of corresponding metal compounds, for example by immersing the support in the solutions or by Incipient Wetness method (pore filling method), in which the carrier is loaded with a solution volume corresponding to its pore volume, is soaked.
  • chemical route on which the catalyst support with solutions of corresponding metal compounds, for example by immersing the support in the solutions or by Incipient Wetness method (pore filling method), in which the carrier is loaded with a solution volume corresponding to its pore volume, is soaked.
  • VAM shell catalysts with a Pd / Au shell are produced according to the prior art by first impregnating the catalyst support molding in a first step with an aqueous solution of the acidic metal salt compound Na 2 PdCl 4 and then in a second step the Pd catalyst.
  • Component is fixed with a NaOH solution on the catalyst support in the form of a Pd hydroxide compound.
  • the catalyst support is then impregnated with an aqueous solution of the acidic metal salt compound NaAuCl 4 and then the Au component also fixed by means of NaOH.
  • the prior art also describes impregnating the carrier first with caustic and then applying the metal salt compounds to the carrier pretreated in this way. After fixing the noble metal components in an outer shell of the
  • Catalyst support the loaded catalyst support is then washed largely free of chloride and Na ions, then dried and finally at about 150 0 C with Ethylene reduced.
  • the produced Pd / Au shell usually has a thickness of approximately up to 500 ⁇ m.
  • the catalyst support loaded with the noble metals is loaded with the promoter potassium acetate, wherein the loading with potassium acetate is not only carried out in the outer shell loaded with precious metals, but rather the catalyst support is completely thoroughly impregnated with the promoter.
  • the active metals Pd and Au are deposited starting from metal salt solutions in an outer shell of the carrier by means of impregnation and subsequent base precipitation (fixation).
  • this technique has reached its limits in terms of minimum shell thicknesses and high loadings.
  • the object of the present invention is therefore to provide a process for the preparation of a coated catalyst comprising a porous catalyst support molding having an outer shell in which at least one transition metal in metallic form is contained, by means of which shell catalysts can be produced having a relatively high metal loading and have a relatively thin shell.
  • Transition metal salt compound is included;
  • transition metal catalysts supported by the process according to the invention can be prepared with relatively high metal loading and relatively thin shells.
  • Shelled catalysts prepared by the process according to the invention have a higher activity compared to the corresponding shell catalysts known in the prior art.
  • Shell catalysts over a relatively large range of shell thickness have a largely uniform and high concentration of the desired metal.
  • the process according to the invention dispenses with the use of bases for fixing the metal component
  • the process according to the invention is suitable in particular for producing coated catalysts with a catalyst support which is unstable to bases, for example catalyst supports based on natural layer silicates.
  • a catalyst support which is unstable to bases, for example catalyst supports based on natural layer silicates.
  • the thickness of the metal shell of a shell catalyst can be optically measured, for example, by means of a microscope.
  • the area in which the metals are deposited appears black, while the metal-free areas appear white.
  • the boundary between metal-containing and - free areas is usually very sharp and visually clearly visible. If the abovementioned boundary line is not sharp and can not be visually clearly identified, the thickness of the shell corresponds to the thickness of a shell, measured from the outer surface of the catalyst support, in which 95% of the metal deposited on the support is contained.
  • carboxylic acid is understood as meaning a substance which contains at least one carboxyl group.
  • the catalyst support molding can be subjected to the method according to the invention frequently.
  • a transition metal salt compound can be applied to the molding, wherein the impregnation step with the acid or with the carboxylic acid salt in principle needs to be done only once.
  • the inventive method can also be carried out with mixed solutions, which
  • Metal salt compounds of two or more desired metals are two or more desired metals.
  • the impregnation of the catalyst carrier molded body with the first solution takes place before the impregnation of the catalyst carrier molded body with the second solution.
  • the second solution causes a very rapid precipitation of the metal component of the metal salt compound, it is ensured that the metal component does not precipitate exclusively on the outer surface of the shaped body and is fixed there, but can even penetrate into the molding to form a thin shell ,
  • the impregnation of the catalyst carrier molded body with the first solution after impregnation of the catalyst carrier molded body is carried out with the second solution to ensure the formation of relatively thin shells.
  • the first solution and the second solution may also be premixed and the solution mixture then applied in a single impregnation step.
  • first solution from which the metal component can be precipitated by means of an increase in the proton concentration, for example as metal oxide or hydroxide
  • second solution both a solution of an inorganic and a solution of an organic acid can be used.
  • the second solution may contain the corresponding organic acid or a salt thereof.
  • Carboxylic acid salt and the solvent of the second solution will usually be carried out depending on the metal salt compound to be used, from which the metal component is to be precipitated.
  • the precipitation rate of the metal component and thus the shell thickness can be controlled via the targeted selection of the acid or of the carboxylic acid salt and also via its concentration.
  • a preferred inorganic acid is for example one
  • Acid selected from the group consisting of the mineral acids, in particular from the group consisting of carbonic acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, sulfuric acid and phosphoric acid.
  • an acid selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, nitrilotriacetic acid, propionic acid, tartaric acid, polyacrylic acid, citric acid, lactic acid, glycine, oxamic acid, oxalic acid, malic acid, pyruvic acid, glycolic acid and glyoxylic acid may be preferable.
  • transition metal ions under appropriate conditions (such as type of solvent or temperature), can form insoluble precipitates with one or more anions of these acids in a relatively short time and precipitate correspondingly rapidly resulting in the formation of relatively thin shells.
  • Particularly preferred acids are formic acid, acetic acid and oxalic acid, since the metal salts of these Leave acids largely residue-free (soot-free) by means of calcining into a metal oxide.
  • the conversion into a metal oxide may be preferred, from which the metal component is easier to convert (for example, under gentler conditions) into the metallic form than from the corresponding salt.
  • the salt of the carboxylic acid is a salt of a carboxylic acid selected from the group consisting of formic acid, acetic acid, nitrilotriacetic acid , Propionic acid, tartaric acid, polyacrylic acid, citric acid, lactic acid, pyruvic acid, glycine, oxamic acid, oxalic acid, malic acid, glycolic acid and glyoxylic acid, in particular from the group consisting of formic acid, acetic acid and oxalic acid.
  • the cations of these salts may be, for example, alkali metal ions, alkali metal-free salts such as ammonium salts being preferred, since they can be used to prepare alkali-metal-poor shell catalysts.
  • the first and second solutions to be used in the process according to the invention and the catalyst support molding are preferably free from halide ions, in particular chloride, sulfate and alkali metal ions, in particular free from chloride and alkali metal ions, since these can act as catalyst poisons.
  • the acid or the carboxylic acid salt is present in the corresponding solution in a minimum concentration which is to be matched to the amount of metal salt compound, for example in a concentration of at least 0.05 to 0.2 mol / l.
  • at least such an amount of acid or carboxylic acid salt in a suitable concentration is applied to the catalyst support molding, which is in a simple stoichiometric ratio to the transition metal salt compound.
  • the simple stoichiometric ratio is calculated according to stoichiometric rules known to the person skilled in the art.
  • the catalyst support molding is impregnated with an amount of acid or carboxylic acid salt corresponding to a 0, 2 to 1.5 times the stoichiometric excess of acid or of carboxylic acid salt corresponds, based on the amount of metal salt compound applied or to be applied, preferably 0.2 to 1.0 times the stoichiometric excess.
  • the advantageous properties of the method according to the invention are particularly pronounced, in particular when using the noble metals, Co, Ni and Cu, in particular the noble metals Rh, Pd, Pt, Au and Ag.
  • the metal salt compound is a compound of a metal selected from the group consisting of the noble metals, Co, Ni and Cu, in particular from the group consisting of Rh, Pd, Pt, Au and Ag.
  • the first solution is basic, i. in that the solution containing the metal salt has a pH greater than 7. It has been found that the metal components of transition metal salts can be precipitated relatively completely and rapidly, especially from alkaline solutions, by means of acid or carboxylic acid salts.
  • Basic solutions of metal salt compounds are particularly easy to prepare by dissolving a basic metal salt compound in an aqueous solvent. Accordingly, it is preferable that the first solution contains a basic metal salt compound.
  • the term "basic metal salt compound” is understood to mean a salt compound of a transition metal which reacts basicly when dissolved in pure water, which is manifested by an increase in the pH.
  • Basic Pd compounds which are preferably used in the process according to the invention are selected from the group consisting of Pd (NH 3 ) ((OH) 2 , Pd (NH 3 ) 4 (OAc) 2 ,
  • Au compounds which are particularly suitable for carrying out the process according to the invention and are therefore particularly preferred are selected from the group consisting of basic metal salt compounds KAuO 2 , NaAuO 2 , NMe 4 AuO 2 , RbAuO 2 , CsAuO 2 , KAu (OAc) 3 OH, NaAu (OAc) 3 OH, RbAu (OAc) 3 OH, CsAu (OAc) 3 OH and NMe 4 Au (OAc) 3 OH. It may be advisable to freshly prepare the KAuO 2 or NaAuO 2 by means of precipitation of the oxide / hydroxide from a solution of gold acid, washing and isolation of the precipitate and uptake of the same.
  • Basic Pt compounds which are particularly suitable for carrying out the process according to the invention and are therefore particularly preferred are selected from the group consisting of the metal salt compounds Pt (NH 3 J 4 (OH) 2 , Pt (NH 3 ) 2 (NO 2 ) 2 , PtCl 4 (NH 3 ) 2 , Na 2 Pt (OH) 6 , K 2 Pt (OH) 6 , NMe 4 Pt (OH) 6 , K (PtCl 3 NH 3 ), Pt (NH 3 ) 4 Cl 2 , Pt (NH 3 ) 4 (HCO 3 ) 2 , Pt (NH 3 J 4 (HPO 4 ) and Pt (NH 3 ) 4 (NO 3 ) 2 .
  • the metal salt compounds Pt (NH 3 J 4 (OH) 2 , Pt (NH 3 ) 2 (NO 2 ) 2 , PtCl 4 (NH 3 ) 2 , Na 2 Pt (OH) 6 , K 2 Pt (OH) 6 , NMe 4 Pt (
  • Ag compounds which are particularly suitable for carrying out the process according to the invention and are therefore particularly preferred are selected from the group consisting of the basic metal salt compounds Ag (NH 3 J 2 (OH), Ag (NH 3 J 2 (NO 2 ), Ag (NH 3 J 2 (OAc), (Ag (NH 3 ) 2 ) 2 (CO 3 ), Ag (NH 3 J 2 (NO 3 ), Ag (NH 3 ) 2 lactate,
  • a basic metal salt compound is used in the process according to the invention, it is preferably halide-free, sulphate-free and alkali metal-free, as is the solvent for the salt compound, since halide, sulphate and alkali metal ions act as catalyst poison for a large number of catalytically active transition metals and correspondingly to one Deactivation of the catalyst to be produced can lead.
  • a catalyst support can in the inventive
  • catalyst supports according to the invention are those which comprise or are formed from a metal oxide or a mixture thereof.
  • the catalyst support preferably comprises a silicon oxide, an aluminum oxide, an aluminosilicate, a zirconium oxide, a titanium oxide, a niobium oxide or a natural layered silicate, in particular an acid-treated calcined bentonite.
  • supports comprising one or more of the metal oxides mentioned, in particular with catalyst support moldings comprising or formed from a natural sheet silicate, in particular comprising or formed from an acid-treated calcined bentonite.
  • natural phyllosilicate for which the term “phyllosilicate” is also used in the literature, in the context of the present invention is understood to be untreated or treated silicate mineral originating from natural sources, in which SiO 4 tetrahedron, which is the basic structural unit of all silicates, in layers of the general formula [Si 2 O 5 ] 2 " are crosslinked with one another
  • Phyllosilicates preferred in the context of the present invention are clay minerals, in particular kaolinite, beidellite, hectorite, saponite, nontronite, mica, vermiculite and smectites, with smectites and in particular montmorillonite being particularly preferred are.
  • layered silicates can be found, for example, in "Lehrbuch der anorganischen Chemie", Hollemann Wiberg, de Gruyter, 102nd Edition, 2007 (ISBN 978-3-11-017770-1) or in "Rompp Lexikon Chemie", 10. Edition, Georg Thieme Verlag under the term “phyllosilicate”.
  • Typical treatments to which a natural layered silicate is subjected prior to use as a carrier material include, for example, treatment with acids and / or calcining.
  • a particularly preferred natural layered silicate in the context of the present invention is a bentonite. Bentonites are not natural layer silicates in the actual sense, but rather a mixture of predominantly clay minerals, in which phyllosilicates are contained. In the present case, therefore, in the case where the natural sheet silicate is a bentonite, it is to be understood that the natural sheet silicate is present in the catalyst support in the form or as part of a bentonite.
  • a shaped catalyst carrier comprising or formed from an acid-treated calcined bentonite can be prepared by densifying an acid-treated (uncalcined) bentonite and water-forming molding compound into a shaped article by means known to those skilled in the art, such as extruders or tablet presses, and then the uncured shaped body is calcined to form a stable shaped body.
  • the size of the specific surface of the catalyst support depends in particular on the quality of the (bent) bentonite used, the acid treatment process of the bentonite used, ie, for example, the nature and relative to bentonite and the concentration of the inorganic acid used, the acid treatment time and temperature, the compression pressure, and the calcination time and temperature and the calcination atmosphere.
  • Catalyst support with a surface area of about 160 m 2 / g or 100 m 2 / g is offered by SÜD-Chemie AG under the name "KA-160” or "KA-0".
  • Acid-treated bentonites can be obtained by treating bentonites with strong acids, such as sulfuric acid, phosphoric acid or hydrochloric acid.
  • strong acids such as sulfuric acid, phosphoric acid or hydrochloric acid.
  • bentonite which is also valid in the context of the present invention is given in Römpp, Lexikon Chemie, 10th ed., Georg Thieme Verlag.
  • Bentonites which are particularly preferred in the context of the present invention are natural aluminum-containing sheet silicates which contain montmorillonite (as smectite) as the main mineral. After the acid treatment, the bentonite is usually washed with water, dried and ground to a powder.
  • the catalyst support molded body has a surface area of 160 m 2 / g or less, preferably one of less than 140 m 2 / g, preferably one of less than 135 m 2 / g, more preferably one of less than 120 m 2 / g, more preferably one of less than 100 m 2 / g, even more preferably one of less than 80 m 2 / g and more preferably one of less than 65 m 2 / g, specifically in particular that the catalyst support molding is formed from or comprises an acid-treated calcined bentonite.
  • the term "surface area" of the catalyst support is understood to mean the BET surface area of the support, which is determined by adsorption of nitrogen in accordance with DIN 66132.
  • the catalyst support molding has a surface area of 160 to 40 m 2 / g, preferably one of between 140 and 50 m 2 / g, preferably one of between 135 and 50 m 2 / g, more preferably one of between 120 and 50 m 2 / g, more preferably between 100 and 50 m 2 / g and most preferably between 100 and 60 m 2 / g.
  • the catalyst supports can be subjected to mechanical stress, as a result of which there may be some abrasion and some damage to catalyst supports, in particular in the region of the resulting shell.
  • the catalyst support as well as the resulting catalyst has a hardness of greater than or equal to 20 N, preferably one of greater than / equal to 30 N, more preferably greater than or equal to 40 N and most preferably one of greater than or equal to 50 N.
  • the hardness is determined by means of a tablet hardness tester 8M of Fa. Schleuniger Pharmatron AG at 99 piece moldings / catalysts as the average determined after drying the molded body / catalysts at 130 0 C for 2 h, the device settings are as follows:
  • the hardness of the catalyst support or of the catalyst can be influenced, for example, by varying certain parameters of the process for its preparation, for example by selecting the support material, the calcination time and / or the calcination temperature of an uncured molded article formed from an appropriate support mixture, or by certain additives such as methyl cellulose or magnesium stearate.
  • the catalyst support molding used in the process according to the invention has an integral pore volume to BJH greater than 0.30 ml / g, preferably greater than 0.35 ml / g and preferably greater than 0, 40 ml / g.
  • the integral pore volume of the catalyst support is determined by the method of BJH by means of nitrogen adsorption.
  • the surface of the catalyst support and its integral pore volume are determined by the BET method or by the BJH method.
  • the BET surface area is determined by the BET method according to DIN 66131; a publication of the BET
  • the sample can be measured, for example, with a fully automatic nitrogen porosimeter from Micromeritics, type ASAP 2010, by means of which an adsorption and desorption isotherm is recorded.
  • the pore volume is determined from the measurement data using the BJH method (EP Barrett, LG Joiner, PP Haienda, J. Am. Chem. Soc. 73 (1951, 373)). This procedure also takes into account effects of capillary condensation. Pore volumes of certain pore size ranges are determined by summing up incremental pore volumes, which are obtained from the evaluation of the adsorption isotherm according to BJH.
  • the integral pore volume according to the BJH method refers to pores with a diameter of 1.7 to 300 nm.
  • the carrier used in the method according to the invention has an integral pore volume to BJH of between 0.25 and 0.7 ml / g, preferably one of between 0.3 and 0.6 ml / g and preferably one from 0.35 to 0.5 ml / g.
  • the catalyst support molding used in the method has a middle
  • the shaped body used in the process according to the invention comprises or is formed from a natural sheet silicate, in particular an acid-treated calcined bentonite, since very good results with respect to particularly thin shell thicknesses are obtained, in particular with such supports.
  • the proportion of the catalyst support of natural layered silicate is greater than or equal to 50% by mass, preferably greater than or equal to 60% by mass, preferably greater than or equal to 70% by mass, more preferably greater than or equal to 80% by mass %, more preferably greater than or equal to 90% by weight, and most preferably greater than or equal to 95% by weight, based on the mass of the catalyst support.
  • the water absorbency of the catalyst support is 40 to 75%, preferably 50 to 70% calculated as weight increase by water absorption.
  • the absorbency is determined by soaking 10 g of the carrier sample with deionized water for 30 minutes until no more gas bubbles escape from the carrier sample. Then, the excess water is decanted and the soaked sample is blotted with a cotton cloth to free the sample from adherent moisture. Then the water-loaded carrier is weighed and the absorbency calculated according to:
  • the catalyst support has an acidity of between 1 and 150 ⁇ val / g, preferably one of between 5 and 130 ⁇ val / g and particularly preferably one of between 10 and 100 ⁇ val / g.
  • the acidity is determined as follows: 1 g of finely ground carrier is mixed in 100 ml of water (with a pH blank) and extracted with stirring for 15 minutes. It is then titrated with 0.01 N NaOH solution until pH 7.0. The titration is gradual; 1 ml of the NaOH solution are added dropwise (1 drop / second), maintained for 2 minutes, while reading, again 1 ml is added, etc. The blank value of the water used is determined and the acidity calculation is corrected accordingly.
  • the titration curve (ml 0.01 NaOH vs pH) is then plotted. The intersection of the titration curve with pH 7 is determined. The molar equivalents are calculated in 10 '6 Equiv / g carriers resulting from NaOH consumption for the pH 7 intersection.
  • the carrier used in the method according to the invention is formed as a shaped body.
  • the catalyst support can basically take the form of any geometric body on which a metal shell can be applied.
  • the catalyst support as a ball, cylinder (also with rounded faces), perforated cylinder (also with rounded faces), trilobus, "capped tablet”, tetralobus, ring, donut, star, cartwheel, "inverse” cartwheel, or as a strand, preferably as Rippstrang or star train is formed.
  • the diameter or the length and thickness of the catalyst support is preferably 2 to 9 mm, depending on the geometry of the reactor tube in which the resulting catalyst is to be used. If the catalyst support is designed as a sphere, then the catalyst support preferably has a diameter of greater than 2 mm, preferably a diameter of greater than 3 mm and preferably a diameter of 4 mm to 9 mm.
  • Suitable solvents for the metal salt compound, for the acid or for the carboxylic acid salt are all pure solvents or solvent mixtures in which the abovementioned compounds are soluble and which, after application to the catalyst support, can easily be removed therefrom by drying.
  • Solvents for the metal salt compound, the acid and the Carboxylic acid salt is water or an organic solvent such as acetone, ethanol, etc.
  • additional solvent components can be added to the water.
  • additional solvent components are preferably substances which are inert and miscible with water.
  • Preferred solvent components which are suitable as added water are ketones, for example acetone, or alcohols, for example ethanol or isopropanol or methoxyethanol, alkalis, such as aqueous KOH, NaOH or Na 2 SiO 3 .
  • metal salt compound acid or carboxylic acid salt chloride compounds, sulfate compounds or
  • the catalyst support is usually washed extensively with water after fixing the metal component of the metal salt compound on the catalyst support. This is generally done either immediately after
  • chloride-free, sulfate-free and alkali metal-free are used
  • Metal salt compounds, acids, carboxylic acid salts and solvents are preferably used to minimize the content of the catalyst to chloride / sulfate / alkali metal, and to avoid a costly chloride-free / sulfate-free / alkali metal-free washing.
  • the corresponding formate, acetate, propionate, oxalate, hydroxide, nitrite, nitrate, carbonate or bicarbonate compounds or amine complexes (for example NH 3 , ethylenediamine or ethanolamine complexes) can be used, for example, as metal salt compounds because they contaminate the catalyst support only to a very limited extent with chloride / sulfate / alkali metal.
  • Catalyst support can be achieved by methods known per se.
  • the application of the metal salt compound may be carried out, for example, by impregnation, e.g. the carrier is immersed in an aqueous solution of the metal salt compound or soaked in the incipient wetness method.
  • the acid or the carboxylic acid salt can be applied to the catalyst support, for example likewise by immersion.
  • the metal salt compound is applied to the catalyst support by impregnating the catalyst support with the (first) solution of the metal salt compound. It is preferred that the impregnation of the catalyst support with the acid or with the carboxylic acid salt also takes place by means of impregnation of the carrier.
  • the metal salt compound - but also the acid or the carboxylic acid salt
  • the carrier according to the invention preferably, for example, with the solution of the metal salt compound be sprayed, wherein the catalyst carrier is moved in a coating drum.
  • the solution of the metal salt compound is applied to the catalyst support by the solution is sprayed onto a fluidized bed or a fluidized bed of the catalyst support, preferably by means of an aerosol of the solution.
  • the shell thickness of the resulting shell catalyst can be further minimized and optimized, for example, to a thickness of less than 100 microns.
  • the impregnation of the catalyst support with the solution of the metal salt compound can i.a. be carried out by means of a conventional fluidized bed plant or with a fluidized bed plant.
  • fluidized bed systems it is particularly preferred for a so-called controlled air sliding layer to be present in the system.
  • the catalyst support shaped bodies are thoroughly mixed by the controlled air sliding layer, wherein they simultaneously rotate about their own axis and can be dried by the process air.
  • the catalyst carrier shaped bodies pass the spraying process
  • Rectangular function with high metal enrichment at the outer shell boundary and corresponding metal depletion at the inner shell boundary describes, whereby a largely uniform activity of the resulting catalyst is ensured across the thickness of the metal shell.
  • Suitable drageeing drums, fluidized bed plants and fluidized bed plants are known in the art and are z. From the companies Heinrich Brucks GmbH (Alfeld, Germany), ERWEK GmbH (Heusenstamm, Germany), Stechel
  • the catalyst support molding is impregnated with the (first) solution of the metal salt compound by the solution is sprayed onto a plurality of moldings, wherein the moldings are thereby circulated.
  • the circulation of the shaped bodies is accomplished by means of generating a fluidized bed or a fluidized bed of the shaped bodies, wherein the shaped bodies in the fluidized bed preferably circulate elliptically or toroidally.
  • elliptical circulation the catalyst support moldings in the fluidized bed move in a vertical plane on an elliptical orbit of varying major and minor axis sizes.
  • toroidal recirculation the catalyst support moldings in the fluidized bed move in the vertical plane on an elliptical orbit of varying majorities of the major and minor axes and in the horizontal plane on a circular orbit of varying size of radius.
  • the molded bodies move in a vertical plane on an elliptical trajectory, in toroidal orbit on a toroidal trajectory, i.e., a shaped body helically travels down the surface of a vertical elliptical-shaped torus.
  • the catalyst support molding may be impregnated with the acid or with the carboxylic acid salt by spraying the second solution onto a multiplicity of moldings, the moldings being circulated in the process.
  • the circulation of the shaped bodies is accomplished by means of producing a fluidized bed or a fluidized bed of the shaped bodies, the shaped bodies preferably circulating in the fluidized bed in a toroidal manner.
  • the support may be calcined to convert the metal component into an oxide.
  • the calcination is carried out depending on the nature of the precipitate, but preferably at temperatures of less than 700 0 C, more preferably between 300-450 0 C with access of air.
  • the calcination time depends on the calcining temperature and the nature of the precipitated metal compound, and is preferably selected in the range of 0.5-6 hours. At a calcination temperature of about 400 0 C, the calcination time is for example 1-2 hours. At a calcination temperature of 300 ° C., the calcining time in this respect is preferably up to 6 hours.
  • the metal component or the metal oxide is reduced before the use of the shell catalyst, wherein the reduction in situ, ie in the process reactor, or ex situ, ie in a special reduction reactor, can be performed.
  • the reduction in situ is carried out in particular in the case of noble metals, preferably with ethylene (5% by volume) in nitrogen at a temperature of about 150 ° C. over a period of, for example, 5 hours.
  • the reduction can situ ex, for example, 5 vol .-% hydrogen in nitrogen, for example by forming gas, are carried out at temperatures in the range of preferably 150-500 0 C over a period of 5 hours. Is the anion of the precipitated
  • Metal precipitate a reducing agent such as formate or acetate the reduction by slight heating to, for example, 40 to 110 0 C can be made.
  • Gaseous or vaporizable reducing agents such as CO, NH 3 , formaldehyde, methanol and hydrocarbons can also be used, the gaseous reducing agents also with inert gas, such as For example, carbon dioxide, nitrogen or argon can be diluted.
  • inert gas diluted reducing agent is used.
  • the reduction of the metal component can also be carried out in the liquid phase, preferably by means of the reducing agents hydrazine, K-formate, H 2 O 2 , Na-hypophosphite, Na formate, ammonium formate, formic acid, K-hypophosphite or hypophosphorous acid.
  • the amount of reducing agent is preferably selected so that at least the equivalent necessary for complete reduction of the metal component is passed over the resulting catalyst during the treatment period. Preferably, however, an excess of reducing agent is passed over the resulting catalyst to ensure rapid and complete reduction.
  • a rotary kiln or fluidized bed reactor is preferably used for the reduction in order to ensure a uniform reduction of the catalyst.
  • the present invention furthermore relates to a shell catalyst comprising a porous catalyst support molding, wherein in the outer shell of the molded body at least one metal selected from the group consisting of Pd, Pt, Ag and Au is deposited in metallic form and wherein the catalyst has a total chloride content of less than 50 ppm and a total alkali content of less than 0.1 mass%.
  • Such shell catalysts can be prepared by means of the method according to the invention, when in the same largely chloride and alkali metal-free starting components are used such as chloride and alkali metal catalyst support such as Al 2 O 3 .
  • the catalyst of the invention has a shell thickness of less than 200 microns.
  • coated catalysts which have a total chloride content of less than 40 ppm, a total chloride content of less than 40 ppm, a total chloride content of less than 25 ppm and even a total chloride content of less than 10 ppm ,
  • coated catalysts which have a total alkali content of less than 0.05 mass%, even a total alkali content of less than 0.01 mass%.
  • coated catalysts with relatively small shell thicknesses are obtainable, for example with a shell thickness of less than 150 ⁇ m, with a shell thickness of less than 100 ⁇ m and even with a shell thickness of less than 60 ⁇ m.
  • the catalyst according to the invention are in the outer shell of the Catalyst support molded body deposited the metals Pd and Au.
  • the metals Pd and Pt are deposited in the outer shell of the catalyst support molding.
  • the metals Pd and Ag are deposited in the outer shell of the catalyst carrier molded body.
  • the method according to the invention comprises the steps:
  • Bentonite were impregnated by the incipient wetness method with 6.01 g of a 1.5% (based on Au) KAuO 2 solution. After the solution had been taken up by the moldings, the solution was allowed to act on the support for a further 15 minutes.
  • the carriers were immersed in 30 g of a 1% formic acid solution for a period of 2.5 hours. After the noble metal fixation, the formic acid solution was decanted off and the carriers were treated with 6 g of a 2 molar NaH 2 PO 2 solution over a period of 46 h to reduce the precipitated Au component.
  • the carriers were washed extensively with water and finally dried for a period of 0.5 h at a temperature of 90 0 C.
  • the noble metal shell of the shell catalysts produced in this way has a thickness of on average 400 ⁇ m.
  • the Au content of the carriers is 0.78% by weight (determined by elemental analysis by Inductively Coupled Plasma (ICP)).
  • the supports were impregnated by incipient wetness with 6.00 g of a 1.5% (based on Au) KAuO 2 solution. After the solution had been taken up by the moldings, the solution was allowed to act on the supports for a further 60 minutes.
  • the carriers were immersed in 30 g of a 1% formic acid solution for a period of 2.0 hours. After Au fixation, the formic acid solution was decanted off and the carriers were treated with 6 g of a 2 molar NaH 2 PO 2 solution over a period of 45 hours to reduce the precipitated noble metal components.
  • the carriers were washed extensively with water and finally dried for a period of 0.5 h at a temperature of 90 0 C.
  • the noble metal shell of the shell catalysts produced in this way has a thickness of on average 600 ⁇ m.
  • the Au content of the carriers is 0.94 wt .-% and the Pd content 0.24 wt .-% (determined by ICP).

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schalenkatalysators, umfassend einen porösen Katalysatorträger-Formkörper mit einer äußeren Schale, in welcher zumindest ein Übergangsmetall in metallischer Form enthalten ist. Um ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem Schalenkatalysatoren herstellbar sind, die eine verhältnismäßig dünne Schale aufweisen, wird ein Verfahren vorgeschlagen, umfassend die Schritte des: a) Bereitstellens eines porösen Katalysatorträger-Formkörpers; b) Imprägnierens der äußeren Schale des Katalysatorträger-Formkörpers mit einer Übergangsmetall-Salzverbindung mittels einer ersten Lösung, in welcher die Übergangsmetall-Salzverbindung enthalten ist; c) Imprägnierens des Katalysatorträger-Formkörpers mit einer zweiten Lösung, in welcher eine Säure oder ein Salz einer Carbonsäure enthalten ist, wobei die zweite Lösung eine Fällung der Metallkomponente der Übergangsmetall-Salzverbindung bewirkt; d) Reduzierens der gefällten Metallkomponente in die metallische Form.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Schalenkatalysators
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines Schalenkatalysators, umfassend einen porösen Katalysatorträger-Formkörper mit einer äußeren Schale, in welcher zumindest ein Übergangsmetall in metallischer Form enthalten ist.
Geträgerte Übergangsmetallkatalysatoren in Form von Schalenkatalysatoren und Verfahren zu deren Herstellung sind im Stand der Technik bekannt. In Schalenkatalysatoren sind die katalytisch wirkenden Metalle -häufig auch die Promotoren- nur in einem mehr oder weniger breiten äußeren Bereich (Schale) eines porösen Katalysatorträger-Formkörpers enthalten, d.h. sie durchdringen den Katalysatorträger-Formkörper nicht vollständig (vgl. beispielsweise EP 565 952 Al, EP 634 214 Al, EP 634 209 Al und EP 634 208 Al) . Mit Schalenkatalysatoren ist in vielen Fällen eine selektivere Reaktionsführung möglich als mit Katalysatoren, bei denen der Träger bis in den Trägerkern hinein mit den katalytisch aktiven Metallen beladen („durchimprägniert") ist.
Vinylacetat-Monomer (VAM) beispielsweise wird gegenwärtig überwiegend mittels Edelmetall-Schalenkatalysatoren in hoher Selektivität hergestellt. Der überwiegende Anteil der dabei eingesetzten Schalenkatalysatoren sind Schalenkatalysatoren mit einer Pd/Au-Schale auf einem porösen amorphen, als Kugel ausgebildeten Alumosilikatträger auf der Basis von natürlichen Schichtsilikaten in Form von säurebehandelten kalzinierten Bentoniten, die mit Kaliumacetat als Promotor durchimprägniert sind. In dem Pd/Au-System dieser Katalysatoren liegen die Aktivmetalle Pd und Au vermutlich nicht in Form von
Metallpartikeln des jeweiligen reinen Metalls vor, sondern vielmehr in Form von Pd/Au-Legierungspartikeln von möglicherweise unterschiedlicher Zusammensetzung, wenngleich das Vorliegen von unlegierten Partikeln nicht ausgeschlossen werden kann.
VAM-Schalenkatalysatoren mit einer Pd/Au-Schale werden üblicherweise auf so genanntem chemischen Weg hergestellt, auf welchem der Katalysatorträger mit Lösungen von entsprechenden Metallverbindungen beispielsweise durch Eintauchen des Trägers in die Lösungen oder mittels des Incipient-Wetness-Verfahrens (Porenfüllverfahren) , bei welchem der Träger mit einem seinem Porenvolumen entsprechenden Lösungsvolumen beladen wird, getränkt wird.
VAM-Schalenkatalysatoren mit einer Pd/Au-Schale werden entsprechend dem Stand der Technik erzeugt, indem zunächst der Katalysatorträger-Formkörper in einem ersten Schritt mit einer wässrigen Lösung der sauren Metallsalzverbindung Na2PdCl4 getränkt und anschließend in einem zweiten Schritt die Pd-
Komponente mit einer NaOH-Lösung auf dem Katalysatorträger in Form einer Pd-Hydroxidverbindung fixiert wird. In einem darauffolgenden separaten dritten Schritt wird der Katalysatorträger dann mit einer wässrigen Lösung der sauren Metallsalzverbindung NaAuCl4 getränkt und danach die Au- Komponente ebenfalls mittels NaOH fixiert. Im Stand der Technik ist aber auch beschrieben, den Träger zunächst mit Lauge zu tränken und dann die Metallsalzverbindungen auf den so vorbehandelten Träger aufzubringen. Nach der Fixierung der Edelmetallkomponenten in einer äußeren Schale des
Katalysatorträgers wird der beladene Katalysatorträger dann weitestgehend frei von Chlorid- und Na-Ionen gewaschen, anschließend getrocknet und abschließend bei etwa 150 0C mit Ethylen reduziert. Die erzeugte Pd/Au-Schale weist üblicherweise eine Dicke von etwa bis zu 500 μm auf.
Üblicherweise nach dem Fixierungs- oder Reduzierungsschritt wird der mit den Edelmetallen beladene Katalysatorträger mit dem Promotor Kaliumacetat beladen, wobei die Beladung mit Kaliumacetat nicht nur in der äußeren, mit Edelmetallen beladenen Schale erfolgt, sondern der Katalysatorträger vielmehr mit dem Promotor vollständig durchimprägniert wird.
Nach dem Stand der Technik werden die Aktivmetalle Pd und Au ausgehend von Metallsalzlösungen in einer äußeren Schale des Trägers mittels Tränken und anschließender Basenfällung (Fixierung) abgeschieden. Diese Technik ist jedoch an die Grenzen angelangt, was minimale Schalendicken und hohe Au- Beladungen angeht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung eines Schalenkatalysators, umfassend einen porösen Katalysatorträger-Formkörper mit einer äußeren Schale, in welcher zumindest ein Übergangsmetall in metallischer Form enthalten ist, bereitzustellen, mittels welchem Schalenkatalysatoren herstellbar sind, die eine verhältnismäßig hohe Metallbeladung und eine verhältnismäßig dünne Schale aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch Verfahren gelöst, umfassend die Schritte des
a) Bereitstellens eines porösen Katalysatorträger- Formkörpers ;
b) Imprägnierens der äußeren Schale des Katalysatorträger- Formkörpers mit einer Übergangsmetall-Salzverbindung mittels einer ersten Lösung, in welcher die
Übergangsmetall-Salzverbindung enthalten ist;
c) Imprägnierens des Katalysatorträger-Formkörpers mit einer zweiten Lösung, in welcher eine Säure oder ein Salz einer Carbonsäure enthalten ist, wobei die zweite Lösung eine Fällung der Metallkomponente der Übergangsmetall- Salzverbindung bewirkt;
d) Reduzierens der gefällten Metallkomponente in die metallische Form.
Überraschenderweise wurde festgestellt, dass sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens geträgerte Übergangsmetall- Katalysatoren mit verhältnismäßig hoher Metallbeladung und verhältnismäßig dünnen Schalen herstellen lassen. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Schalenkatalysatoren weisen im Vergleich zu den entsprechenden im Stand der Technik bekannten Schalenkatalysatoren eine höhere Aktivität auf.
Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten
Schalenkatalysatoren über einen verhältnismäßig großen Bereich der Schalendicke hinweg eine weitgehend einheitliche und hohe Konzentration an dem gewünschten Metall aufweisen.
Da das erfindungsgemäße Verfahren auf den Einsatz von Basen zur Fixierung der Metallkomponente verzichtet, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Herstellung von Schalenkatalysatoren mit einem Katalysatorträger, der gegenüber Basen instabil ist, wie beispielsweise Katalysatorträger auf der Basis von natürlichen SchichtSilikaten. Darüber hinaus lassen sich mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens unter Einsatz chlorid- und alkalimetallarmer oder - freier Ausgangsprodukte Schalenkatalysatoren mit verhältnismäßig dünnen Schalen und sehr geringen Gehalten an Chlorid und Alkalimetall herstellen.
Die Dicke der Metallschale eines Schalenkatalysators kann beispielsweise mittels eines Mikroskops optisch ausgemessen werden. Und zwar erscheint der Bereich, in dem die Metalle abgeschieden sind, schwarz, während die metallfreien Bereiche weiß erscheinen. Die Grenzlinie zwischen metallhaltigen und - freien Bereichen ist in der Regel sehr scharf und optisch deutlich zu erkennen. Sollte die vorgenannte Grenzlinie nicht scharf ausgebildet und entsprechend optisch nicht deutlich zu erkennen sein, so entspricht die Dicke der Schale der Dicke einer Schale, gemessen ausgehend von der äußeren Oberfläche des Katalysatorträgers, in welcher 95 % des auf dem Träger abgeschiedenen Metalls enthalten sind.
Unter dem Begriff „Säure" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Substanz verstanden, die beim Lösen in reinem
Wasser Protonen freisetzt und zu einer Absenkung des pH-Wertes führt. Unter dem Begriff „Carbonsäure" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Substanz verstanden, die zumindest eine Carboxyl-Gruppe enthält.
Soll der Schalenkatalysator in der Schale mehrere voneinander verschiedene Metalle enthalten, beispielsweise mehrere voneinander verschiedene Aktivmetalle oder ein Aktivmetall und ein Promotormetall, so kann der Katalysatorträger-Formkörper dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend häufig unterworfen werden. Dabei kann z.B. mehrfach nacheinander eine Übergangsmetall-Salzverbindung auf den Formkörper aufgetragen werden, wobei der Imprägnierungsschritt mit der Säure bzw. mit dem Carbonsäuresalz im Prinzip nur einmal zu erfolgen braucht. Alternativ dazu kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit Mischlösungen durchgeführt werden, welche
Metallsalzverbindungen von zwei oder mehr gewünschten Metallen enthalten.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass das Imprägnieren des Katalysatorträger-Formkörpers mit der ersten Lösung vor dem Imprägnieren des Katalysatorträger-Formkörpers mit der zweiten Lösung erfolgt. Insbesondere, wenn die zweite Lösung eine sehr schnelle Fällung der Metallkomponente der Metallsalzverbindung bewirkt, wird dadurch gewährleistet, dass die Metallkomponente nicht ausschließlich an der äußeren Oberfläche des Formkörpers ausfällt und dort fixiert wird, sondern vielmehr überhaupt in den Formkörper zur Ausbildung einer dünnen Schale eindringen kann.
Alternativ dazu kann es beispielsweise bei der Verwendung einer zweiten Lösung, die eine verhältnismäßig langsame Fällung der Metallkomponente der Metallsalzverbindung bewirkt, bevorzugt sein, dass das Imprägnieren des Katalysatorträger- Formkörpers mit der ersten Lösung nach dem Imprägnieren des Katalysatorträger-Formkörpers mit der zweiten Lösung erfolgt, um die Ausbildung verhältnismäßig dünner Schalen zu gewährleisten. Bei sehr langsamer Fällungskinetik können die erste Lösung und die zweite Lösung auch vorgemischt werden und das Lösungsgemisch dann in einem einzelnen Imprägnierschritt aufgetragen werden.
Wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine erste Lösung eingesetzt, aus der die Metallkomponente mittels einer Erhöhung der Protonenkonzentration, beispielsweise als Metalloxid oder -hydroxid, ausgefällt werden kann, so kann als zweite Lösung sowohl eine Lösung einer anorganischen als auch eine Lösung einer organischen Säure verwendet werden. Für den Fall, dass aus der ersten Lösung die Metallkomponente als eine Metallcarboxylat-Verbindung ausgefällt werden kann, kann die zweite Lösung die entsprechende organische Säure oder ein Salz davon enthalten. Die Auswahl der Säure bzw. des
Carbonsäuresalzes und des Lösemittels der zweiten Lösung wird in der Regel in Abhängigkeit von der einzusetzenden Metallsalzverbindung erfolgen, von der die Metallkomponente auszufällen ist. So kann beispielsweise über die gezielte Auswahl der Säure bzw. des Carbonsäuresalzes sowie auch über deren Konzentration die Fällungsgeschwindigkeit der Metallkomponente und damit die Schalendicke kontrolliert werden.
Eine bevorzugte anorganische Säure ist beispielsweise eine
Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Mineralsäuren, insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Kohlensäure, Salzsäure, Salpetersäure, phosphorige Säure, hypophosphorige Säure, Schwefelsäure und Phosphorsäure.
Als organische Säure kann eine Säure ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure, Nitrilotriessigsäure, Propionsäure, Weinsäure, Polyacrylsäure, Zitronensäure, Milchsäure, Glycin, Oxamsäure, Oxalsäure, Äpfelsäure, Benztraubensäure, Glykolsäure und Glyoxylsäure bevorzugt sein.
Eine Vielzahl von Übergansmetallionen können unter geeigneten Bedingungen (wie etwa Art des Lösungsmittels oder in Abhängigkeit von der Temperatur) in verhältnismäßig kurzer Zeit unlösliche -Niederschläge mit einem oder mehreren Anionen dieser Säuren ausbilden und entsprechend schnell ausgefällt werden, was zur Ausbildung verhältnismäßig dünner Schalen führt. Besonders bevorzugte Säuren sind dabei Ameisensäure, Essigsäure und Oxalsäure, da sich die Metallsalze dieser Säuren weitgehend rückstandsfrei (rußfrei) mittels Kalzinieren in ein Metalloxid überführen lassen. Die Überführung in ein Metalloxid kann bevorzugt sein, dass aus diesem die Metallkomponente leichter (beispielsweise unter schonenderen Bedingungen) in die metallische Form überführbar ist als aus dem entsprechenden Salz.
Wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren als zweite Lösung eine Lösung enthaltend ein Carbonsäuresalz eingesetzt, so ist es analog zu den obigen Ausführungen zu den organischen Säuren bevorzugt, dass das Salz der Carbonsäure ein Salz einer Carbonsäure ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure, Nitrilotriessigsäure, Propionsäure, Weinsäure, Polyacrylsäure, Zitronensäure, Milchsäure, Benztraubensäure, Glycin, Oxamsäure, Oxalsäure, Äpfelsäure, Glykolsäure und Glyoxylsäure, insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure und Oxalsäure. Die Kationen dieser Salze können beispielsweise Alkalimetallionen sein, wobei alkalimetallfrei Salze wie etwa Ammoniumsalze bevorzugt sind, da sich mittels diesen alkalimetallarme Schalenkatalysatoren herstellen lassen.
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzende erste und zweite Lösung sowie der Katalysatorträger-Formkörper sind vorzugsweise frei von Halogenidionen, insbesondere Chlorid, Sulfat- und Alkalimetallionen, insbesondere frei von Chlorid und Alkalimetallionen, da diese als Katalysatorgifte wirken können.
Um eine möglichst vollständige Fällung der Metallkomponente der auf den Formkörper aufgetragenen oder aufzutragenden Metallsalzverbindung zu erreichen und um dabei den Katalysatorträger-Formkörper nicht mit einem übermäßig großen Volumen an Säure bzw. Carbonsäuresalz imprägnieren zu müssen, liegt die Säure bzw. das Carbonsäuresalz in der entsprechenden Lösung in einer Mindestkonzentration vor, die auf die Menge an Metallsalzverbindung abzustimmen ist, beispielsweise in einer Konzentration von zumindest 0,05 bis 0,2 Mol/l. Dabei wird auf den Katalysatorträger-Formkörper zumindest eine solche Menge Säure bzw. Carbonsäuresalz in geeigneter Konzentration aufgetragen, die in einem einfachen stöchiometrischen Verhältnis zu der Übergangsmetall-Salzverbindung steht. Das einfache stöchiometrische Verhältnis ist dabei gemäß dem Fachmann bekannten stöchiometrischen Regeln zu berechnen.
Beispielsweise sind zur Einstellung eines einfachen stöchiometrischen Verhältnisses für 1 Mol KAuO2 4 Mole Essigsäure notwendig, um aus einer wassrigen KAuO2-Lösung das Au rein theoretisch vollständig z.B. als Au-Acetat ausfällen zu können (KAuO2 + 4 HOAc → 2 H2O + Au(OAc)3 + KOAc) . Da sich manche Metalle, insbesondere Edelmetalle, aus beispielsweise bestimmten Komplexverbindungen nur sehr schwer ausfällen lassen, ist es entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Katalysatorträger-Formkörper mit einer Menge an Säure bzw. Carbonsäuresalz imprägniert wird, die einem 0,2- bis 1,5- fachen stöchiometrischen Überschuss an Säure bzw. an Carbonsäuresalz entspricht bezogen auf die aufgetragene oder aufzutragende Menge an MetallsalzVerbindung, vorzugsweise einem 0,2- bis 1,0-fachen stöchiometrischen Überschuss.
Es konnte festgestellt werden, dass die vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere bei der Verwendung der Edelmetalle, Co, Ni und Cu, insbesondere der Edelmetalle Rh, Pd, Pt, Au und Ag besonders stark ausgeprägt sind. Entsprechend kann es vorgesehen sein, dass die MetallsalzVerbindung eine Verbindung eines Metalls ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Edelmetallen, Co, Ni und Cu, insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Rh, Pd, Pt, Au und Ag.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass die erste Lösung basisch ist, d.h. , dass die die Metallsalz enthaltende Lösung einen pH-Wert größer als 7 aufweist. Es konnte festgestellt werden, dass sich die Metallkomponenten von Übergangsmetallsalzen insbesondere aus alkalischen Lösungen mittels Säure oder Carbonsäuresalzen verhältnismäßig vollständig und schnell ausfällen lassen.
Basische Lösungen von Metallsalzverbindungen lassen sich besonders einfach herstellen, indem eine basische Metallsalzverbindung in einem wässrigen Lösungsmittel gelöst wird. Entsprechend ist es bevorzugt, dass die erste Lösung eine basische Metallsalzverbindung enthält. Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter dem Begriff „basische MetallsalzVerbindung" eine Salzverbindung eines Übergangsmetalls verstanden, die beim Lösen in reinem Wasser basisch reagiert, was sich durch eine Erhöhung des pH-Wertes bemerkbar macht .
Basische Pd-Verbindungen, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise eingesetzt werden, sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pd(NH3) « (OH) 2, Pd(NH3) 4 (OAc) 2,
Pd (NH3) 4 (HCO3) 2, Pd(NHa)4(HPO4), Pd (NH3) 4 (NO3) 2, Pd (NH3) 2 (NO2) 2, Pd(NH3J4Cl2 und Pd (NH3) 4-Oxalat . Anstelle von NH3 können auch die entsprechenden Ethylendiamin- oder Ethanolamin-Komplexe eingesetzt werden.
Au-Verbindungen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet und deshalb besonders bevorzugt sind, sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den basischen Metallsalzverbindungen KAuO2, NaAuO2, NMe4AuO2, RbAuO2, CsAuO2, KAu(OAc)3OH, NaAu(OAc)3OH, RbAu(OAc)3OH, CsAu(OAc)3OH und NMe4Au(OAc)3OH. Dabei ist es gegebenenfalls empfehlenswert, das KAuO2 bzw. NaAuO2 mittels Fällung des Oxids/Hydroxids aus einer Goldsäure-Lösung, Waschung und Isolierung des Niederschlags sowie Aufnahme desselben frisch anzusetzen.
Basische Pt-Verbindungen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet und deshalb besonders bevorzugt sind, sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den MetallsalzVerbindungen Pt(NH3J4(OH)2, Pt(NH3)2(NO2)2, PtCl4(NH3)2, Na2Pt(OH)6, K2Pt(OH)6, NMe4Pt(OH)6, K(PtCl3NH3), Pt(NH3)4Cl2, Pt (NH3) 4 (HCO3) 2, Pt(NH3J4(HPO4) und Pt (NH3) 4 (NO3) 2.
Ag-Verbindungen, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet und deshalb besonders bevorzugt sind, sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den basischen Metallsalzverbindungen Ag(NH3J2(OH), Ag(NH3J2(NO2), Ag(NH3J2(OAc), (Ag (NH3) 2) 2 (CO3) , Ag(NH3J2(NO3), Ag (NH3) 2-Lactat,
(Ag(NH3) 2) 2 (SO4) sowie Silberkomplexsalze mit NH3, Ethylendiamin oder Ethanolamin als Ligand.
Wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine basische Metallsalzverbindung eingesetzt, so ist diese ebenso wie das Lösemittel für die SalzVerbindung vorzugsweise halogenid- , sulfat- und alkalimetallfrei, da Halogenid-, Sulfat- und Alkalimetallionen als Katalysatorgift für eine Vielzahl katalytisch aktiver Übergangsmetalle wirken und entsprechend zu einer Deaktivierung des herzustellenden Katalysators führen können. Als Katalysatorträger können in dem erfindungsgemäßen
Verfahren prinzipiell aus sämtlichen Materialien gebildete poröse Katalysatorträger-Formkörper eingesetzt werden. Erfindungsgemäß bevorzugt sind jedoch solche Katalysatorträger, die ein Metalloxid umfassen oder aus einem solchen oder einer Mischung davon gebildet sind. Vorzugsweise umfasst der Katalysatorträger ein Siliziumoxid, ein Aluminiumoxid, ein Alumosilikat, ein Zirkoniumoxid, ein Titanoxid, ein Nioboxid oder ein natürliches Schichtsilikat, insbesondere einen säurebehandelten kalzinierten Bentonit. Hinsichtlich der Herstellung von Schalenkatalysatoren mit möglichst dünnen Schalen wurden mit Trägern umfassend ein oder mehrere der genannten Metalloxide die besten Ergebnisse erzielt, insbesondere mit Katalysatorträger-Formkörpern umfassend oder gebildet aus einem natürlichen Schichtsilikat, insbesondere umfassend oder gebildet aus einem säurebehandelten kalzinierten Bentonit.
Unter dem Begriff „natürliches Schichtsilikat", wofür in der Literatur auch der Begriff „Phyllosilikat" verwendet wird, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung aus natürlichen Quellen stammendes unbehandeltes oder behandeltes Silikat- Mineral verstanden, in welchem SiO4-Tetraeder, welche die strukturelle Grundeinheit aller Silikate bilden, in Schichten der allgemeinen Formel [Si2O5]2" miteinander vernetzt sind. Diese Tetraederschichten wechsellagern mit so genannten
Oktaederschichten, in denen ein Kation, vor allem Al und Mg, oktaedrisch von OH bzw. 0 umgeben ist. Dabei werden beispielsweise Zweischicht-Phyllosilikate und Dreischicht- Phyllosilikate unterschieden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugte Schichtsilikate sind Tonminerale, insbesondere Kaolinit, Beidellit, Hectorit, Saponit, Nontronit, Glimmer, Vermiculit und Smektite, wobei Smektite und dabei insbesondere Montmorillonit besonders bevorzugt sind. Definitionen des Begriffes „Schichtsilikate" finden sich beispielsweise in „Lehrbuch der anorganischen Chemie", Hollemann Wiberg, de Gruyter, 102. Auflage, 2007 (ISBN 978-3- 11-017770-1) oder in „Römpp Lexikon Chemie", 10. Auflage, Georg Thieme Verlag unter dem Begriff „Phyllosilikat" . Typische Behandlungen, denen ein natürliches Schichtsilikat vor dem Einsatz als Trägermaterial unterzogen wird, beinhalten beispielsweise ein Behandeln mit Säuren und/oder ein Kalzinieren. Ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugtes natürliches Schichtsilikat ist ein Bentonit. Bentonite sind zwar im eigentlichen Sinne keine natürlichen Schichtsilikate, sondern vielmehr ein Gemisch von überwiegend Tonmineralien, in welchem Schichtsilikate enthalten sind. Vorliegend ist also für den Fall, dass das natürliche Schichtsilikat ein Bentonit ist, zu verstehen, dass das natürliche Schichtsilikat in dem Katalysatorträger in Form oder als Bestandteil eines Bentonits vorliegt.
Ein als Formkörper ausgebildeter Katalysatorträger umfassend oder gebildet aus einem säurebehandelten kalzinierten Bentonit kann hergestellt werden, indem eine einen säurebehandelten (unkalzinierten) Bentonit und Wasser enthaltende Formenmischung unter Verdichtung zu einem Formkörper mittels dem Fachmann geläufiger Vorrichtungen, wie beispielsweise Extrudern oder Tablettenpressen, geformt wird und anschließend der nicht ausgehärtete Formkörper zu einem stabilen Formkörper kalziniert wird. Dabei hängt die Größe der spezifischen Oberfläche des Katalysatorträgers insbesondere von der Qualität des eingesetzten (Roh-) Bentonits ab, dem Säurebehandlungsverfahren des eingesetzten Bentonits, d.h. beispielsweise der Natur und der zum Bentonit relativen Menge und der Konzentration der eingesetzten anorganischen Säure, der Säurebehandlungsdauer sowie der -temperatur, vom Verpressungsdruck sowie von der Kalzinierdauer und -temperatur sowie der Kalzinieratmosphäre. Ein entsprechender
Katalysatorträger mit einer Oberfläche von ungefähr 160 m2/g oder 100 m2/g wird von der SÜD-Chemie AG unter der Bezeichnung „KA-160" bzw. „KA-0" angeboten.
Säurebehandelte Bentonite können durch Behandlung von Bentoniten mit starken Säuren erhalten werden, wie beispielsweise Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Salzsäure. Eine auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung geltende Definition des Begriffes Bentonit ist in Römpp, Lexikon Chemie, 10. Aufl., Georg Thieme Verlag, angegeben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugte Bentonite sind natürliche aluminiumhaltige Schichtsilikate, die Montmorillonit (als Smektit) als Hauptmineral enthalten. Nach der Säurebehandlung wird der Bentonit in der Regel mit Wasser gewaschen, getrocknet und zu einem Pulver vermählen.
Es konnte festgestellt werden, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Pd/Au-Schalenkatalysators mit einer besonders dünnen Edelmetallschale hergestellt werden können, dass der Katalysatorträger-Formkörper eine Oberfläche von kleiner/gleich 160 m2/g aufweist, vorzugsweise eine von kleiner als 140 m2/g, bevorzugt eine von kleiner als 135 m2/g, weiter bevorzugt eine von kleiner als 120 m2/g, mehr bevorzugt eine von kleiner als 100 m2/g, noch mehr bevorzugt eine von kleiner als 80 m2/g und besonders bevorzugt eine von kleiner als 65 m2/g, und zwar insbesondere dann, dass der Katalysatorträger-Formkörper aus einem säurebehandelten kalzinierten Bentonit gebildet ist oder einen solchen umfasst. Unter dem Begriff „Oberfläche" des Katalysatorträgers wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung die BET-Oberflache des Trägers verstanden, die mittels Adsorption von Stickstoff nach DIN 66132 bestimmt wird. Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass der Katalysatorträger-Formkörper eine Oberfläche von 160 bis 40 m2/g aufweist, vorzugsweise eine von zwischen 140 und 50 m2/g, bevorzugt eine von zwischen 135 und 50 m2/g, weiter bevorzugt eine von zwischen 120 und 50 m2/g, mehr bevorzugt eine von zwischen 100 und 50 m2/g und am meisten bevorzugt eine von zwischen 100 und 60 m2/g.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Katalysatorträger mechanisch beansprucht werden, wodurch es zu einem gewissen Abrieb sowie einer gewissen Beschädigung von Katalysatorträgern, insbesondere im Bereich der entstehenden Schale, kommen kann. Insbesondere um den Abrieb des Katalysatorträgers in vertretbaren Grenzen zu halten, weist der Katalysatorträger sowie auch der entstehende Katalysator eine Härte von größer/gleich 20 N auf, vorzugsweise eine von größer/gleich 30 N, weiter bevorzugt eine von größer/gleich 40 N und am meisten bevorzugt eine von größer/gleich 50 N. Die Ermittlung der Härte ist dabei mittels eines Tablettenhärtetesters 8M der Fa. Dr. Schleuniger Pharmatron AG an 99 Stück Formkörpern/Katalysatoren als Durchschnitt bestimmt nach Trocknung der Formkörper/Katalysatoren bei 1300C für 2h, wobei die Geräteeinstellungen wie folgt sind:
Härte: N
Distanz zum Formkörper: 5,00 mm
Zeitverzögerung: 0,80 s
Vorschub-Typ: 6 D
Geschwindigkeit: 0,60 mm/s Die Härte des Katalysatorträgers bzw. des Katalysators kann beispielsweise mittels Variation gewisser Parameter des Verfahrens zu seiner Herstellung beeinflusst werden, beispielsweise durch die Auswahl des Trägermaterials, die Kalzinierdauer und/oder die Kalziniertemperatur eines aus einer entsprechenden Trägermischung geformten, unausgehärteten Formkörpers, oder durch bestimmte Zuschlagsstoffe wie beispielsweise Methylcellulose oder Magnesiumstearat .
Es kann bevorzugt sein, dass der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Katalysatorträger-Formkörper ein integrales Porenvolumen nach BJH von größer als 0,30 ml/g aufweist, vorzugsweise eines von größer als 0,35 ml/g und bevorzugt eines von größer als 0,40 ml/g. Dabei ist das integrale Porenvolumen des Katalysatorträgers nach der Methode von BJH mittels Stickstoffadsorption bestimmt.
Die Oberfläche des Katalysatorträgers sowie sein integrales Porenvolumen werden nach der BET- bzw. nach der BJH-Methode bestimmt. Die Bestimmung der BET-Oberflache erfolgt nach der BET-Methode gemäß DIN 66131; eine Veröffentlichung der BET-
Methode findet sich auch in J. Am. Chem. Soc . 60, 309 (1938). Zur Bestimmung der Oberfläche und des integralen Porenvolumens des Katalysatorträgers oder des Katalysators kann die Probe beispielsweise mit einem vollautomatischen Stickstoffporosimeter der Firma Micromeritics, Typ ASAP 2010 vermessen werden, mittels dessen eine Adsorptions- sowie Desorptionsisotherme aufgenommen wird.
Zur Ermittlung der Oberfläche und der Porosität des Katalysatorträgers oder des Katalysators nach der BET-Theorie werden die Daten gemäß DIN 66131 ausgewertet. Das Porenvolumen wird aus den Messdaten unter Anwendung der BJH-Methode ermittelt (E. P. Barret, L. G. Joiner, P.P. Haienda, J. Am. Chem. Soc . 73 (1951, 373)) . Bei diesem Verfahren werden auch Effekte der Kapillarkondensation berücksichtigt. Porenvolumina bestimmter Porengrößenbereiche werden durch Aufsummieren inkrementeller Porenvolumina bestimmt, die aus der Auswertung der Adsorptionsisotherme nach BJH erhalten werden. Das integrale Porenvolumen nach der BJH-Methode bezieht sich auf Poren mit einem Durchmesser von 1,7 bis 300 nm.
Ferner kann es bevorzugt sein, dass der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Träger ein integrales Porenvolumen nach BJH von zwischen 0,25 und 0,7 ml/g aufweist, vorzugsweise eines von zwischen 0,3 und 0,6 ml/g und bevorzugt eines von 0,35 bis 0,5 ml/g.
Ferner kann es bevorzugt sein, dass der in dem Verfahren eingesetzte Katalysatorträger-Formkörper einen mittleren
Porendurchmesser von 8 bis 50 nm aufweist, vorzugsweise einen von 10 bis 35 nm und bevorzugt einen von 11 bis 30 nm.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Formkörper ein natürliches Schichtsilikat umfasst oder daraus gebildet ist, insbesondere einen säurebehandelten kalzinierten Bentonit, da insbesondere mit derartigen Träger sehr gute Ergebnisse hinsichtlich besonders dünner Schalendicken erhalten werden. Es kann bevorzugt sein, dass der Anteil des Katalysatorträgers an natürlichem Schichtsilikat größer/gleich 50 Mass.-% ist, vorzugsweise größer/gleich 60 Mass.-%, bevorzugt größer/gleich 70 Mass.-%, weiter bevorzugt größer/gleich 80 Mass.-%, mehr bevorzugt größer/gleich 90 Mass.-% und am meisten bevorzugt größer/gleich 95 Mass.-% bezogen auf die Masse des Katalysatorträgers . Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es bevorzugt sein, dass die Wassersaugfähigkeit des Katalysatorträgers 40 bis 75 % beträgt, bevorzugt 50 bis 70 % berechnet als Gewichtszunahme durch Wasseraufnahme. Die Saugfähigkeit wird bestimmt, indem 10 g der Trägerprobe mit entionisiertem Wasser 30 min lang getränkt wird, bis von der Trägerprobe keine Gasblasen mehr entweichen. Dann wird das überschüssige Wasser dekantiert und die getränkte Probe mit einem Baumwolltuch abgetupft zur Befreiung der Probe von anhaftender Feuchtigkeit. Anschließend wird der wasserbeladene Träger ausgewogen und die Saugfähigkeit berechnet gemäß:
(Auswaage (g) - Einwaage (g) ) x 10 = Wassersaugfähigkeit (%)
Es wurde festgestellt, dass über die Azidität des Trägers u.U. die Schalendicke kontrolliert werden kann. Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt der Katalysatorträger eine Azidität von zwischen 1 und 150 μval/g, vorzugsweise eine von zwischen 5 und 130 μval/g und besonders bevorzugt eine von zwischen 10 und 100 μval/g. Dabei wird die Azidität wie folgt bestimmt: 1 g fein gemahlener Träger wird in 100 ml Wasser (mit einem pH- Blindwert) versetzt und unter Rühren 15 Minuten extrahiert. Anschließend wird mit 0,01 n NaOH-Lösung bis pH 7,0 titriert. Die Titration erfolgt stufenweise; 1 ml der NaOH-Lösung werden zugetropft (1 Tropfen/Sekunde) , 2 Minuten gewartet, dabei abgelesen, erneut 1 ml zugegeben, usw. Der Blindwert des eingesetzten Wassers wird bestimmt und die Aziditäts- Berechnung entsprechend korrigiert.
Die Titrationskurve (ml 0,01 NaOH gegen pH-Wert) wird dann aufgetragen. Es wird der Schnittpunkt der Titrationskurve mit pH 7 bestimmt. Berechnet werden die Moläquivalente in 10'6 äquiv/g Träger, die sich aus dem NaOH-Verbrauch für den Schnittpunkt mit pH 7 ergeben.
10 * ml 0,01 n NaOH _ .
Gesamtsaure: = μval/g
1 Träger
Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Träger ist als Formkörper ausgebildet. Dabei kann der Katalysatorträger grundsätzlich die Form eines jeglichen geometrischen Körpers annehmen, auf dem sich eine Metallschale aufbringen lässt. Bevorzugt ist es jedoch, dass der Katalysatorträger als Kugel, Zylinder (auch mit abgerundeten Stirnflächen) , Lochzylinder (auch mit abgerundeten Stirnflächen) , Trilobus, „capped tablet", Tetralobus, Ring, Donut, Stern, Wagenrad, „inverses" Wagenrad, oder als Strang, vorzugsweise als Rippstrang oder Sternstrang, ausgebildet ist.
Der Durchmesser bzw. die Länge und Dicke des Katalysatorträgers beträgt vorzugsweise 2 bis 9 mm, je nach Reaktorrohrgeometrie, in dem der resultierende Katalysator Einsatz finden soll. Ist der Katalysatorträger als Kugel ausgebildet, so weist der Katalysatorträger bevorzugt einen Durchmesser von größer als 2 mm auf, bevorzugt einen Durchmesser von größer als 3 mm und bevorzugt einen Durchmesser von 4 mm bis 9 mm.
Als Lösungsmittel für die Metallsalzverbindung, für die Säure oder für das Carbonsäuresalz sind sämtliche reinen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische geeignet, in denen die vorgenannten Verbindungen löslich sind und die nach dem Auftrag auf den Katalysatorträger von demselben leicht mittels Trocknung wieder entfernt werden können. Bevorzugte
Lösungsmittel für die Metallsalzverbindung, die Säure und das Carbonsäuresalz ist Wasser oder ein organisches Lösungsmittel wie beispielsweise Aceton, Ethanol etc.
Falls die Metallsalzverbindung, Säure bzw. das Carbonsäuresalz in reinem Wasser nicht ausreichend löslich ist, können dem Wasser zusätzliche Lösungsmittelkomponenten zugesetzt werden. Als zusätzliche Lösungsmittelkomponenten kommen dabei vorzugsweise Substanzen in Betracht, die inert und mit Wasser mischbar sind. Als bevorzugte Lösungsmittelkomponenten, die sich als Wasserzusatz eignen, seien Ketone, beispielsweise Aceton, oder Alkohole, beispielsweise Ethanol oder Isopropanol oder Methoxyethanol, Laugen, wie wässrige KOH, NaOH oder Na2SiO3, genannt.
Werden als Metallsalzverbindung, Säure oder Carbonsäuresalz Chloridverbindungen, Sulfatverbindungen oder
Alkalimetallverbindungen eingesetzt, so muss sichergestellt werden, dass die Chloridionen, Sulfationen und Alkalimetallionen vor dem Einsatz des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Katalysators auf eine tolerable Restmenge reduziert werden, da Chlorid, Sulfat und Alkalimetall als Katalysatorgift wirken können. Dazu wird der Katalysatorträger im Regelfall nach der Fixierung der Metallkomponente der Metallsalzverbindung auf dem Katalysatorträger ausgiebig mit Wasser gewaschen. Dies geschieht im Allgemeinen entweder unmittelbar nach der
Fällungsfixierung der Metallkomponente oder nach der Reduktion der Metallkomponente zu dem entsprechenden Metall.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden jedoch chloridfreie, sulfatfreie und alkalimetallfreie
Metallsalzverbindungen, Säuren, Carbonsäuresalze und Lösemittel bevorzugt verwendet, um den Gehalt des Katalysators an Chlorid/Sulfat/Alkalimetall möglichst gering zu halten und ein aufwendiges Chloridfrei-/Sulfatfrei-/Alkalimetallfrei- Waschen zu vermeiden. Dabei können beispielsweise als Metallsalzverbindungen die entsprechenden Formiat-, Acetat-, Propionat-, Oxalat-, Hydroxid-, Nitrit-, Nitrat-, Carbonat- oder Hydrogencarbonat-Verbindungen oder Aminkomplexe (z.B. NH3- , Ethylendiamin- oder Ethanolamin-Komplexe) eingesetzt werden, da diese den Katalysatorträger nur in einem sehr geringen Umfang mit Chlorid/Sulfat/Alkalimetall kontaminieren.
Die Imprägnierung des Katalysatorträgers mit der Metallsalzverbindung im Bereich einer äußeren Schale des
Katalysatorträgers lässt sich nach an sich bekannten Verfahren erzielen. So kann der Auftrag der Metallsalzverbindung beispielsweise durch Tränkung erfolgen, indem z.B. der Träger in eine wässrige Lösung der Metallsalzverbindung eingetaucht wird oder gemäß dem Incipient-Wetness-Verfahren getränkt wird. Anschließend oder vorher kann auf den Katalysatorträger die Säure bzw. das Carbonsäuresalz aufgetragen werden, beispielsweise ebenfalls durch Tauchen.
Entsprechend einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es daher vorgesehen, dass die Metallsalzverbindung auf den Katalysatorträger aufgetragen wird, indem der Katalysatorträger mit der (ersten) Lösung der Metallsalzverbindung getränkt wird. Dabei ist es bevorzugt, dass die Imprägnierung des Katalysatorträgers mit der Säure bzw. mit dem Carbonsäuresalz ebenfalls mittels Tränkung des Trägers erfolgt .
Insbesondere die Metallsalzverbindung,- aber auch die Säure bzw. das Carbonsäuresalz, kann vorteilhaft mittels so genannter physikalischer Verfahren auf den Träger aufgetragen werden. Dazu kann der Träger erfindungsgemäß bevorzugt beispielsweise mit der Lösung der Metallsalzverbindung besprüht werden, wobei der Katalysatorträger in einer Dragiertrommel bewegt wird.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedoch vorgesehen, dass die Lösung der Metallsalzverbindung auf den Katalysatorträger aufgetragen wird, indem die Lösung auf eine Wirbelschicht oder ein Fließbett des Katalysatorträgers aufgesprüht wird, vorzugsweise mittels eines Aerosols der Lösung. Dadurch kann die Schalendicke des entstehenden Schalenkatalysators weiter minimiert und optimiert werden, beispielsweise bis zu einer Dicke von kleiner als 100 μm.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, kann die Imprägnierung des Katalysatorträger mit der Lösung der Metallsalzverbindung u.a. mittels einer herkömmlichen Wirbelschichtanlage oder mit einer Fließbettanlage durchgeführt werden. Besonders bevorzugt ist es hinsichtlich Fließbettanlagen dabei, dass in der Anlage eine so genannte kontrollierte Luftgleitschicht besteht. Zum Einen werden die Katalysatorträger-Formkörper durch die kontrollierte Luftgleitschicht gut durchmischt, wobei sie gleichzeitig um ihre eigene Achse rotieren und durch die Prozessluft getrocknet werden können. Zum Anderen passieren die Katalysatorträger-Formkörper aufgrund der durch die kontrollierte Luftgleitschicht bewirkten konsequenten gleichmäßigen Bewegung der Formkörper den Sprühvorgang
(Applikation der Metallsalzverbindung) in nahezu konstanter Häufigkeit. Dadurch wird eine weitgehend einheitliche Schalendicke einer behandelten Charge von Formkörpern erreicht. Ferner wird dadurch erzielt, dass die Metallkonzentration des resultierenden Metall- Schalenkatalysators des über einen verhältnismäßig großen Bereich der Schalendicke hinweg nur verhältnismäßig gering variiert, d.h., dass die Metallkonzentration über einen großen Bereich der Schalendicke hinweg in etwa eine verzerrte
Rechteckfunktion mit hoher Metallanreicherung an der äußeren Schalengrenze und entsprechender Metallabreicherung an der inneren Schalengrenze beschreibt, wodurch eine weitgehend einheitliche Aktivität des resultierenden Katalysators über die Dicke der Metallschale hinweg gewährleistet ist.
Geeignete Dragiertrommeln, Wirbelschichtanlagen und Fließbettanlagen sind im Stand der Technik bekannt und werden z. B. von den Unternehmen Heinrich Brucks GmbH (AIfeld, Deutschland) , ERWEK GmbH (Heusenstamm, Deutschland) , Stechel
(Deutschland) , DRIAM Anlagenbau GmbH (Eriskirch, Deutschland) , Glatt GmbH (Binzen, Deutschland), G. S. Divisione Verniciature (Osteria, Italien) , HOFER-Pharma Maschinen GmbH (Weil am Rhein, Deutschland), L. B. Bohle Maschinen + Verfahren GmbH (Enningerloh, Deutschland) , Lödige Maschinenbau GmbH (Paderborn, Deutschland) , Manesty (Merseyside, Großbritannien) , Vector Corporation (Marion, IA, USA) , Aeromatic-Fielder AG (Bubendorf, Schweiz) , GEA Process Engineering (Hampshire, Großbritannien), Fluid Air Inc. (Aurora, Illinois, USA) , Heinen Systems GmbH (Varel,
Deutschland) , Hüttlin GmbH (Steinen, Deutschland) , Umang Pharmatech Pvt. Ltd. (Marharashtra, Indien) und Innojet Technologies (Lörrach, Deutschland) vertrieben. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders bevorzugte Fließbettvorrichtungen werden unter der Bezeichnung Innojet® Aircoater oder Innojet® Ventilus von der Firma Innojet Technologies vertrieben.
Entsprechend ist es gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass der Katalysatorträger-Formkörper mit der (ersten) Lösung der Metallsalzverbindung imprägniert wird, indem die Lösung auf eine Vielzahl von Formkörpern aufgesprüht wird, wobei die Formkörper dabei umgewälzt werden.
Darüber hinaus kann es vorgesehen sein, dass die Umwälzung der Formkörper mittels des Erzeugens einer Wirbelschicht oder eines Fließbettes der Formkörper bewerkstelligt wird, wobei die Formkörper in dem Fließbett vorzugsweise elliptisch oder toroidal umlaufen. Um eine Vorstellung davon zu geben, wie sich die Formkörper in derartigen Fließbetten bewegen, sei ausgeführt, dass bei "elliptischem Umlaufen" sich die Katalysatorträger-Formkörper in dem Fließbett in vertikaler Ebene auf einer elliptischen Bahn bewegen mit wechselnder Größe der Haupt- und Nebenachse. Bei "toroidalem Umlaufen" bewegen sich die Katalysatorträger-Formkörper in dem Fließbett in vertikaler Ebene auf einer elliptischen Bahn mit wechselnder Größer der Haupt- und Nebenachse und in horizontaler Ebene auf einer Kreisbahn mit wechselnder Größe des Radius. Im Mittel bewegen sich die Formkörper bei "elliptischem Umlaufen" in vertikaler Ebene auf einer elliptischen Bahn, bei "toroidalem Umlaufen" auf einer toroidalen Bahn, d.h., dass ein Formkörper die Oberfläche eines Torus mit vertikal elliptischem Schnitt helikal abfährt .
Ferner kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt sein, dass der Katalysatorträger-Formkörper mit der Säure bzw. mit dem Carbonsäuresalz imprägniert wird, indem die zweite Lösung auf eine Vielzahl von Formkörpern aufgesprüht wird, wobei die Formkörper dabei umgewälzt werden. Analog zu dem Auftrag der Metallsalzverbindung kann es dabei ebenfalls bevorzugt sein, dass die Umwälzung der Formkörper mittels des Erzeugens einer Wirbelschicht oder eines Fließbettes der Formkörper bewerkstelligt wird, wobei die Formkörper in dem Fließbett vorzugsweise toroidal (s.o.) umlaufen. Nach der Fällung der Metallkomponente der Metallsalzverbindung auf dem Katalysatorträger kann der Träger kalziniert werden zur Überführung der Metallkomponente in ein Oxid. Die Kalzinierung erfolgt in Abhängigkeit von der Natur des Fällungsniederschlags, jedoch bevorzugt bei Temperaturen von weniger als 700 0C, besonders bevorzugt zwischen 300-450 0C unter Luftzutritt. Die Kalzinierdauer ist abhängig von der Kalziniertemperatur und der Natur der gefällten Metallverbindung und wird bevorzugt im Bereich von 0,5-6 Stunden gewählt. Bei einer Kalziniertemperatur von etwa 400 0C beträgt die Kalzinierdauer beispielsweise 1-2 Stunden. Bei einer Kalziniertemperatur von 300 0C beträgt die Kalzinierdauer diesbezüglich bevorzugt bis zu 6 Stunden.
Die Metallkomponente oder das Metalloxid wird vor dem Einsatz des Schalenkatalysators noch reduziert, wobei die Reduktion in situ, d.h. im Prozessreaktor, oder auch ex situ, d.h. in einem speziellen Reduktionsreaktor, durchgeführt werden kann. Die Reduktion in situ wird insbesondere bei Edelmetallen vorzugsweise mit Ethylen (5 Vol.-%) in Stickstoff bei einer Temperatur von etwa 150 0C über einen Zeitraum von beispielsweise 5 Stunden durchgeführt. Die Reduktion ex situ kann beispielsweise mit 5 Vol.-% Wasserstoff in Stickstoff, beispielsweise mittels Formiergas, bei Temperaturen im Bereich von vorzugsweise 150-500 0C über einen Zeitraum von 5 Stunden durchgeführt werden. Ist das Anion des gefällten
Metallniederschlags ein Reduktionsmittel wie beispielsweise Formiat oder Acetat, so kann die Reduktion durch leichtes Erwärmen auf beispielsweise 40 bis 110 0C vorgenommen werden.
Gasförmige oder verdampfbare Reduktionsmittel wie beispielsweise CO, NH3, Formaldehyd, Methanol und Kohlenwasserstoffe können ebenfalls eingesetzt werden, wobei die gasförmigen Reduktionsmittel auch mit Inertgas, wie beispielsweise Kohlendioxid, Stickstoff oder Argon, verdünnt sein können. Vorzugsweise wird ein Inertgas verdünntes Reduktionsmittel eingesetzt. Bevorzugt sind Mischungen von Wasserstoff mit Stickstoff oder Argon, vorzugsweise mit einem Wasserstoffgehalt zwischen 1 Vol.-% und 15 Vol.-%.
Die Reduktion der Metallkomponente kann auch in flüssiger Phase vorgenommen werden, vorzugsweise mittels der ^ Reduktionsmittel Hydrazin, K-Formiat, H2O2, Na-Hypophosphit, Na-Formiat, Ammoniumformiat, Ameisensäure, K-Hypophosphit oder hypophosphorige Säure.
Die Menge an Reduktionsmittel wird vorzugsweise so gewählt, dass während der Behandlungsdauer zumindest das zur vollständigen Reduktion der Metallkomponente nötige Äquivalent über den entstehenden Katalysator geleitet wird. Bevorzugt wird jedoch ein Überschuss an Reduktionsmittel über den entstehenden Katalysator geleitet, um eine schnelle und vollständige Reduktion zu gewährleisten.
Vorzugsweise wird drucklos, d.h. bei einem Absolutdruck von ca. 1 bar, reduziert. Für die Herstellung technischer Mengen an Katalysator gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Reduktion bevorzugt ein Drehrohrofen oder Wirbelschicht- oder Fließbettreaktor verwendet, um eine gleichmäßige Reduktion des Katalysators zu gewährleisten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Schalenkatalysator umfassend einen porösen Katalysatorträger- Formkörper, wobei in äußeren Schale des Formkδrpεrs zumindest ein Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pd, Pt, Ag und Au in metallischer Form abgeschieden ist und wobei der Katalysator einen Gesamtchlorid-Gehalt von kleiner als 50 ppm und einen Gesamtalkali-Gehalt von kleiner als 0,1 Mass.-% aufweist.
Derartige Schalenkatalysatoren lassen sich mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens herstellen, wenn in demselben weitgehend Chlorid- und alkalimetallfreie Ausgangskomponenten eingesetzt werden wie beispielsweise Chlorid- und alkalimetallfreie Katalysatorträger wie Al2O3.
Bevorzugt ist es, wenn der erfindungsgemäße Katalysator eine Schalendicke von kleiner als 200 μm aufweist.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Schalenkatalysatoren erhältlich, die einen Gesamtchlorid- Gehalt von kleiner als 40 ppm aufweist, einen Gesamtchlorid- Gehalt von kleiner als 40 ppm, einen Gesamtchlorid-Gehalt von kleiner als 25 ppm und sogar einen Gesamtchlorid-Gehalt von kleiner als 10 ppm.
Ebenfalls sind mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Schalenkatalysatoren erhältlich, die einen Gesamtalkali-Gehalt von kleiner als 0,05 Mass.-% aufweisen, sogar einen Gesamtalkali-Gehalt von kleiner als 0,01 Mass.-%.
Darüber hinaus sind mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Schalenkatalysatoren mit verhältnismäßig geringen Schalendicken erhältlich, beispielsweise mit einer Schalendicke von kleiner als 150 μm, mit einer Schalendicke von kleiner als 100 μm und sogar mit einer Schalendicke von kleiner als 60 μm.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Katalysators sind in der äußeren Schale des Katalysatorträger-Formkörpers die Metalle Pd und Au abgeschieden.
Alternativ dazu kann es bevorzugt sein, dass in der äußeren Schale des Katalysatorträger-Formkörpers die Metalle Pd und Pt abgeschieden sind.
Ferner alternativ dazu kann es bevorzugt sein, dass in der äußeren Schale des Katalysatorträger-Formkörpers die Metalle Pd und Ag abgeschieden sind.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren die Schritte:
a) Bereitstellen eines porösen Katalysatorträger-Formkörpers, vorzugsweise umfassend ein natürliches Schichtsilikat; b) Imprägnieren des Katalysatorträger-Formkörpers mit einer ersten Lösung, in welcher KAuO2 und/oder NaAuO2 gelöst enthalten ist; c) Imprägnieren des Katalysatorträger-Formkörpers mit einer zweiten Lösung, in welcher Ameisensäure, Essigsäure und/oder Oxalsäure gelöst enthalten ist oder ein Salz einer oder mehr der vorgenannten Säuren, vorzugsweise Ameisensäure; d) Reduzieren der gefällten Au-Komponente in die metallische Form.
Die nachstehenden Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1 :
10 g Katalysatorträger-Formkörper der Firma Süd-Chemie AG mit der Bezeichnung KA-160 (geometrische Form: Kugeln; Durchmesser: 5 mm; Material: kalzinierter säurebehandelter
Bentonit) wurden mittels des Incipient-Wetness-Verfahrens mit 6,01 g einer 1,5 %igen (bezogen auf Au) KAuO2-Lösung imprägniert. Nachdem die Lösung von den Formkörpern aufgenommen worden war, ließ man die Lösung noch 15 min auf den Träger einwirken.
Danach wurden die Träger für einen Zeitraum von 2,5 h in 30 g einer 1 %igen Ameisensäurelösung eingetaucht. Nach der Edelmetallfixierung wurde die Ameisensäurelösung abdekantiert und die Träger zur Reduktion der gefällten Au-Komponente über einen Zeitraum von 46 h mit 6 g einer 2 molaren NaH2PO2-Lösung behandelt .
Nach der Reduktion wurden die Träger ausgiebig mit Wasser gewaschen und abschließend für einen Zeitraum von 0,5 h bei einer Temperatur von 90 0C getrocknet.
Die Edelmetallschale der so hergestellten Schalenkatalysatoren weist eine Dicke von im Mittel 400 μm auf. Der Au-Gehalt der Träger beträgt 0,78 Gew.-% (durch Elementaranalyse mittels Inductively Coupled Plasma (ICP) bestimmt) .
Beispiel 2:
10 g Katalysatorträger-Formkörper der Firma Süd-Chemie AG mit der Bezeichnung KA-160 (siehe Beispiel 1) wurden mittels des Incipient-Wetness-Verfahrens mit einer Lösung hergestellt aus 1,33 g einer 4,5 %igen (bezogen auf Pd) Pd(NH3) 4 (OH) 2-Lösung und 4,66 g Wasser imprägniert. Nachdem die Lösung von den Formkörpern aufgenommen worden war, ließ man die Lösung noch 20 min auf den Träger einwirken. Danach wurden die Träger für einen Zeitraum von 2,5 h in 30 g einer 1 %igen Ameisensäurelösung eingetaucht . Nach der Pd- Fixierung wurde die Ameisensäurelösung abdekantiert und die Träger über einen Zeitraum von 60 min bei einer Temperatur von 90 0C getrocknet.
Nach der Trocknung wurden die Träger mittels des Incipient- Wetness-Verfahrens mit 6,00 g einer 1,5 %igen (bezogen auf Au) KAuO2-Lösung imprägniert. Nachdem die Lösung von den Formkörpern aufgenommen worden war, ließ man die Lösung noch 60 min auf die Träger einwirken.
Danach wurden die Träger für einen Zeitraum von 2,0 h in 30 g einer 1 %igen Ameisensäurelösung eingetaucht. Nach der Au- Fixierung wurde die Ameisensäurelösung abdekantiert und die Träger zur Reduktion der gefällten Edelmetallkomponenten über einen Zeitraum von 45 h mit 6 g einer 2 molaren NaH2PO2-Lösung behandelt.
Nach der Reduktion wurden die Träger ausgiebig mit Wasser gewaschen und abschließend für einen Zeitraum von 0,5 h bei einer Temperatur von 90 0C getrocknet.
Die Edelmetallschale der so hergestellten Schalenkatalysatoren weist eine Dicke von im Mittel 600 μm auf. Der Au-Gehalt der Träger beträgt 0,94 Gew.-% und der Pd-Gehalt 0,24 Gew.-% (mittels ICP bestimmt) .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Schalenkatalysators, umfassend einen porösen Katalysatorträger-Formkörper mit einer äußeren Schale, in welcher zumindest ein Übergangs- metall in metallischer Form enthalten ist, umfassend die Schritte des
a) Bereitstellens eines porösen Katalysatorträger- Formkörpers ;
b) Imprägnierens der äußeren Schale des Katalysatorträger- Formkörpers mit einer Übergangsmetall-Salzverbindung mittels einer ersten Lösung, in welcher die Übergangsmetall-Salzverbindung enthalten ist;
c) Imprägnierens des Katalysatorträger-Formkörpers mit einer zweiten Lösung, in welcher eine Säure oder ein Salz einer Carbonsäure enthalten ist, wobei die zweite Lösung eine Fällung der Metallkomponente der Übergangsmetall- Salzverbindung bewirkt;
d) Reduzierens der gefällten Metallkomponente in die metallische Form.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnieren des Katalysatorträger-Formkörpers mit der ersten Lösung vor dem Imprägnieren des Katalysatorträger- Formkörpers mit der zweiten Lösung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnieren des Katalysatorträger-Formkörpers mit der ersten Lösung nach dem Imprägnieren des Katalysatorträger- Formkörpers mit der zweiten Lösung erfolgt.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure eine anorganische oder eine organische Säure ist, vorzugsweise eine organische Säure.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganische Säure eine Säure ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Mineralsäuren, insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Kohlensäure, Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure und Phosphorsäure.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Säure eine Säure ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Zitronensäure, Milchsäure, Glycin, Oxamsäure, Oxalsäure, Äpfelsäure, Glykolsäure und Glyoxylsäure, insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure und Oxalsäure .
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz der Carbonsäure ein Salz einer Carbonsäure ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Zitronensäure, Milchsäure, Glycin, Oxamsäure, Oxalsäure, Äpfelsäure, Glykolsäure und Glyoxylsäure, insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Ameisensäure, Essigsäure und Oxalsäure.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger-Formkörper mit einem 0,2- bis 1,5-fachen stöchiometrischen Überschuss an Säure bzw. an Carbonsäuresalz imprägniert wird bezogen auf die aufgetragene oder aufzutragende Menge an
Metallsalzverbindung, vorzugsweise mit einem 0,2- bis 1,0- fachen stöchiometrischen Überschuss.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung eine Metallsalzverbindung eines Metalls enthält ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus den Edelmetallen, Co, Ni und Cu, insbesondere aus der Gruppe bestehend aus Rh, Pd, Pt, Ag und Au.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung basisch ist.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung eine basische Metallsalzverbindung enthält.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung eine oder mehrere Metallsalzverbindungen enthält ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pd(NH3J4(OH)2, Pd(NH3J4(OAc)2, Pd(NH3) 4 (HCO3) 2, Pd (NH3) 4 (HPO4) , Pd (NH3) 4 (NO3) 2, Pd (NH3) 2 (NO2) 2, Pd(NH3J4Cl2 und Pd(NH3) 4-Oxalat .
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung eine oder mehrere Metallsalzverbindungen enthält ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus KAuO2, NaAuO2, NMe4 AuO2, RbAuO2, CsAuO2, KAu(OAc)3OH, NaAu(OAc)3OH, RbAu(OAc)3OH, CsAu(OAc)3OH und NMe4Au(OAc)3OH.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung eine oder mehrere Metallsalzverbindungen enthält ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Pt(NH3J4(OH)2, Pt (NH3) 2 (NO2) 2, PtCl4(NH3J2,
Na2Pt(OH)6, K2Pt(OH)6, NMe4Pt(OH)6, K(PtCl3NH3), Pt(NH3J4Cl2, Pt (NH3) 4 (HCO3) 2, Pt(NH3)4(HPO4) und Pt (NH3) 4 (NO3) 2.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lösung eine oder mehrere Verbindungen enthält ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ag (NH3) 2 (OH)2, Ag(NH3J2(NO2) sowie Silberkomplexsalze mit NH3, Ethylendiamin oder Ethanolamin als Ligand.
16. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger-Formkörper auf der Basis eines Siliziumoxids, Aluminiumoxids, Zirkoniumoxids, Titanoxids, Nioboxids oder eines natürlichen Schichtsilikates gebildet ist.
17. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger-Formkörper eine Oberfläche von kleiner/gleich 160 m2/g aufweist, vorzugsweise eine von kleiner als 140 m2/g, bevorzugt eine von kleiner als 135 m2/g, weiter bevorzugt eine von kleiner als 120 m2/g, mehr bevorzugt eine von kleiner als 100 m2/g, noch mehr bevorzugt eine von kleiner als 80 m2/g und besonders bevorzugt eine von kleiner als 65 m2/g.
18. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger-Formkörper eine Oberfläche von 160 bis 40 m2/g aufweist, vorzugsweise eine von zwischen 140 und 50 m2/g, bevorzugt eine von zwischen 135 und 50 m2/g, weiter bevorzugt eine von zwischen 120 und 50 m2/g, mehr bevorzugt eine von zwischen 100 und 50 m2/g und am meisten bevorzugt eine von zwischen 100 und 60 m2/g.
19. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator oder der
Katalysatorträger-Formkörper eine Härte von größer/gleich 20 N aufweist, vorzugsweise eine von größer/gleich 30 N, weiter bevorzugt eine von größer/gleich 40 N und am meisten bevorzugt eine von größer/gleich 50 N.
20. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Katalysatorträger- Formkörpers an natürlichem Schichtsilikat, insbesondere an säurebehandeltem kalziniertem Bentonit, größer/gleich 50 Mass.-% ist, vorzugsweise größer/gleich 60 Mass.-%, bevorzugt größer/gleich 70 Mass.-%, weiter bevorzugt größer/gleich 80 Mass.-%, mehr bevorzugt größer/gleich 90 Mass.-% und am meisten bevorzugt größer/gleich 95 Mass.-% bezogen auf die Masse des Katalysatorträgers.
21. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger-Formkörper eine Azidität von zwischen 1 und 150 μval/g besitzt, vorzugsweise eine von zwischen 5 und 130 μval/g und besonders bevorzugt eine von zwischen 10 und 100 μval/g.
22. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger-Formkörper als
Kugel, Zylinder, Lochzylinder, Trilobus, Ring, Stern oder als Strang, vorzugsweise als Rippstrang oder Sternstrang, ausgebildet ist.
23. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger-Formkörper als Kugel mit einem Durchmesser von größer als 2 mm ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem Durchmesser von größer als 3 mm und bevorzugt mit einem Durchmesser von größer als 4 mm.
24. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger-Formkörper mit der ersten Lösung imprägniert wird, indem die erste Lösung auf eine Vielzahl von Formkörpern aufgesprüht wird, wobei die Formkörper während des Aufsprühens umgewälzt werden.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzung der Formkörper mittels des Erzeugens einer Wirbelschicht oder eines Fließbettes der Formkörper bewerkstelligt wird, wobei die Formkörper in dem Fließbett vorzugsweise toroidal umlaufen.
26. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysatorträger-Formkörper mit der zweiten Lösung imprägniert wird, indem die zweite Lösung auf eine Vielzahl von Formkörpern aufgesprüht wird, wobei die Formkörper während des Aufsprühens umgewälzt werden.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwälzung der Formkörper mittels des Erzeugens einer Wirbelschicht oder eines Fließbettes der Formkörper bewerkstelligt wird, wobei die Formkörper in dem Fließbett vorzugsweise toroidal umlaufen.
28. Schalenkatalysator, umfassend einen porösen Katalysatorträger-Formkörper mit einer äußeren Schale, in welcher metallisches Pd, Pt, Ag und/oder Au enthalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator einen Gesamtchlorid-Gehalt von kleiner als 50 ppm, einen Gesamtalkali-Gehalt von kleiner als 0,1 Mass.-% .
29. Katalysator nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator einen Geεamtchlorid-Gehalt von kleiner als 40 ppm aufweist, vorzugsweise einen Gesamtchlorid-Gehalt von kleiner als 30 ppm, bevorzugt einen Gesamtchlorid-Gehalt von kleiner als 25 ppm und besonders bevorzugt einen Gesamtchlorid-Gehalt von kleiner als 10 ppm.
30. Katalysator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator einen Gesamtalkali-Gehalt von kleiner als 0,05 Mass.-% aufweist und bevorzugt einen Gesamtalkali-Gehalt von kleiner als 0,01 Mass.-%.
31. Katalysator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator eine Schalendicke von kleiner als 150 μm aufweist, vorzugsweise eine Schalendicke von kleiner als 100 μm und bevorzugt eine Schalendicke von kleiner als 60 μm.
32. Katalysator nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der äußeren Schale des Katalysatorträger-Formkörpers metallisches Pd und Au enthalten sind.
33. Katalysator nach einem der voranstehenden Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass in der äußeren Schale des Katalysatorträger-Formkörpers metallisches Pd und Pt enthalten sind.
34. Katalysator nach einem der voranstehenden Ansprüche 28 bis
31, dadurch gekennzeichnet, dass in der äußeren Schale des Katalysatorträger-Formkörpers metallisches Pd und Ag enthalten sind.
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